基于二维多模干涉效应的N×N光开关模型

报道了由两个N×N三维多模干涉耦合器和一段阵列相移波导组成的三维光开关.首先利用导模传输法分析了三维多模干涉耦合器的一般成像原理,并推导出了其成像位置以及相位矩阵.在此基础上,通过场传输矩阵法建立了光开关的传输方程.利用该传输方程计算得到了光开关工作时,阵列相移波导的相位条件,并通过三维有限差分光束传输法进行仿真验证,给出了光开关工作时的插损、串扰指标,以及光开关输出功率随相移波导相位变化的关系.     

基于二维多模干涉效应的N×N光开关模型

报道了由两个N×N三维多模干涉耦合器和一段阵列相移波导组成的三维光开关.首先利用导模传输法分析了三维多模干涉耦合器的一般成像原理,并推导出了其成像位置以及相位矩阵.在此基础上,通过场传输矩阵法建立了光开关的传输方程.利用该传输方程计算得到了光开关工作时,阵列相移波导的相位条件,并通过三维有限差分光束传输法进行仿真验证,...     

多模干涉耦合器一般成像位置分析

自映像效应是多模波导的一个重要特性,利用多模波导自映像效应制成的多模干涉耦合器被广泛地应用于集成光学回路中。然而根据以往的文献要得出多模干涉耦合器的成像位置要经过一系列复杂的计算。根据多模干涉耦合器的自映像原理,对多模干涉耦合器的成像位置进行分析。成像位置与输入场位置和位置数密切相关,给出了成像位置的解析表达式,得出奇数、偶数的位置数的成像位置分别对应相同,并且奇、偶数的位置数所对应的成像位置之和为多模波导宽度的成像规律。用导模传输分析法验证了表达式和成像规律的正确性。根据成像位置的表达式和成像规律可以直接得出任意输入场位置和位置数所对应的成像位置。为一维和二维限制的多模干涉耦合器的设计提供了理论基础。     

锥形多模干涉耦合器一般成像特性分析

锥形多模干涉耦合器克服了传统多模干涉(MMI)耦合器结构尺寸大的缺点,满足当前集成光器件高集成度的要求.其成像特性对设计基于它的集成光器件至关重要.根据多模干涉耦合器的自映像原理,对锥形多模干涉耦合器成像特性进行分析,发现成像特性与输入场位置、位置数、多模波导初始宽度及渐变率等参量密切相关,得到成像位置的解析表达式并总...     

多模干涉耦合器中重叠像相干相消现象分析

根据多模干涉耦合器的自映像原理和重叠成像的规律, 首次提出多模干涉耦合器中存在重叠像相干相消现象, 推导了重叠像相干相消现象出现的条件. 在此基础上, 对对称干涉和成对干涉两种特殊重叠成像做出解释, 得出对称干涉和成对干涉成像个数及成像位置的表达式. 用实例证明了重叠像相干相消现象并不只存在于成对干涉和对称干涉两种特殊情况, 并总结了重叠像相干相消随位置数变化的规律. 用导模传输分析法验证了所得表达式和成像规律的正确性. 关键词： 集成光学 多模干涉耦合器 相干相消 导模传输分析法     

两束离轴高斯光束干涉场中的横向光涡旋

研究了两束离轴高斯光束干涉场中的波前结构以及横向光涡旋.研究表明干涉场中的相位鞍点以及涡旋点的位置与光束的离轴参数、束腰宽度、相位以及相对振幅有关.相位鞍点既可位于涡旋点的内侧，也可以位于涡旋点的外侧，且控制参数取一定值时，相位鞍点将与涡旋点重合.对于离轴光束，XZ平面两侧的相位鞍点与涡旋点相遇时所对应的控制参数并不相同，且XZ平面上相位鞍点相遇时所对应x值，一般情况下与涡旋点相遇时所对应的x值不相同.     

采用三维波束传输法的多模干涉耦合器成像位置的数值计算

多模干涉(MMI)耦合器需要精确定位成像位置,以便器件的设计制作。针对强限制和弱限制的三维多模波导干涉耦合器,采用三维交替方向隐式有限差分光束传输法(BPM),数值计算得出多模波导长度、输入波导和输出波导位置。首先通过对对称干涉多模干涉耦合器的数值分析求得多模干涉耦合器的等效宽度Weq及最低二阶模之间的拍长Lc,然后将这些参量结合光束传输法直接用于器件设计。计算显示该方法得到的成像位置和导模传输分析法(MPA)的理论预测比较接近,但Weq和Lc却是由光束传输法计算得到的,导模传输分析法理论只能在得到Weq和Lc的前提下才能得到成像位置。该方法直接针对三维波导进行,没有采用基于等效折射率方法的从三维波导到二维波导的简化处理,并且也没有采用导模传输分析法所采用的近似,保证了计算精度,对于实际多模干涉器件的设计制作可起参考作用。     

多模干涉马赫曾德尔光开关模型

根据N×N多模干涉耦合器的基本原理 ,确定了多模干涉耦合器的结构参数。通过分析多模干涉耦合器的输入光场与其映像间的相位关系 ,提出了模传输矩阵的分析方法 ,并用此方法分析了N×N普通干涉多模干涉耦合器、N×N相移器以及N×N普通干涉多模干涉马赫 曾德尔光开关 ,得到了它们的模场传输方程 ,分析了光开关在光场从任一输入端输入 ,从任一输出端输出时开关的驱动条件。用上面的方法分析了 4× 4光开关的结构及驱动条件     

N × N集成光开关阵列模型

报道了由2N个1 × N 多模干涉马赫-曾德尔光开关组成的N × N光开关阵列结构,分析了这种结构的开关阵列优势和局限性.用场传输矩阵方法建立了1 × N多模干涉光开关的光场传输方程.给出了光开关阵列从任一输入端输入、从任一输出端输出时阵列开关的工作条件.在上述原理及理论基础上分析了4×4光开关阵列的结构和工作条件.     

共路径光相干成像系统光纤探头的研究

本文提出了基于楔形光纤以及端面成角度光纤的共路径光相干成像系统探头,实现背向散射信号在其端部的共路径相位干涉,从而获得待测件断面成像信息.首先,建立了共路径光相干成像系统光路及探头相位干涉的理论模型,分析了各光纤探头尺寸与干涉信号强度、系统性能的关系.其次,分别设计出楔形光纤、端面成角光纤探头,开展了共路径光路干涉实验...     

光纤干涉成像阵列全息相位校正研究

针对光纤传输和干涉成像阵列中的相位误差, 提出了一种基于特殊光子晶体的全息相位校正方法。首先分析了光纤干涉阵列成像的基本原理和相位信息的传输过程, 以一维线性阵列建立成像系统相位误差模型, 通过对参考光束和探测器前的快门交替打开和闭合, 来分别实现在晶体上写入由光纤阵列的出射光束与参考光束干涉形成的含有相位误差的光栅函数, 和光纤中出射光束被该光栅衍射和相位偏移以消除相位误差, 从理论上分析了上述基于光子晶体的全息法相位校正原理。最后采用所建立的含有相位误差的干涉阵列进行成像仿真, 对未加校正、采用本文方法和采用冗余基线校正的结果进行了对比分析。     

M MI功分器结构参量的优化设计

基于精确模式传输分析方法(MPA),提出等效宽度的概念,在此基础上重新修正了自成像理论中有关多模干涉(MMI)功分器的输入(出)波导位置和干涉区长度.并且以1×4,4×4耦合器为例,对各个结构参量进行扫描,证明修正后的耦合器结构使耦合器分光均匀性提高,附加损耗减小,具有实际应用价值.     

单边干涉图的数据处理方法研究

干涉成像光谱仪干涉图的采样方式一般有两种,即单边采样和双边采样,单边采样干涉图往往保留零光程差附近的部分“短双边”采样数据以利于数据处理.本文对空间调制干涉成像光谱仪不同干涉图采样方式下的光谱复原方法进行了研究,讨论了空间调制干涉成像光谱仪单边干涉图的切趾与相位修正,提出了更为合理和准确的方法.研究发现,合理设置短双边数据在减小仪器的原始数据量的同时,能够保证复原光谱的准确度.     

第Ⅰ类两态叠加多模叠加态光场的N次方X压缩

利用多模辐射场广义非线性等幂次高次差压缩的一般理论,对第Ⅰ类两态叠加多模叠加态光场的等幂次N次方X压缩特性进行了详细研究,发现了其存在等幂次N次方X压缩效应的条件,还发现第Ⅰ、第Ⅱ两类两态叠加多模叠加态光场之间存在相似压缩和压缩简并现象,从而再次证明第Ⅰ类两态叠加多模叠加态光场是一种典型的多模非经典光场.     

偏心环状干涉条纹对成像的影响

 讨论了由激光束生成的环状干涉条纹用于目标成像的原理和使用匹配滤波器的处理方法，推导得出相应的点扩展函数(PSF)。模拟计算了主旁瓣峰值比和偏心量与相位量的关系，分析了偏心量对成像质量的影响。结果表明，适当的偏心量有利于提高环状干涉条纹成像的分辨率，又不致于产生对点扩展函数有影响的旁瓣。     

高精度定量相位显微成像方法研究

定量相位显微成像在工业检测、生物医学和光场调控等领域具有重要的应用价值。常用的定量相位显微成像技术通过干涉的方法来获取相位的定量分布,干涉装置的稳定性、光学衍射极限的限制、相位再现时的解包裹问题、激光照明下的相干噪声,以及动态观测过程中的样品离焦等因素都会影响定量相位显微成像的分辨率和精度。本文围绕高精度定量相位显微成像中的上述关键问题展开研究,通过构建物参共路的同步相移数字全息显微结构实现稳定的实时测量;采用结构光照明的超分辨相位成像方法实现对微小物体的超分辨相位成像;利用双波长照明将纵向无包裹相位测量范围扩大到微米量级;使用低相干LED照明解决相干噪声问题;提出了基于结构光照明和双波长照明的数字全息显微自动调焦方法,可以满足对不同类型样品的长时间跟踪观测。     

高精度动态白光干涉测量方法

白光干涉测量技术具有精度高和非接触式测量的优点,是超精密加工领域中的一项重要测量手段。针对白光干涉测量技术容易受环境振动影响的问题,提出了一种动态垂直扫描干涉测量方法(DVSI)。该方法将白光干涉光路分为两个成像通道,得到与白光干涉图同步移相的准单色光干涉图。通过相位-倾斜迭代方法(PTI)对准单色光干涉图进行处理得到实际的移相扫描位置,对白光干涉信号进行相干峰位置的定位,并计算出粗糙的形貌分布,之后利用局部最小二乘方法(LLS)计算出精细的相位分布,将粗糙形貌以及精细相位相结合来复原出待测件的三维形貌。本研究通过数值仿真和实验对比对该方法进行了验证,结果表明本方法具有较好的抗振性能。     

单元件干涉数字全息的光线追迹模型

基于棱镜对的单元件干涉可以获得透射物体的相位信息,即数字全息,具有结构紧凑、干涉条纹稳定、测量精度高等优点。采用光线追迹方法,综合考虑了棱镜对的方位角旋转、斜面偏心等参数,建立了光线追迹等效模型,仿真了数字全息干涉条纹,给出了条纹密度变化及倾斜的解析表达式。针对单模和多模光纤等微结构光学元件,获得了干涉数字全息图,并反演出其折射率分布。搭建了显微成像单元件干涉实验装置,获得了实际测量干涉图样,实验与仿真结果一致,证明了本模型的有效性。     

态|Ψ(3)〉q中广义磁场的不等幂次高次振幅压缩

利用多模压缩态理论,研究了一种新型的三态叠加多模叠加态光场|Ψ⁽³⁾〉_q中广义磁场分量(即第一正交相位分量)的不等幂次高次振幅压缩特性.结果表明:态|Ψ⁽³⁾〉_q是一种典型的三态叠加多模非经典光场,其广义磁场分量在一定条件下可呈现出周期性变化的、偶数次的不等幂次高次振幅压缩效应.     

地基气辉成像干涉仪探测高层大气风场的定标研究

我们研制的地基气辉成像干涉仪(ground based airglow imaging interferometer,GBAⅡ)样机成功地探测了地球上空90—100 km的大气风速和温度.为了提高GBAⅡ的探测精度,本文研究GBAⅡ所拍摄的成像干涉条纹的定标:对干涉条纹中心位置定标、电荷耦合器(CCD)暗噪声和平场定标、整个光学系统衰减系数定标、步进步长定标、光程差随入射角变化量定标、仪器响应度定标和零风速相位定标等理论和实验进行了研究.利用最小二乘法对GBAⅡ拍摄的30幅成像干涉图的圆心坐标定标在CCD(123.3,121.1)像素位置;利用632.8 nm激光获得GBAⅡ所用CCD的平场定标系数矩阵,分别得到平场前后的干涉图并检测出CCD的噪声和坏点;利用GBAⅡ获得图像的边缘亮环相位与中心亮斑相位的差值对入射角10.24°时,光程差相对0°入射角时变化了0.356个条纹;拍摄200幅成像干涉图的实验离散点进行正弦拟合后的均方根标准偏差达90.34%,该完整干涉条纹的步进间隔为4.06 nm,对应步进相位为0.0094π;针对正演公式中GBAⅡ的系统衰减系数对所拍摄的原始干涉图利用IDL编程得到光学系统衰减系数的多项式,拟合的均方根标准偏差达99.98%;采用632.8 nm激光作光源,简化了GBAⅡ的响应度表达式,通过实验得其响应度为4.97×10~(-3)counts·(Rayleigh·s)~(-1);针对GBAⅡ室外观测,给出零风速定标的矩阵表达式后,对532.0 nm和632.8 nm激光的对应零风速相位分别为-9.2442°和-68.6353°.本文提供了多种定标方法,并逐一通过实验进行验证,为国内被动遥感探测高层大气风场提供了强有力的实验支持.