有源和无源的无磁非互易研究进展

根据洛伦兹互易定理,在通常的光学系统中,交换信号源和探测器的位置后接收到的光信号不变。这为光路设计和分析带来了方便。在全光通信和量子网络中,需要有效地控制光信号的定向传输以避免反射光对信号的干扰、分离相向传输的光信号等,因此需要只允许光单向传输的非互易器件。以磁光隔离器为背景切入,简单介绍磁光领域的研究现状。重点从有源和无源两个方面对无磁非互易领域的发展进行综述,以展现量子光学在无磁非互易领域的重要应用。     

涡旋光束在双拉盖尔-高斯旋转腔中的非互易传输

通过构造两个线性耦合的拉盖尔-高斯旋转腔系统,实现携带轨道角动量的涡旋光束的非互易传输现象.系统中,两个拉盖尔-高斯旋转腔模通过扭力与中间的旋转镜耦合,同时两个涡旋腔场通过光纤直接耦合起来.两个强光场分别驱动不同的腔模,并利用一个弱探测场从系统一侧入射,从而对该系统两个传播方向的光响应特性进行研究.利用该系统哈密顿量和海森伯-郎之万方程,结合输入-输出关系可得到系统的输出光谱.结果表明此系统中的涡旋光束的非互易性来源于光旋转相互作用以及涡旋腔场相互作用之间的量子干涉效应.因此,可以通过调节非互易相位差来对系统的非互易传输进行调制.此外,两个涡旋光束所携带的拓扑荷比值会显著影响传输特性;在适当的拓扑荷比值下,该系统可以实现涡旋光束的单向传输.本研究成果有望用于实现理想的涡旋光隔离器.     

1.3μm偏振无关半导体光放大器单片集成模斑变换器

用金属有机化学气相外延生长并制作了 1.3μm脊型波导偏振无关半导体光放大器集成模斑变换器 ,器件有源区为同时采用压应变量子阱和张应变量子阱的混合应变量子阱结构以获得TE和TM偏振模式的增益平衡 ,模斑变换器采用一种新型脊型侧向锥形波导结构 ;集成模斑变换器的半导体光放大器远场发散角为 12°× 15° ,接近圆形光斑 ,与平头标准单模光纤耦合损耗为 - 2 .6dB ,在水平和垂直方向上的 - 1dB耦合对准容差分别为± 2 .3μm和± 1.6 μm ;在 2 0 0mA偏置电流下 ,半导体光放大器小信号增益近 2 4dB ,在 12 80～ 1340nm波长范围内偏振灵敏度小于 0 .6dB。     

集成光学 光电集成与器件

TN256 2005010336 基于NPS的集成光学型光隔离器的研究=Design and application of a quick fault detection and optical path automatic switching system[刊,中]／王巍(重庆邮电学院．重庆),兰中文…∥电子测量与仪器学报．-2004,18(1)．- 72-77 介绍了集成光学型光隔离器的两种构型,着重讨论了基于非互易相移(NPS)的集成光学型光隔离器。对于构成集成光学型光隔离器的关键构件磁光波导的理论基础,     

高重复频率全光纤被动锁模掺铒光纤激光器

报道了一种高重复频率全光纤非线性偏振旋转锁模掺铒光纤激光器, 获得了重复频率217 MHz的锁模脉冲输出. 该激光器使用一个偏振相关隔离器和一个偏振控制器即可获得稳定的锁模脉冲输出, 结构简单, 系统稳定. 激光器锁模脉冲的脉冲宽度为69 fs, 3 dB光谱宽度为56 nm, 射频频谱信噪比为76 dB.     

一维磁光子晶体实现光隔离的应用研究

采用4×4传输矩阵法研究了两种结构一维磁光子晶体的光隔离特性.结构一在外加磁场与光路光轴方向呈52.0°时,用7.96μm的总厚度在中心波长附近0.95nm范围内实现了光隔离,在此范围之内法拉第旋转角和透射率分别在45°~50.65°和97.01%~99.96%之间波动,结构仅包含43层光学薄膜,易于实际制备;结构二在外加磁场与光路光轴方向呈32.7°时,用11.54μm的总厚度在中心波长附近0.85nm范围内实现了光隔离,在此范围之内法拉第旋转角和透射率分别在45°~48.55°和98.85%~100%之间波动,结构包含73层光学薄膜,与结构一相比,该结构具有更高的透射率和更平坦的光谱.用这两种结构的一维磁光子晶体代替目前商用磁光隔离器中的块状磁光介质,可实现磁光隔离器的集成化.     

高消光比掺Yb3+锁模脉冲光纤激光器研究

报道了使用976 nm半导体激光器作为抽运源,利用非线性放大环形镜(NALM)锁模运行的掺Yb3+光纤激光器的实验研究.采用偏振相关隔离器代替偏振无关光隔离器、保偏光纤耦合器代替普通单模光纤耦合器,得到了高消光比的锁模脉冲输出,重复频率13.46 MHz,光谱宽度约2 nm,消光比高于25 dB.     

W波段边廊模回旋管准光模式变换器的研究与设计

详细研究并设计了一个由Vlasov螺旋开口辐射器和两级曲面反射器组成的边廊模回旋管准光模式变换器.首先采用几何光学理论研究了设计的Vlasov型准光模式变换器的工作机理,在此基础上,再利用矢量绕射理论中的口径场积分法和表面电流积分法编写了模拟仿真程序,最后结合W波段边廊模回旋管的具体设计参数,应用所编写程序详细分析了工作模式在此变换器中的模式变换过程.模拟结果表明,W波段回旋管中的TE_12,2边廊模在输出窗处被转换为能量集中的准Gauss波束. 关键词： 回旋管 边廊模 准光模式变换器 W波段     

磁光平面波导的单向传播特性

表面磁等离子体(surfacemagnetoplasmons,SMPs)是一种在电介质和偏置磁场作用下磁光材料界面处传播的近场电磁波.其独特的非互易传播特性引起了大量科研工作的关注,但在具体的波导结构设计上仍存在很多问题.本文研究了一种银-硅-磁光材料的3层平面波导结构,SMPs在磁光材料和硅的界面处传播,发现在特定的频率范围内,SMPs的基模及高阶模式均具有正向或反向的单向传播特性.分别计算了旋磁与旋电材料平面波导的色散方程,研究了硅层厚度与外加磁场对能带结构及SMPs单向传播区域的影响,发现无论是旋磁或旋电材料的结构,硅层厚度的增加使高阶模式使高阶模式出现在更低的频率位置,使单向传输带宽变小甚至消失,外加磁场的变大使磁光材料的能带结构频率增大的同时带隙中也引入了高阶模式.计算了2种磁光材料平面波导的正向和反向的单向传播带宽宽度,发现旋磁材料YIG的单向SMPs模式出现在GHz波段,最大单向带宽可达到2.45 GHz;旋电材料InSb的单向SMPs模式出现在THz波段,最大单向带宽达到3.9 THz.     

高信噪比多波长2 μm主动锁模光纤激光器

介绍一种多波长掺铥主动锁模光纤激光器,增益介质为长2 m的掺铥光纤,主动锁模通过铌酸锂强度调制器实现。腔内加入基于双折射的光学滤波器,利用保偏光纤双折射滤波效应在滤除腔内多余超模噪声的同时,还可以实现多波长输出。基频下的锁模脉冲频谱信噪比可达68.48 dB,在稳定的锁模状态下波长信道数最大为5。此外,腔内偏振无关隔离器被替换为偏振相关隔离器后,将锁模脉冲加载数字信号同步调制,测得的眼图光信噪比提高了8.67 dB。测试结果表明,锁模脉冲的时间稳定性得到有效提升。     

Elimination of phase-matching requirement for optical waveguide isolator

A novel optical waveguide isolator based on self-phase compensated TE–TM mode conversion was proposed. In this work, the troublesome phase-match condition for the TE–TM mode conversion is eliminated without degradation on the performances. An isolator based on this mechanism is designed and simulated. An insertion loss of −0.1 dB and an isolation of −25 dB was obtained. The tolerance of fabrication and bandwidth of the isolator was also discussed.     

基于十字变形结构的高效超宽带线性极化转换超表面

提出了一种基于十字变形结构超表面的极化转换器,在反射模式下获得了高效超宽带的交叉极化反射.在8.4到20.7GHz频段内交叉极化反射率大于-0.2dB,而共极化反射率小于-12dB,在谐振频率点处交叉极化反射率大于-0.03dB,而共极化反射率达到-60dB,即在谐振点处几乎可实现完全的交叉极化转换;相对带宽达84.5%,交叉极化的平均转换效率为96.7%;此外,利用电路板刻蚀制备了此极化转换器样品,实验测试其交叉极化反射率在工作频段内大于-1dB,而共极化反射率小于-10dB,实验结果与模拟结果吻合,验证了此超表面可以在超宽的频带内实现线极化电磁波的交叉极化转换.本文设计的超宽带极化转换超表面具有转换效率高和几何结构简单的优点,可被扩展到太赫兹甚至是可见光频段.     

过模圆转弯波导的设计与实验

 研究了一种新型的过模圆转弯波导,可实现圆波导TM₀₁模的转弯传输。介绍了这种过模圆转弯波导的基本原理：即沿转弯平面插入一块金属板,将圆波导转换为两个半圆波导。圆波导TM₀₁模在半圆波导中转换为半圆波导TE₁₁模,经转弯传输后,重新将半圆波导TE₀₁模转换为圆波导TM₀₁模,从而实现圆波导TM₀₁模的转弯传输。基于这一原理设计了一个中心频率为2.856 GHz、转弯45°的过模圆转弯波导,并进行了数值模拟和实验研究。实验结果表明：其转弯半径为123.7 mm,转弯半径较小;在中心频点2.856 GHz处,传输损耗约为0.247 dB,驻波系数为1.217;在2.75～2.95 GHz的频率范围内传输损耗小于0.53 dB,驻波系数小于1.34。     

A compact optical isolator using a Y3Fe5O12 crystal for near infra-red radiation

Using a Y₃Fe₅O₁₂ crystal as a Faraday rotator material, a samarium cobalt permanent magnet and two iron yokes, a compact optical isolator was constructed at 1.153m for optical transmission systems. The developed isolator is 13 mm in diameter and 25 mm in length, including two polarizers. The isolator characteristics are 1.3 dB forward loss and greater than 30 dB backward loss. A broadband isolator is realized by inserting a 45 degree Faraday rotator and an optically active 45 degree quartz rotator between the two polarizers set at 90 degrees in relation to each other.     

波片型光隔离器隔离性能分析

利用光学矩阵方法,给出了由偏光镜、λ/2波片和λ/4波片组成的波片型光隔离器的正向导通、反向隔离机理,分析了波片延迟量的偏差和波片方位角的定位精度对隔离度的影响.结果表明,要获得大于30 dB的隔离度,应分别将λ/2、λ/4波片的延迟偏差控制在±4°、±2°以内,方位角的定位偏差应不超过±0.4°、±0.8°.     

紧凑型圆极化模式转换器

 提出了一种结构紧凑的、能将圆波导TM01模或同轴波导TEM模转换为圆极化TE₁₁模的高功率微波模式转换器。该转换器由前后2个十字转门波导结对接组成,前者首先把圆波导TM₀₁模转变为4个矩形波导中的TE₁₀模,4个矩形波导的长度不等;后者再把4个经过不同相位延迟的矩形波导TE₁₀模转变为圆波导中的圆极化TE₁₁模。对所设计的1.75 GHz模式转换器进行了仿真研究,在中心频率上,该模式转换器转换效率为99%,轴比为0.03 dB;在1.575~1.900 GHz的频率范围内,转换效率大于90%,轴比小于2.5 dB,对应带宽为18.6%。     

基于少模光纤的全光纤熔融模式选择耦合器的设计及实验研究

提出了三种基于少模光纤的全光纤熔融模式选择耦合器. 根据模式匹配原理采用单模光纤与少模光纤熔融连接方式, 运用耦合模理论及光束传播法模拟分析了模式选择耦合器的结构参数对模式选择及耦合特性的影响, 实现了单模光纤中基模到少模光纤中不同阶模式的转换, 以满足不同的应用需求. 实验上以2× 2熔融光纤耦合器为例, 采用对称和非对称熔融拉锥方式, 分别实现了从基模到LP₁₁, LP₂₁模式的转换. 实验结果表明所得到的LP₁₁, LP₂₁模式在1530–1560 nm的波长带宽范围内均有较高的模式纯净度, 且模式耦合效率高于80%, 与理论模拟结果基本一致.     

Design of the H10□ to H01° Sector-Type Mode Converter at Ka-Band

A design procedure for the H₁₀^□ to H₀₁^° sector-type mode converter at Ka-band is described in detail. As an example, an H₁₀^□ to H₀₁^° sector-type mode converter with an input rectangular port size as 7.112×3.556 mm² and another output circular port diameter as 17.2 mm is designed and measured for insertion losses and wanted mode pattern. The mode converting efficiency from H₁₀^□ mode to H₀₁^° mode is about 91.2%. The insertion losses of the converter are lower than 0.1525 dB with 2GHz band.     

夹持方式对KDP晶体三倍频转换效率的影响

 针对压条固定方式、粘胶固定方式和全外围夹持方式进行理论建模和数值计算分析,并讨论了不同夹持方式的优缺点及其对KDP晶体面形和三倍频转换效率的影响。研究结果表明：晶体面形形变对高斯光束三倍频转换效率的影响明显小于平面波时的情况。当入射基频光光强为6 GW·cm^-2时,对于平面波的情况,压条固定方式、粘胶固定方式和全外围夹持方式3种夹持方式相对于不考虑夹持作用时的三倍频转换效率分别减小7.5%,9.0%和7.2%;对于高斯光束的情况,三倍频转换效率分别减小了1.3%,1.0%和1.5%。     

一种新型慢波结构TM01-TE11模式转换器的数值模拟

 设计了一种新型L波段慢波结构式圆波导TM₀₁-TE₁₁模式转换器，该转换器的尺寸为φ15.0 cm×40.8 cm，通过金属分割片将圆波导分成两个180°区域并在其中一个区域内设置半环形慢波结构。当TM01入射时，在两个区域内激励起扇形波导TE11模式，由于慢波结构的存在，该模式在两个区域内的传播常数不一样。适当调节慢波结构的参数，可使两个区域内传输的扇形TE11模式在金属分割片尾部相位相差180°，这两个扇形TE11模式耦合成为圆波导TE11模式输出，实现模式转换。建立数值模型并进行了模拟，结果表明在工作频率1.8 GHz处转换效率96%，反射率低于0.04，功率容量超过1.7 GW。