三阶分布反馈太赫兹量子级联激光器的远场分布特性

研究了三阶分布反馈太赫兹量子级联激光器的设计、制作并分析了其纵模和横模特性.通过建立波导结构模型,利用有限元方法模拟激光器波导结构内的三维模场分布,通过本征模的损耗分析器件的纵模模式选择机理.同时,由本征模的近场通过近-远场傅里叶变换求得激光器的远场分布.采用半导体工艺制作了4.3 THz双面金属波导三阶分布反馈量子级联激光器,测量了不同器件的发射谱和远场光束质量,远场发散角为12?×13?,实验结果和理论模拟符合.     

圆形高斯镜平凹腔腔内外激光场研究

运用边界元素法把圆形高斯镜平凹腔的自再现模的衍射积分方程转化为有限阶矩阵方程。计算了圆形高斯镜取不同反射率膜斑半径和中心振幅反射率情况下基模的场强分布、相位分布和本征值。研究表明:腔内光场分布半径随反射率膜斑半径的减小而增大,中心振幅反射率不影响光场分布半径;反射率膜斑半径影响远场分布,当其数值较小时,在光束的远场分布主峰周围产生弱衍射环;当高斯镜中心全反射时,远场分布随反射率膜斑半径的变化无明显变化;模式本征值随反射率膜斑半径的增大而增大。     

测量单模光纤模场直径的一种新方法

本文根据单模光纤模场直径的横向位移定义,提出了一种测量模场直径的新方法——远场高斯掩模匹配法.讨论了几种测量及数据处理方法.最后给出了初步的实验结果.     

介质平面波导TE0模衍射场的光束参量

对于傍轴光束，提出了介质平面波导衍射场的近场模场半宽度、远场发散角半宽度和光束传输因子M^2等光束参量之间满足简单的关系式，三个光束参量均可直接由波导模式场分布精确计算，或由可实际精确测量的远场衍射频谱分布精确计算。M^2因子的计算公式可表述为以二阶矩和微分算子定义的近场模场半宽度的比值，或以二阶矩和微分算子定义的远场发散角半宽度的比值。最后推导出介质平面波导TE0模衍射场光束参量的解析函数和光束参量的范围。     

多边形光纤远近场扰模特性

天文探测中类地行星的探测需要进一步提高视向速度的测量精度。但圆形光纤扰模效果不佳所引起的入射信息变化时的谱线漂移,成为限制测量精度提高的一个主要因素。采用多边形光纤改善光纤传输系统的扰模特性。利用搭建的测试光纤远场和近场光斑质量的光学系统,通过对光纤出射场光斑质量进行评价,研究了圆形、长方形、正方形和八边形光纤在不同入射条件下的远场和近场分布及远场光斑的光强变化和近场光斑的质心偏移,得出了不同光纤的扰模增益系数。实验表明,在相同入射条件下,多边形光纤具有较好的扰模特性,其中八边形光纤的远场光强变化最小,近场光斑质心偏移最少,扰模特性最好。以八边形光纤代替圆形光纤,可有效减小入射偏差引起的谱线漂移,提高视向速度的测量精度。     

圆形高斯镜平凹腔腔镜倾斜时光场模式分析

运用边界元素法把圆形高斯镜平凹腔的自再现模的衍射积分方程转化为有限阶矩阵方程。计算了谐振腔在理想情况和高斯反射率平面输出镜倾斜情况下基模的场强分布、相位分布和本征值。研究表明,腔镜倾斜使激光场模式分布沿发生倾斜的方向向镜边缘偏移,而且在腔镜倾斜较严重时模式分布发生畸变,不再是对称的拉盖尔-高斯基模分布。基模本征值随倾斜角增大而变小,光束远场分布变差。减小高斯分布反射率的膜斑半径,则能减弱因倾斜引起的模式畸变。     

基于局部优化方法的半导体激光器反源技术

为了解半导体激光器的传播模近场分布,利用远场分布的光强和逼近信赖域的局部优化方法,提出了一种新的计算传播模近场分布的方法.模拟实验表明,只需很少几个展开函数的线性组合,就能逼近源场函数,是一种稳定性好,精度较高的方法.     

非对称Ag纳米线三聚体中的等离体子共振及级联效应

本文采用二维有限元方法,研究了由非对称半径及间距组成的银纳米线三聚体的等离子体共振以及异常的电场分布现象. 模拟结果显示,非对称银纳米线三聚体中存在亮模和暗模. 当亮模分布于两根半径较小的纳米线之间时,会导致在较大半径的两根纳米线间出现较高的场增强分布,说明级联效应被抑制. 相反,当两根半径较小的纳米线之间存在暗模时,较大的场增强存在于两根较小半径的纳米线间,此时所产生的级联效应得以实现.     

有限元法求解任意折射率分布光纤模场分布

 应用有限元方法求解了任意径向非均匀折射率分布园柱对称介质波导中纵向场耦合波动方程定解问题所对应的变分问题,该方法不受弱导或高斯模场分布等限制,可方便地求解光纤中介质波导的模场分布。用此方法研究了带阶跃环的三角型分段折射率分布光纤中归一化模场半径与芯层传输功率比值随光纤不同结构参数的变化规律。     

强激光与超音速自由剪切层的相互作用

 以波长为10.6μm,半径0.1m,焦距106m的激光束穿过二维超音速自由射流剪切层流场为物理模型，研究了由于辐射加热强激光束对流场的干扰以及激光束穿过流场后光束远场强度的分布。结果表明：由于流场的存在，使光束的远场强度分布产生了较为明显的变化，对于射流出口处不同的马赫数以及出口压力，流场对光场的远场强度分布影响不同；对于没有引起气体介质电离的强激光束，由辐射加热引起的对超音速自由射流剪切层流场的影响可以忽略。     

A variational mode expansion mode solver

A variational approach for the semivectorial modal analysis of dielectric waveguides with arbitrary piecewise constant rectangular 2D cross-sections is developed. It is based on a representation of a mode profile as a superposition of modes of constituting slab waveguides times some unknown continuous coefficient functions, defined on the entire coordinate axis. The propagation constant and the lateral functions are found from a variational principle. It appears that this method with one or two modes in the expansion preserves the computational efficiency of the “standard” effective index method while providing more accurate estimates for propagation constants, and well-defined continuous approximations for mode profiles. By including a larger number of suitable trial fields, the present approach can also serve as a technique for rigorous semivectorial mode analysis.     

Measurement of polarization mode dispersion in single mode fibre

Polarization mode dispersion (PMD) in fibre seriously limits the high-capacity optical fibre communication system. The measurement of PMD was realized by three methods — wavelength scanning method, modified OTDR method and modified York S-38 dispersion meter method. Different types of fibres have been measured using the above three methods and the results have been found to be consistent. Finally, we also found that the measured results of longer non-polarization-maintaining fibre satisfied the Maxwellian probability density function and the results of polarization maintaining fibre were derived. Supported by The National Natural Science Foundations of P. R. China.     

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.     

一种单模-多模-单模结构的干涉型光纤温度传感器

SMS光纤结构是一种近年来新兴的光纤器件,该结构光纤具有结构简单、易于实现、成本低廉、灵敏度高和无温度应力交叉敏感等特性.在光纤传感技术领域是一种继光纤光栅之后的具有广泛发展前景的光纤器件.从理论上分析了SMS结构和SMS级联结构的光纤传感原理,并从实验上研究了SMS结构和级联SMS结构的温度传感特性.实验表明:对于SMS结构光纤传感器,随着温度的增加,特征波长移动量逐渐增加,向长波方向漂移了4.05 nm,其传感器的温度灵敏度为15.76 pm/℃;对于级联SMS结构的光纤传感器,级联后不改变原来SMS结构的中心波长的位置,两个SMS结构仍然是独立的,不相互影响.所以说将两个SMS结构串联是可行的,可以用于温度和应力的同时测量,也可以用于分布式光纤传感器.     

Simplified mode analysis of guided mode resonance gratings with asymmetric coatings

A simplified modal method to explain the resonance phenomenon in guided mode resonance(GMR) gratings with asymmetric coatings is presented.The resonance observed is due to the interaction of two propagation modes inside the grating.The reflectivity spectra and electric field distributions calculated from the simplified modal method are compared using rigorous coupled-wave analysis(RCWA).The influences of high-order evanescent modes on the resonance peak are analyzed.A matrix Fabry-Perot(FP) resonance condition is developed to evaluate the resonance wavelength.An explanation for the resonance phenomenon observed based on the FP resonance phase condition is also proposed and demonstrated.The simplified method provides clear physical insights into GMR gratings that are useful for the analysis of a variety of other resonance gratings.     

介电常数近零模式与表面等离激元模式耦合实现宽带光吸收

介电常数为零或近零模式在微纳结构中提供了一个新的方式调控光与物质的相互作用.本文首先利用金属圆盘阵列结构激发了表面等离激元共振,在共振频率处实现了光的局域效果;然后通过在金属-绝缘体-金属超表面微纳结构中加入掺杂半导体材料,利用上层金属圆盘阵列激发的表面等离激元共振诱导介电常数近零模式的产生,从而使得介电常数近零模式与表面等离激元模式发生耦合,在中红外波段实现了一个470 nm的宽带吸收效果;数值模拟结果显示,在宽带吸收处存在光场的强局域效果.与窄带吸收相比,宽带吸收有更广泛的应用,比如吸收器、传感器、滤波器、微测辐射热计、光电探测器、相干热发射器、太阳能电池、指纹识别和能量收集装置等.     

Doughnut-like beam generation of Laguerre-Gaussian mode with extremely high mode purity

An apparatus to achieve a single doughnut-like Laguerre-Gaussian (LG) mode with extremely high mode purity higher than 99.6% is reported. The proposed apparatus is a conceptual combination of a high-order HG mode selector and an astigmatic mode converter, which consists of only four simple and easily-made optical elements: three lens elements and one binary phase element. Theoretical simulations show that the apparatus has a good tolerance for both system production and alignment errors. With such high mode purity, the doughnut-like LG beam generated by the apparatus carrying an orbital angular momentum will be beneficial to numbers of studies including the trapping and rotating of micro and nano-particles, non-linear optics, and atom-light interaction.     

Gaussian approximation of the fundamental mode in single mode elliptic core fibers

In this paper, a scalar variational analysis based on gaussian approximation of the fundamental mode of single mode elliptical core fibers is presented. Curves depicting the variation of the normalised modal spot sizes (along the major and minor axes) of step and parabolic index fibers with the normalized frequency are given. The variation of spot size noncircularity with core noncircularity is shown to match well with some recent experimental result. The analysis is used to calculate various splice losses at a joint between two elliptical core fibers and compared with the available experimental results.     

MEMS环形谐振器椭圆模态中的锚损分析（英）

环形谐振器是微机电系统（MEMS）谐振器中典型结构之一。其中,椭圆模态是环形谐振器面内振动的一阶模态,也是使用最为普遍的模态。以降低谐振器振荡时的锚损为目标,以有限元分析为技术手段,采用能量法对环形谐振器锚点的几何尺寸进行定量分析。分析结果表明,与研究者普遍认为的观点相反,谐振器锚点振荡模态的激发并不有助于提高谐振器的Q值。