大功率半导体激光器远场光分布特性

对于以TM模工作的大功率半导体激光器,基于偏轴高斯光束模型,推导了描述其光波传播特性的非傍轴矢量场模型,数值计算了大功率半导体激光器光束的远场光强分布和发散角特性,讨论了bar型半导体激光器的远场光分布特性,给出了bar型半导体激光器的远场光强分布模型及数值仿真结果.仿真结果表明,大功率半导体激光器的矢量光场和标量光场...     

声光衍射法测量液体中超声声强的数据处理方法

为将半导体激光器用于构建声光效应及声速声强测量教学实验装置,推导了超声光栅远场衍射光场分布,给出了超声光栅相位调制系数分别与声强和各级衍射光强度的关系,总结了从衍射光场图像提取声强值的数据处理方法.通过建立交替使用氦氖激光器或半导体激光器的实验系统,进行了液体中超声声强测量的比较实验,验证了半导体激光器作为光源实现声光衍射法超声声强测量的可行性.     

侧向微结构宽脊波导分布反馈1.06μm半导体激光器

为了改善宽脊波导半导体激光器侧模特性和光谱特性,提出了一种具有侧向微结构脊波导和高阶脊表面光栅的分布反馈半导体激光器.该激光器在宽脊波导的两侧刻蚀微结构区,基于各阶侧模光场分布不同的特性,增大了谐振腔内基侧模与高阶侧模的损耗差,消除了远场光斑"多瓣"现象并且输出功率有所提升;同时,借助高阶脊表面光栅,器件的线宽得到了进...     

基于环行腔激光器四波混频型可调谐波长转换的理论研究

建立了完整的基于半导体环行腔激光器四波混频型可调谐波长转换器的宽带理论模型.模型中考虑了半导体光放大器的材料增益谱、载流子的空间分布、光场的纵向空间分布和宽带放大自发发射等关键因素，并通过数值模拟，从理论上研究了这种波长转换器的各种性能与输入信号光功率、注入电流、输出耦合器的耦合比和环行腔激光器激射光波长的关系.理论上所得结论与文献中实验结果符合得很好. 关键词： 半导体环行腔激光器 四波混频 波长转换 放大自发发射     

半导体激光器远轴光束的准直特性研究

对半导体激光器光束准直场的研究具有重要的意义,半导体激光器的远轴模型能精确描述其发出的光束。根据瑞利索末菲衍射公式,利用稳相法得出了半导体激光器远轴光束经过透镜准直后的场分布解析表达式。根据该表达式可以得出如下结论:准直后光束在两个方向上的光斑大小与透镜焦距成正比,且与传输距离无关,沿轴光强与波导尺寸参量和准直透镜焦距有关,且与透镜焦距成平方反比关系,在传输距离较短的情况下,准直光场相位分布近似为球面,传输距离较长时,光场相位近似为平面.这些结论在工程应用中具有重要的价值。     

基于半导体激光器注入锁定的全光时钟提取EI北大核心CSCD

提出并分析验证了一种基于半导体激光器注入锁定实现的全光时钟提取方案。方案中,借助半导体激光器的注入锁定过程,可以将光归零(RZ)码信号中的载波和一个时钟分量依次锁定两个半导体激光器获得光场的锁相输出,通过输出分量的叠加,得到所需的同步时钟信号。实验中,采用两个分布反馈(DFB)型半导体激光器,成功地获得了10 Gb/s光RZ码信号的时钟信号。这一方案在注入功率的动态范围、可调谐性、信号波长稳定性要求等方面都表现出了很好的灵活性,并具有可集成潜力,是一种实用性很强的新方法。     

基于半导体激光器注入锁定的全光时钟提取

提出并分析验证了一种基于半导体激光器注入锁定实现的全光时钟提取方案。方案中,借助半导体激光器的注入锁定过程,可以将光归零(RZ)码信号中的载波和一个时钟分量依次锁定两个半导体激光器获得光场的锁相输出,通过输出分量的叠加,得到所需的同步时钟信号。实验中,采用两个分布反馈(DFB)型半导体激光器,成功地获得了10 Gb/s光RZ码信号的时钟信号。这一方案在注入功率的动态范围、可调谐性、信号波长稳定性要求等方面都表现出了很好的灵活性,并具有可集成潜力,是一种实用性很强的新方法。     

布拉格反射波导半导体激光器的研究

高功率半导体激光器在固体或光纤激光器泵浦、材料加工、医疗、传感、空间通讯和国防上有着极其重要的应用,但传统半导体激光器面临垂直发散角大、椭圆光斑的难题,限制了其直接应用。为了降低激光器的垂直发散角,本项目采用布拉格反射波导结构,利用光子带隙导引替代传统的全反射进行光场限制,优化设计了多种布拉格反射波导激光器结构,并制备了高性能的激光器器件。首先,采用传输矩阵理论和布洛赫波近似的方法计算了布拉格反射波导的模式色散关系,发现通过控制腔模光场分布,可实现不同远场的激光输出。接着,针对布拉格波导光子带隙导引机制,深入研究了四分之一波长布拉格反射波导激光器、单边布拉格反射波导激光器的光场特性,弄清了影响此类激光器远场的本质因素,最终设计并验证了一种布拉格反射波导双光束激光器,激光器在垂直方向可输出两个对称的、近圆形光束,单光束垂直和侧向发散角半高全宽分别低至7.2°和5.4°。另外,通过调控光缺陷层,使激光器工作在受抑隧穿光子带隙导引机制下,实现了超窄的单光束激光输出,激光器单管连续输出功率超过4.6 W,垂直发散角最低降至4.9°(半高全宽)和9.8°(95%功率)。这种高功率、窄的圆形光束输出可以大幅降低半导体激光器的应用成本,提高泵浦或光纤耦合效率,具有广阔的应用前景。     

模式清洁器的噪声转化与输出场噪声分析

根据三镜腔模式清洁器的反射光场及透射光场的传输特性,推导了反射光场和透射光场中振幅和相位两个正交分量的噪声转化函数,理论证明模式清洁器可以实现半导体激光器振幅噪声和相位噪声的相互转化.搭建三镜腔模式清洁器和自平衡零拍探测实验系统,测量了模式清洁器反射光场和透射光场的振幅噪声谱,实验结果与理论结果一致.根据模式清洁器的噪...     

纳米孔径激光器出射孔径设计

采用三维时域有限差分（FDTD）方法计算和比较了不同形状和尺寸的纳米孔径半导体激光器的近场分布特性，结果表明采用C形孔径设计可使纳米孔径激光器的输出光强最大值比方孔和圆孔提高了3－4个数量级，通光效率也会有显著提高而聚焦光斑尺寸基本不变。并提出C形孔在孔径尺寸为1／3波长左右时输出光场分布最优。纳米孔径激光器可用于超高密度近场光存储、近场光学超衍射分辨成像、纳米光刻等。     

高斯分布圆口径天线辐射近场分析

采用口径场法对具有高斯幅度分布的圆口径天线辐射近场进行了分析。推导了非聚焦和聚焦2种工作方式下圆口径天线轴向近场和增益的解析表达式;采用数值积分方法分析了圆口径天线非轴向近场分布特性。分析表明,对于高斯幅度分布的圆口径天线,天线轴向场在近区为振荡分布,其近场增益与口径面分布和观测点位置有关,通过聚焦可以使近场焦点处增益达到远场增益,大大提高焦点及焦点附近区域的电场幅度。     

二元环形孔径全空间轴线上的衍射光强分布

运用Rayleigh-Sommerfeld衍射积分,详细推导了二元环形孔径全空间在轴光强分布公式.由于未作明显的近似,所得公式对衍射距离大于数倍入射波长的衍射空间都是有效的.计算并分析了这种孔径轴线上的光强分布情况.结果显示,它的最大调制深度是入射光强的16倍,比圆形孔径或环形孔径大4倍,近场的光学层析能力比远场的强.在很近场区,二元环形孔径的在轴光强分布对孔径结构比较敏感,这些特性使这种孔径在光子学和光纤光学的应用方面具有潜在的价值.     

大气击穿对高功率微波天线的影响

 高功率微波大气传播过程中，天线附近的功率密度最大，容易发生强电离或大气击穿，由此产生“尾蚀效应”等非线性衰减，因此，传输过程中产生的大气击穿限制了高功率微波天线的最大发射功率。通过分析天线近场模型，研究了矩形口径天线和圆口径天线的近场轴向功率密度分布，得到了不同口面场分布下天线的最大归一化功率密度及其最大值所处的位置，并结合大气击穿功率密度阈值计算出锥照圆口径天线的最大发射功率约为148.47 GW。     

用时阈有限差分方法研究光纤微探针近场分布特性

采用三维时间域有限差分（FDTD）方法研究了扫描近场光学显微镜中光纤微探针的近场分布特性,研究结果表明,锥形裸光纤探针的近场光中,以从探针锥变区侧面泄露的光即传播场为主,当在探针的侧面镀上一层金属膜对于从侧面泄露的光具有较好屏蔽效果,因而比裸光纤探针具有更好的空间束缚能力,无论是裸光纤探针还是金属膜探针,入射偏振光从针尖出射手发生了退极化现象,近场分布中产生与入射光偏振方向垂直的其它两个电场分量,而且金属膜探针的退极化分量对近场分布的影响比裸探针显著得多,如果在近场成像中接收退极化分量而不是总场则可以提高近场成像的对比度,还详细地分析了微探针的近场分布特征与退极化之间的关系。     

近场衍射图样的抽样定理处理方法

提出近场衍射图样的抽样定理处理方法,在近场衍射中,孔径和衍射场分布为或近似为空间有界物,在其频域中可以比较精确地恢复衍射的分布。衍射场频谱带宽的近似值由频谱的幅值大于中心频谱极大幅值的１％的频率范围所确定。     

近场条件下的扫描成象方程

本文考察了传统(远场)扫描成象方程,发现它们在近场条件下不成立.通过引入一个探测效率因子,我们建立了对近场条件与远场条件都成立的统一的扫描成象方程.同时我们还分别采用标量Kirchhof模型和矢量Bethe-Bouwkamp模型对探测效率因子进行了计算,计算结果表明它们都与探针孔径成正比,但后者的分布要比前者宽约6倍.     

微小孔径激光器的研制与近场测试

介绍了一种用于高密度近场存储领域的新型微小孔径激光器(VSAL)。为了解决由腔面金属膜造成的激光器PN结短路的问题,在激光器中引入了窗口隔离区,不仅降低了器件制备的难度,而且也提高了器件的性能和成品率。采用聚焦离子束刻蚀技术成功地制备了输出功率为0 3mW的激光器,利用矩阵方法通过远场测量值估算了激光器的近场分布。     

An analysis of millimeter wave quasi-optical gaussian beam radiation-perturbational expansion method

In this paper perturbational expansion of wave equation is used to analyse the Gaussian beam radiation efficiency and the near field distribution of aperture antenna. The analysis is also suitable at large angles from boresight because the Gaussian beam used here is corrected to satisfy wave equation. An approach of minimum deviation of aperture field is used to calculate the Gaussian beam radiation efficiency, and calculation results is compared with that of Wydle's[1].     

Transmission of an obliquely incident beam of light through small apertures in a metal film

We recently found that the intensity of the electric near field of a triangular aperture in a metal film is strongly localized at one edge of the aperture for incident light polarized perpendicular to this edge. Previous numerical calculations of the near field of a triangular aperture in a planar metal film, using the field susceptibility technique, yielded a nearly quantitative agreement with the experiments. Using this numerical technique, we have investigated the influence of an obliquely incident plane wave on the near field of small circular and triangular apertures. An interpretation of the numerical results leads to a deeper understanding of the way in which light transmission through the aperture is excited. The data suggest that after excitation of currents in the metal film by the incident light, a scattering of these currents by the aperture generates the near field of the aperture. We found that the excitation of small apertures (size <100 nm) is due to a tangential magnetic field whereas the perpendicular electric field plays no role. The excitation of a small aperture can thus be described exclusively by a magnetic polarizability. We found that for thin metal films an interference of the scattered field with the field transmitted through the metal film changes the near field pattern. PACS 41.20.-q; 42.79.Ag; 68.37.Uv; 78.67.-n     

Irradiance from an aperture with a truncated J0 Bessel beam

In this paper we obtain an analytical expression for the intensity pattern associated with a field propagating from a circular aperture with a truncated J₀ Bessel beam distribution. The diffraction integral in the scalar diffraction theory is evaluated in both the far field and the near field and numerical results are presented for the irradiance pattern on the beam axis as well as in the transverse plane. General curves are drawn to show clearly the truncation effects of the aperture on the propagation characteristics of J₀ beams.