SU-8光栅结构中的液晶激光特性

设计制作了SU-8光栅结构的染料掺杂手性向列相液晶激光器件,在器件正面和侧面均实现了随机激光辐射。将激光染料PM597、手性剂S-811、向列性液晶TEB30A按一定比例均匀混合,注入反平行摩擦处理的液晶盒中,器件的下基板通过光掩模法刻蚀出周期为15μm的光栅。利用532 nm的Nd∶YAG固体脉冲激光器作为泵浦源,器件的侧面既在580~590 nm范围内出现了多个离散分立的随机激光辐射峰,FWHM约0.19 nm,又在579~585 nm范围内出现独立的两个激光辐射峰,FWHM约0.19 nm;在器件正面获得了584~590 nm范围的随机激光辐射谱,FWHM约0.17 nm。加热器件至61℃,液晶相变为各向同性态,器件侧面仍出现了波长约590.60 nm、FWHM约0.24 nm的激光辐射峰。分析得出,液晶盒中引入SU-8光栅结构后,光子同时在液晶分子间多重散射和SU-8光栅中布拉格反射获得反馈放大,两种机制相辅相成。器件侧面出现的独立激光辐射峰主要由SU-8光栅布拉格反射提供反馈放大形成,而器件侧面和正面的随机激光辐射峰主要由液晶分子间多重散射提供反馈放大形成。     

染料掺杂聚合物分散胆甾相液晶薄膜激光特性研究

采用激光染料DCM、向列相液晶TEB30A、手性剂S-811、聚乙烯醇(PVA), 通过微胶囊法制备了聚合物分散胆甾相液晶薄膜, 测量激光辐射谱, 研究了其激光辐射机理和温度调谐特性. 利用正交偏光显微镜观察器件织构, 看到液晶微滴分散均匀, 尺寸较大, 约为80 μm, 并且微滴中液晶分子呈现平面态排列织构. 以532 nm的Nd:YAG固体激光器作为抽运源, 测得在634.5 nm和680.2 nm波长处出现了尖锐的激光辐射峰, 线宽分别约为0.25 nm, 0.29 nm. 并与染料掺杂胆甾相液晶激光器件进行比较. 升高器件温度, 其输出激光波长蓝移, 获得666.7 nm至643.9 nm共22.8 nm的调谐范围. 由实验结果分析得出, 激光辐射机理为光子禁带末端激光, 出射波长分别对应光子禁带的两个边沿.     

楔形盒染料掺杂胆甾相液晶激光器研究

设计制作了楔形盒掺杂激光染料PM580的胆甾相液晶器件, 研究了激光辐射行为. 在楔形液晶盒中出现了一系列与楔棱平行的向错线和不同规则形状的晶畴, 胆甾相液晶形成了平面态排列. 采用固体Nd:YAG倍频532 nm 波长激光作为抽运光, 获得调谐精度约1 nm, 调谐范围约17 nm的一维波长可调谐激光器. 楔形盒中, 液晶扭曲力与取向膜表面锚定力相互平衡的过程中胆甾相液晶螺距伸张, 光子禁带位置移动, 从而调谐光子禁带边沿出射激光波长. 关键词： 胆甾相液晶 楔形盒 激光辐射     

温度对液晶填充光子晶体光纤传输特性的影响

利用液晶的折射率是温度和波长函数的特性,在光子晶体光纤(PCF)芯区的空气柱中填充向列相液晶,通过改变温度来改变液晶的折射率,构成了一种温度凋制光子晶体光纤.用阶跃有效折射率模型研究了温度对这种光子晶体光纤在不同光波长时传输特性的影响,并进行了数值计算.结果表明液晶填充使光子晶体光纤的色散减小,由于折射率对温度和波长变化敏感,改变温度可以使光纤在长波长区域出现单模传输,在短波长时不会出现单模传输,即使包层相对孔径很小也不会出现无截止单模传输.温度升高使光纤的色散值增大,零色散波长向短波长方向移动.这些特性对温度调制光子晶体光纤器件的设计和应用具有一定的参考意义.     

电场作用下染料掺杂手性向列相液晶器件激光辐射谱研究

研究了电场作用下染料掺杂手性向列相液晶器件激光辐射谱。设计了两种电极结构,分别对正性和负性液晶器件施加横向和纵向电场,采用532 nm的Nd∶YAG脉冲固体激光器泵浦样品。对正性液晶器件施加电场,在 630～660 nm范围获得多波长的激光输出。对负性液晶激光器件施加电场,获得调谐范围为18.5 nm的激光输出。由器件织构和光子禁带的变化,进行了深入的分析。正性液晶器件,在电场力矩与扭曲力矩相互竞争过程中,引起液晶的流动,光子禁带上下浮动,因此不仅在禁带边沿,禁带内也出现激光辐射。而负性液晶器件随着电场强度增大,液晶螺距收缩,禁带蓝移,输出激光波长从681.0 nm蓝移到662.5 nm,出射激光波长为光子禁带边沿处。负性液晶器件在电场作用下的稳定性较好。     

基于光子晶体光纤关联光子对频谱特性的研究

为了研究光子品体光纤在800 nm波段关联光子对的频谱特性.基于自发四波混频得到了脉冲抽运光产生的光子对的相位匹配函数和频谱甬数.数值计算、证明闲频光中心波长取796 nm时的频谱对称性最好;在假设闲频光频率为单一频率的前提下,利用简化频谱函数的表达式,通过改变光子晶体光纤零色散点色散斜率和非线性系数,以及抽运光的入射中心波长,进一步讨论了抽运光和光子晶体光纤参数变化对信号光和闲频光频谱函数的影响及变化规律.提出了有利于产生高纯度纠缠光子对的光纤参数和抽运光参数,结果对于在800 nm波段发展光子晶体光纤纠缠光子源的实验具有指导和参考意义.     

双波长抽运拉锥光子晶体光纤产生超连续谱研究

利用1064 nm抽运光在总长度为1 m的光子晶体光纤(PCF)的前半段(77 cm)通过四波混频产生747 nm短波信号光,并对光纤的后半段进行拉锥处理,拉锥光纤具有707 nm和1177 nm两个零色散点(ZDW).利用1064 nm抽运光和产生的747 nm信号光共同在两个零色散点之间的反常色散区抽运拉锥光子晶体...     

光纤回音壁模式的三波段激光辐射研究

将石英光纤浸入低折射率的激光染料溶液中构成圆柱形微腔.采用沿光纤轴向光抽运的消逝波激励增益方式,获得了沿光纤轴向长距离的激光染料增益,受激辐射光在圆柱形微腔中回音壁模式的支持下形成激光振荡.在直径为288 μm的同一根光纤外分三段分别填入罗丹明6G、罗丹明610和罗丹明640激光染料乙二醇溶液,实现了波长分别在567～575 nm、605～614 nm和656～666 nm三个不同波段的回音壁模式激光振荡,用一根光纤同时获得了红、橙、黄三种不同颜色的激光辐射.对实验所获得的回音壁模式激光光谱做了模式标定,依据标定的模式数计算了各种模式以及抽运光在光纤截面的强度分布.计算结果表明,激光增益区域总是局限在圆柱形微腔回音壁模式的模场区域内,由此可以显著地提高抽运效率,增加抽运光沿光纤轴向的增益长度.     

基于掺铒光子晶体光纤超荧光光源的实验研究

为了改进传统掺铒光纤超荧光光源的输出稳定性,提出基于掺铒光子晶体光纤的超荧光光源。构建了单程后向结构掺铒光子晶体光纤超荧光光源,研究了这种新型光源的输出特性。分析了掺铒光子晶平均波长体光纤长度和抽运功率对光源输出功率、光谱谱宽和平均波长的影响。结果表明,通过优化选取光纤长度28m和抽运功率220mW,获得了单程后向结构超荧光光源输出如下:输出功率45.74mW、光-光转换效率20.79%、谱宽31.5nm和平均波长1548.003nm。该实验结果为进一步研究掺铒光子晶体光纤超荧光光源在不同环境下的稳定性奠定了基础。     

染料掺杂液晶填充毛细管的激光发射特性研究

本文提出利用染料掺杂液晶填充PI光控取向膜毛细管获得可调谐激光.采用532 nm YAG倍频脉冲激光器抽运,实验及理论研究了有聚酰亚胺(PI)取向膜和无PI取向膜毛细管的激光发射特性,对比分析了两种情形的激光产生阈值以及随温度变化的特性.结果表明:经PI光控取向处理的染料掺杂胆甾相液晶毛细管的激光发射模式具有分布反馈模式和回音壁模式,同时,激光产生阈值为4.5 m J·mm~(-2);发现当温度升高时,发射光谱发生"蓝移",中心波长调谐范围为5.9 nm,温度升高到43℃时,形成质量非常好的回音壁模式,其自由光谱范围为1.05 nm.经PI光控取向处理的染料掺杂向列相液晶激光发射模式为随机激光,并且较无PI取向时激光发射峰减少.     

孤子光脉冲的产生及其应用研究

利用非线性偏振旋转技术实现自起振被动锁模.在掺铒光纤环形腔激光器中产生了中心波长为1563.3 nm、重复频率为12.5 MHz、脉冲宽度为352.0 fs、3 dB光谱宽度为7.8 nm的孤子光脉冲.采用该孤子光脉冲作为抽运光源，经掺铒光纤放大器放大后，输入到101 m长的高非线性光子晶体光纤中，获得了20 dB带宽约为240 nm的超连续激光光谱.实验详细观测了光脉冲随抽运功率的变化及超连续激光光谱的形成过程，分析了其形成机理.研究表明：当抽运功率较低时，光谱加宽主要由高阶孤子的分裂引起；随着抽运功率的增加，高阶孤子分裂成基本孤子的数目逐渐增大，光谱进一步加宽；当抽运功率增加到受激拉曼散射的阈值时，受激拉曼散射成为光谱展宽的主要原因；抽运功率进一步增加时，受激拉曼散射、参量四波混频等非线性的共同作用将使光谱进一步加宽且变得光滑. 关键词： 孤子光纤激光器 超连续 光子晶体光纤     

一维液晶光子晶体透射谱的研究

一维液晶光子晶体在光滤波器、低阈值激光器和光开关等领域有着很好的应用前景。研究了一维液晶光子晶体的透射谱,电压范围在0～10V内,光谱调谐范围约为50nm,透射峰半高宽为18nm,禁带宽度近400nm。进一步提出了非偏振光型液晶光子晶体,设计了相互垂直0°扭曲取向的双液晶层一维液晶光子晶体器件。双液晶层起到了对各向偏振光光程的补偿作用,使得禁带中的两个透射峰合并为一个透射峰,加强了光强度,增强了滤波性能。     

偏斜光线抽运下的回音壁模式光纤激光辐射特性

研究了偏斜光线抽运下的回音壁模式光纤激光辐射特性.实验发现,在抽运光以偏斜光线方式沿光纤的近轴向抽运时,回音壁模式的光纤激光辐射中,既存在光电矢量和光纤径向垂直的横电波(TE),也存在光电矢量和光纤径向平行的横磁波(TM);随增益包层染料溶液折射率的增加,径向模式数和角模式数相同的TE波和TM波之间的波长差单调减小,回音壁模式激光辐射的中心波长向短波方向移动,辐射的波长范围变窄.用回音壁模式激光的辐射理论结合激光染料的四能级模型,满意地解释了实验结果.     

基于全息液晶/聚合物光栅的分布反馈式激光器的波长调谐特性研究

首先制备了不同周期的染料掺杂全息液晶/聚合物光栅并进行激光抽运实验, 得到了激光器的调谐曲线,确定了激光器在574 nm到685 nm的谱带里均可以实现激光输出, 即激光器具有110 nm左右的可调谐范围. 之后, 通过温控仪控制样品的温度, 对周期为610 nm的染料掺杂全息液晶/聚合物光栅进行激光抽运, 探测不同温度下的输出激光光谱, 观察到随着温度由20℃升高到65℃, 激光器的中心波长由627.9 nm减小到623 nm, 产生了4.9 nm的波长蓝移.     

高功率光子晶体光纤放大器实验研究

利用掺Yb³⁺的光子晶体光纤作为光纤放大器的增益介质,采用反向抽运方式,分别从理论和实验方面研究了不同信号的增益特性,在信号光功率为6W,抽运光功率为160W时,获得了104W的输出功率.实验发现,当抽运功率大于一定值时,放大器输出会有一定的不稳定性,并影响输出功率的进一步提高. 关键词： 光子晶体光纤 光纤放大器 反向抽运 高功率     

高能量脉冲光纤激光器荧光特性

高能量脉冲激光器中,高强度的抽运光注入掺杂光纤后会部分转化为荧光,导致抽运效率的降低。基于铒掺杂光纤中铒离子的能级结构,分析了高能量脉冲光纤激光器中荧光的产生机理,采用非线性薛定谔(Nonlinear Schrdinger)方程和能级跃迁模型的速率方程,建立了高能量脉冲光纤激光器中荧光和抽运光的传输模型。通过此模型进行了数值仿真研究,首次深入分析了抽运光和荧光功率沿光纤轴向分布的变化规律,研究了荧光功率、抽运效率与光纤掺杂浓度的关系,并得出了抑制荧光产生、提高抽运效率的方法。数值结果表明:在铒掺杂光纤中,荧光和抽运光分别沿光纤的轴向近似呈指数规律衰减,且荧光的衰减速度比抽运光快;当抽运光功率一定时,铒掺杂光纤在980nm激光抽运下产生的荧光功率比1480nm激光抽运下的低,且980nm激光抽运下产生荧光的阈值比1480nm的高;抽运光功率一定时,铒掺杂光纤中产生的荧光功率随其掺杂浓度的增加而增加,而抽运效率随着掺杂浓度的增加而降低;衰减系数一定时,荧光沿掺铒光纤轴向的衰减速度随增益系数的增加而增加。理论分析的结论与参考文献中的实验结果吻合得很好。因此,为有效抑制荧光产生、提高抽运效率,应选择980nm的激光作为抽运光源,并在激光器的增益一定时尽量降低光纤的掺杂浓度,或者在一定的掺杂浓度下尽量提高增益系数。     

光子晶体光纤温度压力传感器

提出了一种在高温环境下同时测量温度和气压的光子晶体光纤温度压力传感器.在普通单模光纤和光子晶体光纤之间熔接一段空心光纤构成干涉结构.空心光纤段构成非本征法布里-珀罗干涉仪,利用光子晶体光纤的微孔与外界相通,通过气体折射率变化来测量环境中的气压变化;光子晶体光纤段构成本征法布里-珀罗干涉仪,利用热膨胀效应和热光效应来测量环境中的温度.传感器的解调通过自制的白光干涉解调仪实现,实验通过测量腔长得到被测环境的温度和气压.在不同温度和气压环境下,对腔长分别为306μm和1535μm的温度压力光纤传感器进行连续测量.实验结果表明,传感器能够在28~800℃的温度下和0~10 MPa的气压下稳定工作,测量范围内温度灵敏度可达17.4 nm/℃,压力灵敏度随温度增加而降低,在28℃时可达1460.5 nm/MPa.     

高非线性光子晶体光纤中飞秒脉冲的传输特性和超连续谱产生机制的实验研究及模拟分析

用实验和数值模拟两种方法研究了高非线性光子晶体光纤中飞秒激光脉冲的传输特性和超连续谱的产生机理，给出了抽运脉冲在三种不同中心波长情况下输出光谱展宽并形成超连续谱的实际测量及理论模拟结果.研究表明：在零色散波长抽运时，光谱展宽以自相位调制为主，同时三阶色散的影响明显，传输脉冲在时域内出现振荡次峰.而在反常色散区抽运时，光谱展宽的初期以自相位调制为主，随后根据抽运功率的不同孤子自频移、高阶光孤子的裂变和四波混频效应会逐渐增强，进而成为光谱展宽的主要原因.与此相应，在时域中能明显看到孤子的形成和红移，飞秒传输脉 关键词： 光子晶体光纤 高非线性光子晶体光纤 飞秒脉冲激光 超连续谱     

基于预啁啾控制的极宽带光参量放大

在以飞秒钛宝石放大系统的倍频光为抽运光和超连续白光为信号光的光参量放大中,针对抽运光的宽带特点,分析了一种新的极宽带相位匹配方法.结果表明,10nm的抽运光带宽可得到近400nm的相位匹配带宽,若抽运光带宽达到20nm,相位匹配带宽就能达到近600nm.零色散波长为800nm的光子晶体光纤产生的超连续谱经光纤传输后为二次啁啾,宽带抽运光经棱镜对展宽具有线性啁啾,满足了极宽带相位匹配方法所需要的光谱分布.理论计算了对输入脉冲进行预啁啾控制应选择的光纤长度和棱镜对在光路中的插入量,为实现极宽带光参量放大提供了 关键词： 啁啾 极宽带相位匹配 光参量放大 光子晶体光纤     

长脉冲抽运光子晶体光纤四波混频和超连续谱的理论研究

本文数值研究了长脉冲抽运光子晶体光纤四波混频和超连续谱的产生.依据准连续波近似下的相位匹配条件和能量守恒定律,能够理论上确定在光子晶体光纤正常色散区抽运时,四波混频效应产生的信号光和空闲光波长;以及在光纤反常色散区抽运时,调制不稳现象产生的两个对称旁瓣波长.利用自适应分步傅里叶法,定量地模拟了利用波长为1064 nm的亚纳秒激光器抽运两种不同色散特性的光子晶体光纤四波混频效应和超连续谱的产生,模拟结果与实验结果符合非常好. 关键词： 光子晶体光纤 超连续谱 四波混频 自适应分步傅里叶法