阵列集成光波导应用于光学相控阵中的理论分析

基于光学相控阵理论和钛扩散铌酸锂光波导的导模特性,提出了一种新型阵列集成光波导应用于光学相控。根据光束传输法（BPM）,并结合现有半导体工艺水平及参数,对该阵列波导的导光特性,损耗特性以及耦合特性进行了仿真计算,最终给出了相控阵的结构设计参数。结果表明,应用该集成阵列波导的光学相控阵结构可实现光束连续精确定向偏转,偏转角度可达4.5,相位控制半波电压小于6 V,其系统光学控制单元损耗低且响应速度快。     

光纤阵列中纤芯间距的检测系统

在光通讯器件中,由光纤阵列和光波导封装而成的光波导分路器芯片,有着广泛的应用.光纤阵列与光波导封装的关键技术在于实现光纤阵列与光波导的低损耗耦合.然而,光纤阵列中纤芯分布的均匀性将会直接影响到耦合的性能,因此,需要对光纤阵列的纤芯分布进行检测,以选择分布均匀的阵列用于和光波导的耦合.系统利用显微视觉和纳米微驱动平台搭建...     

光波导阵列相控阵扫描技术研究进展

光学相控阵技术是一种灵活、快速、精确的非机械光束扫描技术,在新体制激光雷达和空间激光通信等领域有重要应用。综述了光波导阵列相控阵扫描技术的研究进展,对基于LiNbO3、GaAs/AlGaAs、磷化铟(InP)、绝缘Si等材料的光学相控阵技术进行了详细介绍,讨论了这几种材料的光波导阵列相控阵的优缺点和适用性,对光波导光学相控阵技术发展前景进行了展望。     

基于液体选择填充光子晶体光纤的波分解复用器研究

设计了一种基于液体选择填充三芯光子晶体光纤的1.31/1.55um波分解复用器。中间为缺失一个空气孔的普通二氧化硅纤芯,左右两纤芯填充了不同折射率的液体材料。根据光纤的消逝场耦合的模式理论,不对称相邻波导存在波长相关耦合。不同填充折射率的两纤芯与中间纤芯分别耦合,构成两个不同响应波长的光滤波器。通过选择合适光纤长度,可实现不同波长光的分离。采用全矢量有限元法分析了光纤的传输特性,讨论了填充不同折射率液体时波导间的模式耦合,得到了其匹配波长与耦合长度。基于光束传播法仿真发现,长度为4.88 mm的光纤能实现1.31/1.55 um波长光的解复用。     

非平整端面光波导光学相控阵输出特性的研究

光波导光学相控阵器件端面的平整性对其输出特性有很大影响。基于光场相干叠加原理,建立了非平整端面下光波导光学相控阵的远场光场分布模型,给出了远场光场分布的一般公式,分析了非平整端面如何影响输出面上光场的相位以及输出面相位的变化如何影响远场光场分布。利用该模型计算和分析了倾斜平面、凹面、单层凹陷以及随机起伏面这几种特殊非平整端面下光波导光学相控阵输出光强分布的特点。研究结果表明:当光波导光学相控阵的端面非平整时,会不同程度地改变远场主瓣的位置和强度,影响光束扫描精度和功率。     

高折射率纤芯光子晶体光纤的特性研究

在二氧化硅中掺入适量GeO2可增大折射率，用其作为光子晶体光纤的纤芯时易于将光场捕获在纤芯中，形成稳定的传输模式。本文通过有限差分法数值解亥姆霍兹方程，研究了空气孔呈三角形典型结构排列的光子晶体光纤的特性．当纤芯及空气孔的大小都相同时，纤芯掺杂比例越高，光子晶体光纤的有效折射率就越高，色散则会向负向增长。此外，在这种高折射纤芯的光子晶体光纤中，当纤芯的大小及折射率均固定仅增大周围空气孔时，光子晶体光纤的色散增大，有效折射率趋于降低，模场有效面积也趋于减小。     

具有高非线性和大有效模场面积的多固体芯集束型光子晶体光纤

提出了以硅为基质、高折射率铋化合物作为纤芯的多固体芯集束型光子晶体光纤(PCF).该类光纤利用全内反射型机制将传输光场约束在高折射率固体棒芯中,并能输出相同强度的光,通过数值模拟分析了集束六芯六角形和集束八芯四方形两种光子晶体光纤的有效模场面积和非线性系数随抽运波长以及纤芯直径的变化规律,证明了这种光纤同时具有等效的高非线性和大的有效模场面积的特性,可以用于实现高功率频率变换.     

非对称双芯光子晶体光纤的温度传感特性研究

设计了一种基于非对称双芯光子晶体光纤的温度传感结构,在光子晶体光纤的一个纤芯中填充液体乙醇作为温敏介质,利用双芯光纤的定向耦合效应,通过检测定向耦合器的中心波长实现对温度的测量。用虚轴光束传播法分析光子晶体光纤基模的有效折射率与温度的关系,结果表明设计的光纤结构具有良好的温度传感特性,在-20～70 ℃范围内的温度检测灵敏度达3.73 nm/ ℃。用光束传播法仿真LP01模的传输特性,表明当光纤长度为耦合长度的0.5至1.5倍时,对于同一温度,传输光谱中主极大对应的波长保持恒定,传感器具有较大的制作容差。     

光子带隙型光子晶体光纤温度传感特性分析

为了提高光子带隙型光子晶体光纤的温度灵敏度,提出了在纤芯环上并入高折射率液体圆柱的新结构,并利用全矢量有限元法对提出的结构进行了仿真,得到了温度对光纤有效折射率、纤芯能量和有效模面积等传输特性的影响。结果表明,随着温度的升高,光纤的有效折射率和有效模面积会减小,纤芯能量会增加,且零群速率色散点向短波长方向移动,尤其在短波长条件下光纤传输特性随温度变化趋势更加明显。该研究提高了光子带隙型光子晶体光纤传输特性的温度灵敏度,使其更加适合于温度传感方面的应用。     

大纤芯红外带隙型光子晶体光纤研究

针对一般红外光纤存在材料损耗高、制备工艺复杂、传输性能和输出光束质量差等问题,提出了一种适合CO2(二氧化碳)激光传输的新型大纤芯红外PBG-PCF(光子带隙型光子晶体光纤),该光纤由三角形结构光子晶体在中心抽掉19根毛细管空气孔形成大纤芯。利用PWM(平面波展开法)分析得到了传输波长为10.6μm的CO2激光的光纤带隙图;再利用基于全矢量有限元法的仿真软件COMSOL Multiphysics分析其损耗特性。结果表明,这种结构的PBG-PCF与现有的红外光纤相比,传输10.6μm CO2激光时的损耗更小,约为0.08dB/km,可满足医用传输大功率CO2激光的需要。     

High Power Fiber Bundle Array Coupled LDA Module

1 Introduction High power laser diode arrays (LDA) have many advan- tages such as small volume, long working life, high slope efficiency and high optical density, so they have many applications in medical treatment, material pro- cessing, and for the pumping source of solid laser and etc. But unfortunately, the LDA can not be easy to use directly in these fields because of their poor beam quality and extremely asymmetric divergent beams (!x≈ 5°～10°and !y≈20°～35°, for example), so it …     

Tunable Photonic Crystal Fiber Couplers With a Thermo-Responsive Liquid Crystal Resonator

We theoretically address the thermo-optical response of multicore photonic crystal fiber (PCF) couplers infiltrated with nematic liquid crystals (LCs). The proposed PCF coupler consists of two identical cores separated by a third one which acts as a liquid crystal resonator. With an appropriate choice of the design parameters associated with the liquid crystal core, phase matching at a single wavelength can be achieved, thus enabling thermo-tunable narrow-band resonant directional coupling between the input and the output cores. The verification of the proposed coupler design is ensured through an accurate PCF analysis based on finite element and beam propagation methods. The enhanced thermo-optical properties of LC-based PCF couplers are highly attractive for photo-thermal sensing applications.     

利用GaAs作为饱和吸收体的被动调Q光子晶体光纤激光器

利用GaAs晶体作为可饱和吸收体, 实现了掺镱光子晶体光纤激光器的被动调Q输出。实验用掺杂光子晶体光纤的芯径为21 μm, 数值孔径为0.04, 在实现了大模场面积的同时, 保证了激光器的单模运转, 从而得到高光束质量的激光输出。实验使用高功率半导体激光器作为抽运源, 采用自行研制的耦合系统将抽运光耦合进入光子晶体光纤的包层中。在激光器平均输出功率为5.8 W时, 实验得到的最短输出激光脉冲为80 ns, 重复频率为6.7 kHz。     

大芯径功率光纤中传输的激光束质量与偏振度研究

研究了在大芯径、多模功率光纤中传输的激光束光束质量和偏振与光纤长度的关系。用芯径为0．6mm的国产石英光纤及芯径为0．4mm和0．6mm的3M光纤做样品，实验结果表明输出光束的光束质量因子M^2值是光纤长度的双曲正切复合函数。线偏振光经光纤后其偏振度随光纤长度的变化呈指数衰减的关系。     

光学相控阵技术发展概述

截至目前,光学相控阵技术已经发展了70多年,针对不同的应用方向,发展出了液晶、MEMS、光波导、相干合成等多种器件和技术方案,在激光雷达、空间光通信、高亮度激光产生、合成孔径探测等应用领域获得了初步应用。光学相控阵技术通过对光束阵列中单元光束相位的控制,从而实现阵列光束等相面的重构或精密调控,具有系统体积质量小、响应速度快、光束质量好等优点。首先介绍了光学相控阵的工作原理,然后从激光发射和远距离成像两方面对几种主流相控阵技术的发展现状、应用方向及发展趋势进行了综述,最后给出了笔者的一些思考与建议。     

应用等效折射率模型研究光子晶体光纤

应用等效折射率模型研究了光子晶体光纤(PCF)的传播特性.介绍了光子晶体光纤的等效折射率模型.通过求解标量波动方程得到了光子晶体光纤包层基空间填充模的模式折射率,利用阶跃光纤的理论来研究光子晶体光纤的导模特性.应用此模型对不同结构光子晶体光纤包层区的等效折射率与波长的关系进行了讨论.包层区等效折射率与芯子的折射率差随波长的增加而增大,并由此阐述了光子晶体光纤的单模特性.数值分析得到光子晶体光纤的基模的模式折射率,并由此研究了光子晶体光纤的波导色散与结构参量的关系.分析表明,光子晶体光纤的波导色散随空气孔孔距的变化符合Maxwell方程的比例性质.空气孔的相对孔径对波导色散有重要的影响.这些分析表明光子晶体光纤具有可以灵活设计其色散特性的潜在应用前景.     

基于电光材料的光学相控阵技术研究进展

综述了基于电光材料的光学相控阵(OPA)的研究进展.介绍了光学相控阵技术的基本原理以及不同电光材料(铌酸锂电光晶体,AlGaAs光波导,液晶和掺镧锫钛酸铅(PLZT)电光陶瓷)光学相控阵技术的基本构想和涉及的关键技术;着重介绍近年来基于PLZT电光陶瓷材料光学相控阵技术的发展情况以及在这方面的最新研究成果,包括单级相控阵、级联相控阵、不同电极结构(表面电极和上下电极结构)相控阵技术等;最后简要介绍了光学相控阵技术在激光雷达等军事领域中的应用.     

扩芯-拉锥技术对光子晶体光纤合束器性能的改善

设计了一种新型的光子晶体光纤(PCF)合束器,利用光子晶体光纤的后处理技术塌缩纤芯周围的三圈空气孔使纤芯直径增大,再对PCF合束器进行熔融拉锥,将多路熔融拉锥后的光子晶体光纤熔接到一路多模光纤作为输出端。通过数值模拟计算得到:扩芯-拉锥PCF合束器在入射不同波长时的轴向损耗远小于直接拉锥PCF合束器。     

Analysis of modal characteristics and thermal effects on photonic crystal fiber laser

In this paper, thermo-optics effects on fiber lasers based on index-guiding photonic crystal fibers (PCFs) are studied. The modal characteristics of the PCF lasers are discussed in terms of the thermal effects. Modal analysis of PCF has been done with help of plane wave expansion and supercell lattice methods. The thermal analysis is performed by obtaining the effective index of fundamental mode and core confinement factor (CCF) when the fiber laser was pumped. The results show that PCF laser structure has negligible modal sensitivity to thermal load in comparison to conventional fiber laser. Analyzing the mode performance of the fiber laser under thermal load shows that the assumed PCF laser at 80 W/m pump power show ∼500° rise in temperature and 0.34% propagation constant variation in fundamental mode index and 0.04% CCF variation in fundamental mode.     

基于侧边抛磨光纤的侧面熔粘耦合的光纤耦合器

针对熔融拉锥法难以应用于制作特种光纤耦合器的情况,研究设计了一种适用于光子晶体光纤(PCF)或椭芯保偏光纤(ECPMF)等特种光纤耦合器制作的光纤侧边抛磨、侧面熔粘(FSA)耦合方法。通过建立仿真模型优化了光纤侧边抛磨的抛磨区包层剩余厚度等关键参数,利用侧边抛磨单模光纤(SMF)成功制作出FSA侧边抛磨光纤耦合器,并测试了光纤耦合器的相关特性参数。实验结果显示,侧面FSA耦合方法可制作耦合比(CR)为0～90%的特种光纤耦合器;所制作的光纤耦合器附加损耗(EL)小于0.5dB;在100nm光波长范围内,波长相关损耗(WDL)小于1dB;耦合输出端的偏振相关损耗(PDL)在光波长1310nm、1550nm处分别为0.30dB、0.45dB。研究结果验证了光纤侧边抛磨、侧面FSA耦合方法制作特种光纤耦合器的可行性,为有特殊要求的PCF或ECPMF等特种光纤耦合器制作奠定了方法基础。