KB镜成像模拟以及与菲涅耳波带板成像的比较

采用坐标变换方法自编光线追迹程序模拟了Kirkpatrick-Baez镜在X射线波段的掠入射成像,获得了视场、分辨率等结果.比较了给定参量条件下Kirkpatrick-Baez镜与菲涅耳波带板两种高分辨X射线成像的特性,给出两者各自适用范围.Kirkpatrick-Baez镜成像有比较高的系统效率,在视场中心的空间分辨能力可达0.71 μm,但偏离视场中心±200 μm,空间分辨能力显著下降至6 μm,适用于较小视场的成像.菲涅耳波带板成像不仅在视场中心可以实现0.39 μm的空间分辨能力,偏离视场中心达±13 mm,空间分辨能力也几乎不变,可实现大视场高分辨成像.     

1.66 μm和 1.55 μm光源对长距离光纤拉曼温度传感器测量时间影响的理论对比

通过理论分析,在综合考虑长距离光纤拉曼温度传感器中各光学器件波长相关特性的基础上,比较了1.66 μm和1.55 μm光源对传感器测量时间的影响.计算结果表明,由于各光学器件在1.5 μm波段的高性能和最大允许入纤脉冲峰值功率的增加,采用1.66 μm光源的光纤拉曼温度传感器,最高可获得约1.94倍的背向反斯托克斯信号.在相同空间分辨率和温度分辨率的情况下,测量时间可以降低约3/4.     

1×|N 信道聚合物微环谐振器电光开关阵列的开关特性

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出了一个完善合理的聚合物微环谐振器电光开关阵列模型.该器件由1条水平信道、N条竖直信道和N个微环构成,在微环上施加不同方式的驱动电压,可以实现N＋1条信道的开关功能.以1×8信道结构为例,在1 550 nm谐振波长下对该器件进行了优化设计和模拟分析.其结果是：微环波导芯的截面尺寸为1.7×1.7 μm2,波导芯与电极间的缓冲层厚度为2.5 μm,电极厚度为0.2 μm,微环半径为13.76 μm,微环与信道间的耦合间距为0.14 μm,输出光谱的3 dB带宽约为0.05 nm,开关电压约为12.6 V,插入损耗约为0.67~1.26 dB,串扰小于－20 dB,开关时间约为11.35 ps.     

硅基光波导芯层材料及波导分束器的制备

本文采用溶胶－凝胶法制备了具有紫外感光性的SiO2/ZrO2/H有机无机复合薄膜,利用分光式椭偏仪测得该薄膜在光纤的常用通信窗口0.85 μm、1.31 μm和1.55 μm波长附近折射率分别为1.556 9、1.548 9和1.547 2,与下包层SiO2的折射率（1.46）相比,其折射率差比δ分别为6.64％,6.09％和5.97％,可作为芯层材料用于光波导的制备.通过控制提拉速率可以制作出厚度分别为1.29,2.20,4.00,5.44和6.82 μm的SiO2/ZrO2/H芯层薄膜,以满足0,1,2,3和4阶导模的传输要求.进而利用该薄膜自身的感光特性结合紫外掩模法,制备出相应厚度的1×8Y分支光功率分配器.通光实验表明,该光功分器能够将1.53～1.56 μm波长的光限制在波导内,实现光的传输和分束功能.     

利用光镊计算工具箱实现光镊系统的参量评价

光镊所捕获的微球尺度常常落在中间尺度上,导致相关参量难于计算.OTT1光镊工具箱是一种基于广义Lorenz-Mie理论的T-matrix方法,它的发展使得对光镊系统的详细计算和评价成为可能.本文对光镊的轴向捕获特性曲线、线性性和刚度,以及杜克系列微球的互换性做了计算和评价.结果表明:光镊所用物镜的数值孔径越接近水的折射率捕获效果越好;0.8~1.2 μm的聚苯乙烯微球组成的光镊刚度较大;直径在2 μm以下的聚苯乙烯微球组成的光镊线性度较好;0.8~2 μm的Duke系列聚苯乙烯微球的互换性较好,便于纳米光镊的修正与实验;要避免米共振微球的直径要在2.5 μm以下.     

基于主动光学技术的任意视场变分辨率空间望远镜

介绍了一种新型的空间望远镜,通过改变光学系统焦距,可以提高任意感兴趣视场的成像分辨率。光学系统有四个反射镜组成,包括两个静态非球面反射镜和两个面形动态可调非球面反射镜.通过改变两个可变形反射镜的面形,系统焦距可以在399 mm到558 mm范围内进行动态调整.和机械式变焦系统相比,此主动变焦系统避免了光学元件的精密移动,有效减少反应时间。分析了此系统的成像质量,给出了0°、0.51°、0.7°不同视场的弥散斑:1.6 μm、1.0 μm、1.7 μm,及传递函数:在68 lp/mm 时,MTF曲线值大于0.7.此新型成像技术还可以有效减少数据传输链带宽需求,在遥感领域具有广阔的应用前景.     

多线阵半导体激光器的单光纤耦合输出

设计并研制了一种多线阵半导体激光器的高亮度光纤耦合输出模块.激光器芯片采用了分子束外延方法生长的宽波导、双量子阱结构AlGaAs/GaAs激光器外延材料,激光器模块采用6只准直的线阵半导体激光器,器件腔长为1.2 mm,单个发光单元宽度为100 μm,发光单元周期为500 μm,单线阵器件包括19个发光单元,单线阵器件的连续输出功率为50 W,每只单线阵器件的准直输出光束经过空间合束后再通过光束对称化变换实现了多线阵器件输出的高光束质量功率合成,采用平凸柱透镜实现了合束光束与400 μm芯径、数值孔径0.22石英光纤的高效率耦合,整体耦合效率达到65%,最大耦合输出功率达到195 W,光纤端面功率密度达到1.55×105 W/cm2.     

用于亚微米颗粒测量的后向散射光谱法

针对后向散射光谱粒径测量法对亚微米颗粒测量准确度较差的问题,提出了一种采用紫外光作为光源的测量方法.通过快速傅里叶变换计算了粒径为0.25~1 μm的聚苯乙烯亚微米颗粒的后向散射频谱,将频谱峰值对应的频率值与相应的颗粒粒径进行线性回归,各粒径值相对于回归直线的平均误差为±0.02 μm. 结果表明,本文提出的300~400 nm的紫外光适用于测量0.25~1 μm的亚微米颗粒,相比目前国外最新的采用可见光谱或红外光谱的方法准确度提高了一个数量级,同时该方法也适用于测量双峰分布亚微米颗粒系.     

长周期光纤光栅折射率传感器的结构优化

为了提高长周期光纤光栅对环境介质折射率的传感灵敏度,提出一种长周期光纤光栅的周期和包层半径的结构优化.基于长周期光纤光栅的耦合模理论,分析了长周期光纤光栅的周期和包层半径的大小分别与环境介质折射率传感灵敏度的关系,讨论了长周期光纤光栅的周期和包层半径对折射率传感的影响以及控制光栅周期与包层半径对折射率传感的重要性.为使优化的长周期光纤光栅具有实用性,谐振波长设计在1.55 μm的常规波长范围,经过多次摸拟实验,提出最佳优化参量为：Λ=380 μm,rcl=17 μm,对环境介质折射率从1.26~1.38不同值的实验测试,折射率传感灵敏度达到0.000 12,长周期光纤光栅的结构优化获得理想的预期效果.     

基于绝缘硅的微环谐振可调谐滤波器

采用电子束光刻和感应耦合等离子刻蚀等工艺,研制了一种基于绝缘硅材料的的微环谐振可调谐滤波器.滤波器微环半径为5 μm左右,波导截面尺寸为(350～500 nm)×220 nm不等.测试结果表明,波导宽度为450 nm时器件性能最为理想,其自由频谱宽度为16.8 nm,1.55 μm波长附近的消光比为22.1 dB.通过对微环滤波器进行热光调制,在21.4 ℃～60 ℃温度范围内实现了4.8 nm波长范围的可调谐滤波特性,热光调谐效率达到0.12 nm/℃.研究了基于单环和双环的多通道上下载滤波器,实验结果表明多通道滤波器的信号传输存在串扰,主要是不同信道之间的串扰,尤其在信号上载时,会在相邻信道产生较大串扰.     

Generation of broadly tunable picosecond mid-infrared laser and sensitive detection of a mid-infrared signal by parametric frequency up-conversion in MgO:LiNbO3 optical parametric amplifiers

Picosecond optical parametric generation and amplification in the near-infrared region within 1.361-1.656 μm and the mid-infrared region within 2.976-4.875 μm is constructed on the basis of bulk MgO：LiNbO 3 crystals pumped at 1.064 μm.The maximum pulse energy reaches 1.3 mJ at 1.464 μm and 0.47 mJ at 3.894 μm,corresponding to a pumpto-idler photon conversion efficiency of 25%.By seeding the hard-to-measure mid-infrared radiation as the idler in the optical parametric amplification and measuring the amplified and frequency up-converted signal in the near-infrared or even visible region,one can measure very week mid-infrared radiation with ordinary detectors,which are insensitive to mid-infrared radiation,with a very high gain.A maximum gain factor of about 7 脳 10 7 is achieved at the mid-infrared wavelength of 3.374 μm and the corresponding energy detection limit is as low as about 390 aJ per pulse.     

LD泵浦Nd∶YAG多波段激光器

为了获得高效率多波段激光输出,通过高重复频率驱动声光调Q技术和LD侧面泵浦技术,获得高功率高重频窄脉宽1.06 m激光输出。利用起偏器件获得垂直和水平两束1.06 m线偏振光,一束垂直线偏振光泵浦非线性晶体周期极化钽酸锂（PPLT）,实现1.46 m与3.9 m激光输出后与另一束1.06 m水平线偏振光合束,实现三波段共轴激光输出。在电源输入电流35 A、调Q驱动频率10 kHz的条件下,获得140 W的1.06 m激光。分束后泵浦PPLT获得最高功率为6.3 W的3.9 m和8.6 W的1.46 m激光,差频转化效率为21.3%。试验结果表明:通过高重频声光调Q技术和LD侧面泵浦技术,可以实现高重频窄脉宽1.06 m光输出,泵浦PPLT可获3.9 m和1.46 m激光输出。     

多光束泵浦中红外激光器

为了获得高功率高效率3 m～5 m中红外激光输出,利用双声光调Q晶体,通过高重复频率驱动调Q同步技术和LD侧面泵浦双棒串接技术,获得高功率高光束质量1.06 m激光双端输出,外置起偏器获得4束激光输出,利用波片偏振旋光原理,实现4束偏振态一致的激光输出,泵浦非线性晶体PPLT进行频率变换,实现高功率3 m～5 m中红外激光输出。在电源输入电流30 A、调Q驱动频率10 kHz的条件下,获得最高功率10.6 W的3.9 m中红外激光,1.06 m～3.9 m转化效率为9.5%。实验结果表明:通过双声光调Q技术和LD侧面泵浦双棒串接技术,可以实现4束高重复频率窄脉宽1.06 m偏振激光输出,泵浦PPLT可获得高功率3.9 m中红外激光输出。     

室温条件下脉冲CO激光辐射特性

CO气体分子发射激光需要在低温(液氮温度附近)时才容易实现。为在常温条件下实现CO的激光输出,采用横向激励大气压(TEA)脉冲放电的方式对CO气体分子在室温条件下的红外发光辐射性能进行了实验研究。在实验所限定的参数条件下,没有获得FO波段激光辐射,仅实现了FB波段的激光输出。典型的指标为:电光转换效率1%,中心波长5.3μm,辐射能量0.22 J,辐射脉宽(FWHM)700 ns,相当于辐射的峰值功率达到0.3 mW左右;当以500 Hz放电脉冲重复频率运转时,常温条件下还获得了大于百瓦量级的高平均功率辐射输出。     

ICF流体力学不稳定性实验用柱状激波管的研制

在惯性约束聚变(ICF)实验中,点火靶丸表面(界面)的粗糙度和缺陷所产生的流体力学不稳定性是决定点火成功与否的关键因素之一,设计和研制流体力学不稳定性分解实验用靶是解决该问题的主要技术手段。结合国内外的研究现状和神光-Ⅱ激光装置的特点,设计并研制了一种新型柱状激波管。该靶型由三种介质组成,分别为调制聚苯乙烯(CH)圆片、柱状碳气凝胶(CRF)和CH微套管。调制CH圆片和柱状CRF通过微加工技术装配到CH微套管内,封装后形成柱状激波管。介绍了该靶型的设计原理和详细的制备工艺,并对相应的靶参数进行了测量。结果表明:柱状CRF气凝胶具有较好的成型性,长度、直径和密度分别为1000μm、730μm和250mg·cm-3;CH圆片的厚度和直径分别为15μm和730μm,表面调制图形的周期和峰谷差分别为100μm和4.3μm;实验得到的柱状激波管的轴向和径向最大装配误差分别为2μm和3μm。     

Efficient frequency upconversion of coherent radiation from 10.26 to 1.187 μm in a GaSe crystal

Frequency upconversion of laser pulses at 10.26 μm to those at 1.187 μm was achieved in the presence of Nd:YAG laser pulses based on difference-frequency generation in a 10 mm-long GaSe crystal. The highest power conversion efficiency for the parametric conversion was determined to be 20.9%, corresponding to the photon conversion efficiency of 2.42%. This value is two orders of magnitude higher than the highest value reported on GaSe in the literature. The saturation of the output power at 1.187 μm as the input power at 10.26 μm was increased, due to the back conversion, i.e. 1.187 μm + 10.26 μm → 1.064 μm, was clearly evidenced. Such a parametric process has potential for achieving sensitive detections of mid-infrared radiation.     

1000线/毫米软X射线自支撑闪耀透射光栅的设计与制作

基于标量衍射理论讨论了软X射线自支撑闪耀透射光栅的特性并设计了光栅的结构参数. 采用全息光刻和湿法腐蚀技术, 成功制作了周期1 μm、占空比0.1---0.2、高宽比约100、栅线厚度10 μm、 有效面积比为65%的自支撑闪耀透射光栅. 单元尺寸为15mm× 15mm的硅绝缘体上含有四个5 mm× 5 mm的自支撑闪耀透射光栅窗口. 在国家同步辐射实验室检测了该光栅在5---50 nm波长范围内的衍射效率. 波长扫描测量结果表明, 闪耀效应明显地发生在类似镜面的光栅侧壁镜面反射方向上, 闪耀级次位置及其特征与标量理论预测的一致. 衍射效率的实测结果基本与理论模拟符合, 只是因光栅结构上的缺陷致使衍射效率偏低, 峰值只有理论值的38---49%. 实验结果证明了闪耀透射光栅的概念和湿法制作工艺的可行性.