超短光脉冲在有源三芯非线性光纤耦合器中开关和传输特性的数值分析

基于耦合非线性薛定谔方程(CNLSEs),利用分裂步长傅里叶方法(SSFM),研究了超短光脉冲在有源三芯非线性光纤耦合器中的传输和开关特性.重点分析了在一阶色散耦合系数和二阶色散耦合系数的影响下,线性增益系数和有限增益带宽对脉冲传输和开关特性的影响.研究表明,线性增益系数能增大开关陡峭性、降低开关临界能量、提高开关效率;虽然有限增益带宽使耦合器开关特性变差,但是它不仅能显著抑制由线性增益系数引起的脉冲压缩和放大,而且还能有效抑制由一阶色散耦合系数引起的脉冲展宽和分离以及由二阶色散耦合系数引起脉冲高频振荡,使光脉冲在三纤芯间呈现出类似无源光纤耦合器那样的周期性耦合传输特性.     

利用自适应反射镜提高光开关的效率

瑞士纳沙泰尔大学（Neuchatel）的研究小组最近研制出一种微小光开关。该光开关的用途是将1根光纤输出的信号选择转换到多个接收器中的1个接收器中。其最大的特点是，利用微机械技术制成的自适应反射镜可修正转换时透镜横向移动所产生的像差。通过这一举措，即使光纤数增加，透镜的移动量增大，耦合效率仍保持恒定。在实验中，该研究小组利用自适用反射镜得到了耦合效率高和串音小的结果。该光开关采用4 f光学系统。当透镜横向移动时，成像位置也随之移动，因此可实现光纤入射光的转换。通常在这种光学系统中的光纤必须尽量接近光轴，这是…     

基于CCD的光斑能量分布测量及特性分析

光纤技术应用于自由空间激光通信系统有诸多优点,而且应用前景广阔。空间光与光纤的耦合效率问题是其应用中的首要问题。本文论述了光斑半径与耦合效率的关系,对有无大气影响时的光斑形状进行的仿真,分析了大气湍流对光斑形状以及半径的影响,采用CCD对激光光斑进行测量,分析CCD采集到的激光光斑的能量分布、光斑半径等特性,特别针对当采集到的光斑中央最大光功率超出CCD的探测范围,根据已知的光斑能量分布,推算出光斑中央的光功率,用以拟合出实际光斑能量分布,确定光斑半径大小。对光斑半径大小的研究有助于合理选择光纤的芯径及数值孔径,评估空间光到光纤的耦合效率。     

基于MPLC提高空间光-单模光纤耦合效率技术研究

在空间激光通信实际应用过程中，受到对准误差的影响，单模光纤耦合效率低，需要对其进行精确校正。在理想条件下，首先分析不存在对准误差及其他影响因素时平面波-单模光纤耦合效率及高斯光-单模光纤耦合效率模型，然后分别研究了光纤横向偏移和纵向偏移两种对准误差对单模光纤耦合效率的影响。在此基础上，提出了一种基于多平面光转换（MPLC）技术提高单模光纤耦合效率的方法，数值仿真了使用MPLC将平面波转化为高斯光前后及校正对准误差前后耦合效率的变化情况。仿真结果表明：使用MPLC将平面波转换为与高斯光高度相似的光束后，耦合效率会比平面波直接耦合进入单模光纤提高18.54%；使用MPLC分别校正横向偏移和纵向偏移后，耦合效率均提升至99%以上。该方法突破了空间光与单模光模式不匹配的限制，可以有效校正对准偏移误差，对于提高空间光到单模光纤的耦合效率具有一定的理论意义。     

光纤偏移对空间光-单模光纤耦合效率的影响

空间光-单模光纤耦合的关键技术是怎样确保耦合系统中光纤的准确定位。基于电磁场模场匹配理论,讨论了光纤偏移对空间光-单模光纤耦合效率的影响,结果显示耦合效率随着光纤偏移的增大显著下降。采用光纤调整架以及微透镜光纤可以显著改善耦合效率,讨论结果有助于空间光-单模光纤耦合器件的优化设计。     

多模光纤出射光束光强分布的研究

采用横向偏移法测量以LED为激励源的多模光纤纤芯截面光强分布和出射光束的传输特性，将光强分布从近距光强分布和远距光强分布两方面进行讨论，比较分析了理论曲线与实验曲线，指出LED作为光源的多模光纤光强分布非常有利于光耦合，并可通过测量多模光纤光强分布得到光纤数值孔径的大小。     

自由空间光-布拉格光纤耦合效率仿真分析

根据电磁场模场匹配理论,分析了自由空间光-布拉格光纤的耦合效率.通过对空间光-布拉格光纤耦合效率的计算可以知道,耦合效率与布拉格光纤纤芯半径、焦点光斑光腰半径和纤芯波矢有关.通过优化合理选择空间光聚焦后光腰半径与布拉格光纤纤芯半径以及纤芯波矢可以有效提高耦合效率.本文还对外界振动造成耦合透镜与布拉格光纤对接不正而对空间光-布拉格光纤耦合效率影响进行了分析.这对光纤激光雷达系统以及空间光通信系统的空间光-布拉格光纤耦合效率分析具有极其重要的参考价值.     

大模场双包层光纤熔接的功率对准技术研究

为了提高高功率光纤激光器中大模场双包层光纤的熔接质量,采用NUFERN 20/400μm双包层光纤搭建了光功率对准系统,对大模场双包层光纤中存在包层光以及纤芯中只有基模和存在高阶模时光纤径向偏移与耦合效率的关系进行了理论分析和实验验证。结果表明,大模场双包层光纤中包层光和纤芯中高阶模的存在使耦合效率对径向偏移变化的敏感度降低,滤除包层光和高阶模后耦合效率随光纤径向偏移量呈高斯型变化; 使用光功率对准系统搭建千瓦级双端抽运激光系统,最大输出功率约1170W,光光转换效率约73%,光束质量约1.22,实现了千瓦级准单模输出。光功率对准技术能够实现待熔光纤的精确对准,对高功率光纤激光器输出性能的提升有重要意义。     

高功率光纤放大器中光纤端面处理分析

光纤端而进行斜而抛光一直是高功率光纤放大器中抑制ASE和自激振荡的关键技术.根据放大器结构建立了光纤端面信号光注入、信号激光输出以及泵浦光耦合的物理模型,数值模拟了不同光纤斜端面角度下信号光、泵浦光的耦合效率,纤芯端而的回波损耗.结果表明信号光注入端而斜面处理会导致耦合效率降低,输出端面斜角处理可有效减小端面反射率,而微小斜角对泵浦激光进入光纤内包层的耦合效率影响不大;根据不同的光纤参数选择合理的斜角处理可以有效提高放大器性能.     

激光诱导光纤损伤可持续利用技术

研究了光纤损伤对光纤传能特性的影响.由小到大注入激光能量时,光纤端面偶尔会产生微弱火花并出现微小坑状损伤,但并不影响光纤的注入耦合效率.当光纤端面发生等离子闪光后出现了比较严重的灾难性损伤,光纤输出端激光能量明显下降.光纤端面损伤降低了激光注入耦合效率,从而导致光纤传输效率下降.建立光纤端面损伤理论模型,由于光纤端面损伤引起的注入激光能量损失与损伤面积的对应关系,当注入激光光斑能量为高斯分布时,注入激光能量损失率与损伤面积成负指数关系.实验结果还表明光纤端面损伤存在增长效应.通过实验研究和理论分析证明了提出的光纤损伤后仍可持续利用设想的可行性,它为高功率光纤传输系统设计,特别是单脉冲激光点火或起爆系统的设计提供了新的思路.     

4×4纵横交换微电机械系统光开关阵列

微电机械系统(MEMS)光开关是微电机系统技术与传统光学技术相结合的新型机械式光开关。采用纵横交换网络和通断型微镜实现4×4微电机械系统光开关阵列,利用球透镜单模光纤准直器作为微电机械系统光开关阵列的输入、输出端口。运用高斯光束耦合理论对光开关阵列插入损耗(IL)进行了理论计算,并对引起插入损耗的主要因素进行了分析。对于失调容限:输入与输出光纤准直器位置失调2μm,定位角度失调0.15°,微镜非垂直反射角度失调0.15°,制作了4×4微电机械系统光开关阵列,对其各个通道的插入损耗进行了实验测试,其中最大值为2.77dB。     

光束变换环形孔径谐振腔的失调特性分析

光束变换环形孔径激光谐振腔(BCAR)是适用于环形增益介质的高性能谐振腔，已成功应用到高能连续波HF化学激光器中。建立了光束变换环形孔径激光谐振腔镜面倾斜及非共轴的数学模型，在此基础上，使用积分和差分结合的计算方法，计算了失调腔的输出光场近场分布，分析了束变换环孔腔在镜面失调情况下的模式特征，以及对远场传输能力的影响。计算结果表明，非共轴偏移和紧束段倾斜将使输出光场的相位分布呈现剪切、扭曲现象，并且沿偏移方向出现相位跳变；随偏移量的增大，相位畸变严重，远场传输能力下降。不同的偏移方向对于输出光场影响差别很小。两者相比，非共轴偏移对输出光场质量的影响更为严重，而紧束段倾斜的影响相对而言非常小，表现在相位分布的扭曲现象不明显，谐振腔的能量抽取效率变化微弱。     

Tolerance analysis of aligning an astigmatic laser diode with asingle-mode optical fiber

A general method of analyzing misalignment tolerance of coupling light from an astigmatic laser diode to a single-mode fiber is described. We apply the method to derive the 3 dB tolerances caused by longitudinal, lateral, and angular misalignments in the optimal conditions for two kinds of coupling schemes. One is by the use of a rotationally symmetric optical system, and the other by a rod which is a special case of utilizing a rotationally asymmetric optical system. In the latter coupling case, the misalignment caused by a laser is found to have a much less 3 dB tolerance in the vertical direction than that caused by a fiber     

单模与多模光纤光场的统计相关性

用准均匀光源及部分均匀相干光源分别处理多模及单模光纤,利用二阶统计相关函数及角相关函数计算了光纤端面及衍射场的光场统计性质,得到了光纤横向相关长度、角相关长度、有效发光孔径角、光强分布等参数,并与实验进行了比较。     

Study on the effect of ellipticity and misalignment on OAM modes in a ring fiber

Based on the optical fiber mode theory and employing the expertized software COMSOL, we study the effect of ellipticity and misalignment on the effective refractive indices, walk-off and intensity distribution of the even and odd eigenmodes that form the basis of the orbital angular momentum (OAM) modes in a ring fiber. Our results show that the effective refractive index difference and the walk-off increase with the ellipticity and misalignment, thus reducing the stability of the OAM modes. We find that the misalignment has a greater impact on the OAM modes than the ellipticity, and both the misalignment and ellipticity affect the lower-order OAM modes more significantly, suggesting that the higher-order OAM modes are more stable during propagation.     

Radio-Frequency Coils in Implantable Devices: Misalignment Analysis and Design Procedure

Radio-frequency (RF) coils are used extensively in the design of implantable devices for transdermal power and data transmission. The practical issues of coil misalignments and configurations have not been investigated, and this paper presents a detailed theoretical analysis of misalignment effects in RF coil systems, including lateral and angular misalignments. Formulas are derived for the mutual inductance and, whenever possible, simplified upper bounds and lower bounds of the coupling coefficient are provided. A design procedure is established to maximize coil coupling for a given configuration, and a companion paper [1] discusses a circuit design technique to reduce the effects of misalignment on transmission efficiency.     

Novel intelligent automation method for out-of-plane fiber-laser alignment in the presence of initial nonplanar misalignments: three-point approach

A novel and cost-effective method is developed for the roll alignment automation for out-of-plane coupling between a laser and an angled facet single-mode fiber. The method is based on an approximated closed-form analytical formula for the functional dependence of out-of-plane laser-fiber coupling efficiency on relative rotational angle between fiber and laser. In this method, only three measurements are needed to locate maximum optical power coupling position in the presence of initial fiber-laser relative rotational angular misalignments. This intelligent searching method can easily be incorporated into any conventional fiber-optic alignment optimization algorithms and is sufficiently general for alignment automation of even more complicated out-of-plane fiber-optic alignment in the presence of initial nonplanar misalignments.     

轴对称折叠组合腔CO_2激光器腔镜失调对位相锁定的影响

在理想位相锁定情况下,能够从轴对称折叠-组合腔CO2激光器系统中获得高功率、相干性好的输出光束.但失调现象不可避免,本文分析了折叠腔凹面全反射镜的失调对位相锁定效果的影响,并给出相应的数值计算值.结论表明当初始失调角度在一个容许范围内,仍然有很好的位相锁定效果.并且输出光强分布也很集中,进一步扩大了CO2激光器的应用范围.     

MEMS光开关及其与光纤组装方式的研究

光开关是一种在光路中应用极其广泛的光无源器件,可用于扫描、投影、通讯等多种不同的领域,其中用于全光通讯中连接光纤之间的光开关日渐成为人们关注的焦点.高性能、低成本、又能大量生产的MEMS光开关很好地满足了全光网络对器件的要求.本文对这种MEMS光纤光开关的类型、特点以及研究现状进行了介绍,并给出了MEMS光开关与输入输出光纤的组装与自组装以及主要方式.     

LD激光与单模光纤耦合时的失准容忍度分析

本文导出了ＬＤ激光与带端面微透镜的单模光纤直接（ＳＭＦ）耦合时的失准容忍不变量－失准容忍面积。并指出横向与角向的中心失准容忍度分别与ＬＤ的模斑尺寸、ＳＭＦ模斑对应的远场发散角成正比；而横向和角向的最大失准容忍量却分别与ＳＭＦ的模斑尺寸、ＬＤ的远场发散角成正比。最大失准容忍量是中心失准容忍量的Ｋ倍。