相位调制对高Q光学微球腔谐振特性的影响

光学微腔由于其极高的品质因数(Q)特性而具有广泛的应用前景。该文根据光学微球腔与锥形光纤的耦合原理对光学微球腔的谐振特性进行了实验研究。通过实验研究了相位调制参数对光学微球腔谐振深度的影响,并获得了相位调制电压和调制频率与光学微球腔谐振深度变化的关系。实验结果表明,相位调制参数的变化,对光学微球腔的谐振特性——谐振深度,有一定影响,在应用中根据需要选择合适的相位调制参数。     

相位调制对高Q光学微球腔谐振特性的影响

光学微腔由于其极高的品质因数(Q)特性而具有广泛的应用前景。该文根据光学微球腔与锥形光纤的耦合原理对光学微球腔的谐振特性进行了实验研究。通过实验研究了相位调制参数对光学微球腔谐振深度的影响,并获得了相位调制电压和调制频率与光学微球腔谐振深度变化的关系。实验结果表明,相位调制参数的变化,对光学微球腔的谐振特性——谐振深度,有一定影响,在应用中根据需要选择合适的相位调制参数。     

高品质光学微球腔谐振特性及鉴频特性分析

光学微球腔的回音壁模式使其存储能量大,从而获得高的品质因数。该文介绍了微球腔的制备方法;介绍了微球腔与锥形光纤的耦合理论,并对其耦合特性作出了分析;搭建了微球腔谐振谱探测系统并分析了不同耦合模式下的谐振特性;设计了微球腔谐振频率跟踪与锁定系统。通过仿真得到了不同调制频率下的鉴频曲线,分析了其吸收谱线与色散谱线特性。实验制得微球腔直径为440μm,耦合状态下的品质因数可达1.08×108;调制频率对鉴频曲线特性影响很大,低频调制下,优化调制后,可提升跟踪锁定效果,为后续的实验奠定了良好的基础。     

基于回音壁模式的球形光学微腔实验研究

采用聚苯乙烯材料制作出不同直径(50～250μm)的球形光学微腔并实现了微腔与锥形光纤的耦合,测量了球形光学微腔在1570～1576nm波长范围内的吸收光谱,实验结果表明球形光学微腔在这一波长范围内可发生基于回音壁模式(WGM)的光学谐振,且WGM吸收峰的相邻波长间隔随着聚苯乙烯微球直径的增大而减小。通过吸收光谱计算了聚苯乙烯微球在其本征频率下的品质因子,结果表明微球品质因子数量级均在104以上。     

带尾纤的全光型硅微谐振器

带尾纤的全光型硅微谐振器引入了集成光学技术,具有独立的拾振光路和简单易行的拾振方式,可以完全脱离光学平台运作．对带尾纤的全光型硅微谐振器进行了实验测量及较详细的理论分析,给出了悬臂梁振子的固有谐振频率、谐振频率的总温度系数、悬臂梁对简谐激励的响应等表达式;归纳出了该谐振器具有光纤与振子间未对准误差容限较大,输出测量信号与光纤有效光学长度无关及振子谐振频率不受硅片内应力影响等特点．     

谐振式微光学陀螺仪谐振微腔的最新进展

基于Sagnac效应的谐振式微光学陀螺(Resonant Micro-Optical Gyros, RMOG)在集成化、小型化和灵敏度等方面具有巨大潜力,在微纳卫星姿态控制、机器人控制、医学诊断和检测仪器等领域中具有广阔的应用前景,成为近年来研究的热点。谐振微腔作为谐振式微光学陀螺的核心敏感元件,其光学特性与陀螺系统的性能息息相关,谐振腔的研究进展已经严重制约到谐振式微光学陀螺的发展,目前可以通过集成光学技术、微纳光学加工技术和新型材料的应用来减小谐振腔的重量和尺寸,降低成本和功耗,增加系统的可靠性和性能指标。结合期刊会议和相关研究机构披露的信息,简要介绍了谐振式微光学陀螺的发展现状、基本原理以及谐振微腔的特征参量,列举了近期国内外谐振微腔的各种新型结构设计并分析了不同结构的特点与潜力,此外还综述了近期国内外制作谐振微腔的新型材料并总结了不同材料的光学特性,初步探讨了谐振式微光学陀螺敏感单元谐振微腔的后续发展方向和技术发展途径。     

微球腔谐振频率的锁定及频移测量实验

对微球腔耳语回廊模式下的谐振特性所表现出的光学非线性进行了分析,对直径1 mm的SiO2微球腔的谐振谱线和解调曲线进行了仿真;搭建了微球腔耦合测试系统,得到了微球腔半高全宽值为78.42 MHz、Q值为2.5106的谐振谱线;基于正弦波相位调制技术对谐振谱线进行了同步解调,以减小相位复位脉冲噪声的影响;采用环路锁频技术实现了谐振频率的跟踪和锁定,对锁定精度和锁定时间进行了分析,实验结果为锁定透射谱强度至1%的时间为8 ms,锁定后可测频移分辨率为375 kHz,为微球腔的传感测量提供了实验依据。     

弯曲曲率对长周期光纤光栅透射谱特性的影响

报道了一种分析长周期光纤光栅(LPFG)透射谱谐振波长和衰减率随弯曲曲率变化的方法。利用耦合模理论和微扰近似推导了长周期光纤光栅透射谱随弯曲曲率变化的一般表达式,得到当弯曲曲率为2.56 m~(-1)时,长周期光纤光栅透射谱分裂,分裂峰的谐振波长和衰减率与弯曲曲率呈非线性变化,但分裂峰的间距与弯曲曲率呈线性变化。利用B-Ge共掺单模光纤写入的长周期光纤光栅证实了理论的正确性,且具有很好的重复性。     

含色散增益介质光子晶体微腔的光学特性

为了理解光子晶体微腔的光学传输特性,探讨微腔的折射率对缺陷模放大特性和谐振频率的影响,采用时域有限差分法计算了含洛伦兹色散介质一维光子晶体微腔的透射谱,分析、比较了不同光子晶体微腔的透射谱。结果表明,微腔折射率的大小决定缺陷模的谐振频率,而介质色散特性将导致缺陷模频率的移动。另外,当通过复介电常数的虚部引入光学增益后,缺陷模在增益介质中被放大,其阈值特性和缺陷折射率的大小密切相关。模拟结果证明通过合理的选择微腔中介质折射率的大小,可以改善微腔的光学特性,降低激光器的阈值。     

表面曲率对石英毛细管微瓶模式及传感特性影响

为了实现高Q值低模式体积的最佳传感特性微瓶设计,采用有限元数值分析方法研究了石英毛细管微瓶回音壁模式特性及其折射率传感性能,计算分析了当膨胀半径和赤道面处壁厚为定值时,不同表面曲率对空芯和液芯微瓶回音壁模式特性的影响,包括品质因子、核芯能量百分比等,并探讨了在折射率传感应用中谐振波长随表面曲率变化规律。结果表明,切向二阶模受曲率影响更为明显,内壁曲率平方Δk₂2=0.008时Q值高达108,内壁表面曲率越小,核芯百分比所占能量越大,且在内壁表面曲率较小时可实现高灵敏度折射率传感。该研究对进一步高Q值微泡的实验研制及应用于传感领域提供了有效依据,具有一定的理论参考价值。     

基于聚合物微球腔的高灵敏温度传感器（特邀）

提出了一种基于聚合物微球腔的温度传感器,该温度传感器利用微球腔谐振波长漂移量测量外界环境温度变化量,兼具结构紧凑和高度灵敏的特点。首先利用有限时域差分法对拉锥光纤耦合聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球的谐振结构进行了仿真分析,验证了拉锥光纤激发聚合物微球腔中回音壁模式的可行性。实验结果表明,束腰直径为1.8 μm的拉锥光纤与直径为数十微米的聚合物微球之间通过消逝场耦合的方式能够激发品质因子为104量级的回音壁模式。利用点式封装和全包裹封装相结合的方式将拉锥光纤和聚合物微球封装一体,一方面可保持两者之间稳定的耦合状态,另一方面保护拉锥光纤和微球腔免受外界污染。由于聚合物微球腔的负热光系数大于其热膨胀系数,其谐振光谱随外界温度降低发生红移。当外界环境温度在20~30 ℃范围内变化时,聚合物微球腔温度灵敏度为68 pm/℃。与传统光纤温度传感器相比,该传感器的高品质因子使其具有更低的探测极限,在受限空间内的原位温度精密测量中具有潜在的应用前景。     

基于磷酸盐玻璃微球腔的全光调谐光纤滤波器

提出并研究了一种基于磷酸盐玻璃微球腔的全光调谐光纤滤波器。利用自制的磷酸盐玻璃预制棒,以拉丝的方式制作出直径为200~500μm、纤芯-包层折射率差为0.004的磷酸盐玻璃光纤。利用大功率CO_2激光器熔融加热光纤制备出Q值达7.28×10⁵的微球腔。利用1550 nm波段的可调谐激光器,通过锥形光纤耦合方式激发微球腔内回音壁模式(WGM)共振,获得带宽约2 pm、插入损耗小于0.3 dB的耦合共振谱。在不同功率泵浦光的注入下,磷酸盐玻璃微球腔具有比普通石英微球腔更高的光敏感特性。实验结果表明:当微腔泵浦光功率增加时,磷酸盐玻璃微球腔内的WGM共振谱向短波长漂移(蓝移),光热调谐灵敏度约为72.727 pm/mW,线性度大于0.99;在相同光功率变化下,普通石英微球腔内的WGM共振谱向长波长漂移(红移),光热调谐灵敏度约为0.086 pm/mW,线性度较低。本文提出的磷酸盐玻璃微球腔全光调谐滤波器具有全光控制、结构紧凑、稳定性好、超窄带宽和调谐效率高等优势,在光纤传感和光纤通信等领域具有重要应用。     

钕玻璃微球荧光谱中共振结构的分析

本文在理论上模拟了钕玻璃微球在８１０ｎｍ波长附近的共振光谱，并通过与实验结果的比较识别和分析了出现的模式。发现序数为１５、１６的模式在光谱中占主导地位。     

高频CO2激光脉冲写入PCF-LPFG传感特性研究

采用高频CO2激光技术在柚子型光子晶体光纤(PCF)上写入长周期光纤光栅(LPFG),并对其温度、应变和弯曲特性进行了实验研究。实验测得,PCF-LPFG谐振波长的温度和应变灵敏度分别为0.002nm/℃和0.001 8nm/με,谐振峰损耗值对温度和应变不敏感。由于高频CO2激光写入为单侧写入,导致PCF-LPFG透射谱的弯曲特性与方向和曲率直接相关。选择弯曲灵敏度较大的方向进行了弯曲测试,测得在一定的曲率范围内,PCF-LPFG的谐振波长及谐振峰损耗值的灵敏度分别为-5.45nm/m-1和3.32dB/m-1。基于PCF-LPFG的透射谱温度不敏感特性,本文为制作不受温度影响的应变和弯曲传感器提供了新的方法。     

Design and optimization of high-speed resonant cavity enhancedSchottky photodiodes

Resonant cavity enhanced (RCE) photodiodes (PD's) are promising candidates for applications in optical communications and interconnects where high-speed high-efficiency photodetection is desirable. In RCE structures, the electrical properties of the photodetector remain mostly unchanged; however, the presence of the microcavity causes wavelength selectivity accompanied by a drastic increase of the optical field at the resonant wavelengths. The enhanced optical field allows to maintain a high efficiency for faster transit-time limited PD's with thinner absorption regions. The combination of an RCE detection scheme with Schottky PD's allows for the fabrication of high-performance photodetectors with relatively simple material structures and fabrication processes. In top-illuminated RCE Schottky PD's, a semitransparent Schottky contact can also serve as the top reflector of the resonant cavity. We present theoretical and experimental results on spectral and high-speed properties of GaAs-AlAs-InGaAs RCE Schottky PD's designed for 900-nm wavelength     

长周期光纤光栅与无芯光纤级联的弯曲传感器

在实际工程中,光纤弯曲传感器有很大的市场需求。该文利用长周期光纤光栅与无芯光纤串联在1根光纤上构成传感器,实现对弯曲的传感测量。无芯光纤与长周期光纤光栅级联后,输出的透射谱中产生了大量对弯曲敏感的谐振峰,实验考察了波峰1、2的中心波长随弯曲曲率的变化关系。研究结果表明,波长漂移量与弯曲曲率间存在很好的线性关系,实验测得弯曲灵敏度分别为-12.51 nm/m^-1与-12.504 nm/m^-1。该传感器具有结构简单、弯曲灵敏度高,成本低,重复性好等优点,在大型建筑物与桥梁等弯曲测量领域具有一定的应用价值。     

LD泵浦和频593 nm黄光激光器

报道了一种单LD泵浦Nd:YVO4双晶体腔内和频实现黄光激光的有效方法,并对其进行了理论分析、实验装置的设计和实验验证。该装置由半导体激光器、光学耦合系统(CO)、Nd:YVO4镀膜晶体、镀高反膜的平凹镜、镀增透膜的LBO、镀高透膜的全反镜组成。实验采用V型谐振腔,在中心波长为808.7 nm、5 W抽运功率下,利用Ⅰ类临界相位匹配LBO作为和频晶体,获得了244 mW、593 nm的黄光输出,光-光转换率为4.9%,激光不稳定度为5%。实验结果表明:采用V型谐振腔进行腔内和频,可以获得593 nm的黄光激光,并且结构紧凑、转换效率高,可以应用到很多种和频激光器中。     

Silicon Optical Nanocavities for Multiple Sensing

This paper investigates an optical nanocavity sensor based on a 1D photonic bandgap. The sensor is unique in that it provides high -factor (sensitivity), and low attenuation and wavelength variation. It incorporates an optical splitter/combiner structure in realizing multiple sensing. Active sensing can be achieved by implementing a p-i-n diode. The optical diode requires an on state power of 81 nW with rise and fall times of 0.2 ns and 0.043 ns, respectively. The sensitivity of the active sensor, at 120, is a magnitude higher than conventional surface sensing and is characterized with respect to the optical phase change and by the diode biasing voltage. It will be shown that the aspect of multiple sensing, resonant wavelengths, the Q-factor and transmission can be optimized by tuning the length of the cavity and the radius of the two innermost air holes. This method allows ease of fabrication by not having to vary the waveguide width and height to obtain tuning effects.     

Curvature optical fiber sensor by using bend enhanced method

Deflection curvature measurement can offer a number of advantages compared with the well-established strain measurement alternative. It is able to measure thin structure; fiber has no resistance with force, which leads to a high precision. There are many kinds of curvature gauges with different operation principles. A low-cost curvature optical fiber sensor using bend enhanced method to improve its curvature measurement sensitivity was devel-oped in recent years. This sensor can distinguish between convex bending and concave bending and has a good linearity in measuring large curvature deformation. Whisper gallery ray theory and Monte Carlo simulation are new achievements by computer experiment. The operation mechanism of this curvature optical fiber sensor is presented based on light scattering theory. The attenuation is ascribed to the transmission mode changing by the curvature of the fiber, which affects the attenuation of the surface scattering. The mathematical model of relationship among light loss, bending curvature, surface roughness, and parameters of the fiber's configuration is also presented. We design different kinds of shapes of sensitive zones; each zone has different parameters. Through detecting their output optical attenuations in different curvatures and fitting the results by exponential decaying functions, the proposed model is demonstrated by experimental results. Also, we compare the experi-mental results with the theoretical analysis and discuss the sensitivity dependence on bending direction.