无线光通信系统中的光接收机设计

介绍了无线光通信的特点，比较了光电检测器、光纤接收模块、自聚焦透镜和多模光纤接收机耦合三种设计方案，提出了自聚焦透镜和多模光纤之间的耦合设计是最优方案。详细讨论了自聚焦透镜和多模光纤之间的耦合设计和电信号处理过程。试验证明，采用该方案后系统输出信号的信噪比显著提高，完全可以满足通信系统的要求。     

太阳光光纤耦合光学系统设计

介绍一种长焦距、大口径太阳光光纤耦合系统的光学设计。为达到减小大口径单透镜汇聚太阳光所产生的球差和色差的目的,采用聚光透镜后增加消像差光学系统的方法,并用Zemax软件设计优化出适用于光纤耦合的光学系统,经过优化设计得到光斑半径为45.043 m,能量集中度达95 %以上,像方孔径角为9.090 2,系统总长525.584 mm,满足数值孔径为0.22,芯径直径为1.5 mm的石英光纤的耦合要求。     

光纤太阳光照明系统中聚光装置的设计

将太阳光经传能光纤传输到室内进行照明是太阳能利用的新发展,而将太阳光耦合到传能光纤中是这项技术的一个难点。在分析塑料光纤的特点和各种聚光技术的基础上,提出一种把太阳光耦合进传能光纤中进行传输的聚光装置。根据非球面透镜垂轴球差小的特点把太阳光会聚到很小的光点,再利用长度约为1/4节距的自聚焦透镜改变光线的数值孔径使其满足光纤的数值孔径,通过一个计算公式来计算最佳的自聚焦透镜长度,实现非球面透镜和自聚焦透镜的最佳组合,把太阳光以较高的耦合效率耦合进塑料光纤。最后在理论上验证了此装置的可行性。     

内窥式扫频光源光学相干层析系统的探头设计

利用自聚焦透镜和单模光纤搭建了基于光纤旋转连接器的内窥式扫频光源光学相干层析成像系统.利用Zemax模拟了内窥探头的光学性能,分析了光纤到自聚焦透镜的距离和自聚焦透镜节距对探头性能参量的影响.在综合考虑元器件成本以及成像要求后,选择无需定制,节距为0.24Pitch的自聚焦透镜,确定光纤与自聚焦透镜之间的距离为0.7mm.经实验测得该系统的横向分辨率约为19.5μm,纵向分辨率约为9μm,工作距离约为7mm,成像深度为6.2mm(空气中),与理论值接近.为了验证该系统对生物组织的成像性能,利用该系统对猪食道进行离体成像,重建后的层析图中可以明显地观察到猪肠道的表皮层和固有层.测量系统的各项成像性能参量以及对生物组织的成像性能表明该探头在内窥成像中是可行的.     

平端光纤与锥端球透镜光纤的耦合

建立了平端光纤与锥端球透镜光纤耦合的理论模型,得到耦合系数的计算公式,然后用几种不同锥角和球面半径的透镜光纤进行耦合实验,得到最大耦合效率,并验证了理论计算结果.     

自聚焦透镜离轴耦合损耗理论研究

利用光线光学的原理分析了自聚焦透镜的光学性能,提出了求解自聚焦透镜离轴耦合损耗的数学模型,利用这一模型计算出了单模光纤与自聚焦透镜离轴耦合时的耦合损耗与模向距离的关系曲线,为自聚焦透镜离轴耦合的设计提供理论依据.     

波分复用/解复用器中自聚焦棒透镜的长度匹配

在 １ × Ｎ 波分复用／ 解复用器中, Ｎ ＋ １ 个自聚焦棒透镜构成了一个１ 到 Ｎ 的准直系统。自聚焦棒透镜之间的间隔不等, 导致了较大的不均匀的附加耦合损耗。为了使总的平均损耗最低, Ｎ ＋ １ 个自聚焦棒透镜的长度应匹配选择。数值计算结果表明, 输入自聚焦棒透镜应比１／４节距稍长Δ Ｚ０ ＝ ２０～５０ μｍ , 因 Ｎ 而异, 有一上限。 Ｎ 个输出自聚焦棒透镜的长度不等, 靠近输入端者比１／４ 节距略短, 远端者比１／４ 节距略长, 亦因 Ｎ 而异。这样匹配使得总的损耗最低, 适用于 Ｎ≤８（尤其是 Ｎ ≤６） 的情形。     

基于渐变折射率透镜的低损耗1×N微结构光纤耦合方法

提出了一种新型的、基于单个径向渐变折射率(GRIN)透镜的1×N光纤耦合方法,并基于水平入射以及垂直斜面入射光线的传播方程建立了用于求解点光源发出的光束在GRIN透镜斜面入射后的成像点的计算方法。通过将透镜前端面加工成多斜面棱镜,将输入光分为多束,光束聚焦位置可以通过系统参数来调整;被分割开的光束经会聚、优化像差后,实现1×N低损耗耦合,并进行了仿真研究;通过优化斜面倾角、物距等关键参数实现了光纤低损耗耦合。该设计方案结构简单,易于装配,为各类光子晶体光纤、多芯光纤、光纤组束和光纤合光提供了实用的耦合方法。     

高能γ探测系统中的光耦合部件参数优化

建立了Geant4软件粒子输运模拟平台,完成了核聚变高能射线能量-时间联合谱探测系统的探测效率计算数值建模;提出了遗传算法调用Geant4软件的射线探测系统参数优化方法。以自聚焦透镜前端与塑料闪烁体后端面的距离、自聚焦透镜后端面的长度及自聚焦透镜与通信光纤前端的距离为自变量,以耦合效率为适应度函数,实现了高能探测系统中由塑料闪烁体-自聚焦透镜-通信光纤组成的光耦合部件参数的优化算法。优化结果表明,该算法可以提高塑料闪烁体发出的荧光由自聚焦透镜耦合到通信光纤中的效率,最大可达4.77%。     

采用GRIN透镜之光纤加速度计原理分析

根据近轴子午光线方程,研究了自聚焦透镜光纤加速度计的工作原理。据光功率耦合,分析了光纤和自聚焦透镜物理参数之选择。同时,对自聚焦透镜倾斜的影响给出了定量分析。本文从理论上证明了这种结构新颖,体积极小,精度高,成本低之自聚焦透镜光纤加速度计是合理可行的。     

自聚焦透镜成像特征的仿真分析

自聚焦透镜是微小光学的主要研究对象,它所涉及的光纤成像计算和光路一般比较复杂,本文借助MATLAB程序对其成像过程进行演示分析,对于自聚焦透镜的设计和研究,以及光学类课程的教学均有直观作用.     

倒锥透镜型塑料光纤连接器光学特性研究

提出一种基于倒锥透镜光纤端的新型塑料光纤连接器.为了增大光纤的数值孔径，降低光纤端面对于对准准确度的要求，连接器的光纤连接端面制成倒锥透镜形状.利用截断法对该类型连接器的光学特性进行了测试.1 m长光纤跳线总损耗有75.7％集中在5.4 dB～6.0 dB之间，连接损耗70.7%集中在2.1 dB~2.7 dB之间，同一组跳线插拔200次连接损耗有95％集中分布在2.2 dB～2.58 dB.实验结果表明：倒锥透镜型塑料光纤连接器可以满足“光纤入户”对连接器性能的要求.     

锥形光纤两端直径比与数值孔径的关系

锥形光纤不仅能传光,而且在传光过程中能将光束口径缩小或扩大。但由于锥度的影响,锥形光纤的集光能力低于普通圆柱形光纤。本文利用棱镜展开原理研究了锥度与集光能力间的关系,得出了对设计或选用锥形光纤有指导意义的结论。     

动态化学腐蚀法制备大锥角近场光纤探针

基于液压传递原理,设计出一种用动态化学腐蚀法制备大锥角近场光纤探针的装置.实验结果表明,在传统的化学腐蚀法制备光纤探针的过程中,通过控制腐蚀液液面的上升速度,可以有效地控制探针针尖的形状以及锥角的大小.在此基础上,还论述了分步控制光纤与腐蚀液液面的相对位移的方法在大锥角光纤探针的制备中所具有的独特优越性.利用所制备的大锥角近场光纤探针在扫描近场光学显微镜上对直径为200nm的小球进行探测,其力学像证实该探针具有较高的形貌分辨率(约为50nm). 关键词： 动态化学腐蚀法 大锥角 近场光纤探针     

Multi-focus optical fiber lens based on all-dielectric metasurface

A multi-focus optical fiber lens is numerically demonstrated based on an all-dielectric metasurface structure. The metasurface consists of an array of rectangular silicon resonators with varying widths in order to obtain the required phase distribution. The core diameter of the multimode fiber is large enough to contain sufficient resonance units. The spatial distribution of the dielectric resonators is dictated by spatial multiplexing, including interleaving meta-atoms and lens aperture division, to achieve multi-focus properties. The proposed optical fiber metalens can produce two or three focal points along the longitudinal direction with high focusing efficiency. The size of every focal point is close to the diffraction limit, and the relative intensity on each focus can be controlled by adjusting the number of the respective resonators. The proposed optical fiber lens will have a great potential in the fields of integrated optics and multifunctional micro/nano devices.     

A Novel Fiber Taper for Efficient Optical Interconnection

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｏｆｏｐｔｉｃａｌｗａｖｅｇｕｉｄｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｗｉｔｈｄｉｆｅｒｅｎｔｍｏｄａｌｓｐｏｔｓｉｚｅｓ，ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｆｏｒｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｏｆ（１）ｌａｓｅｒｓｏｕ...     

反射式光纤共焦扫描成像的研究

建立了反射式光纤共焦扫描成像系统,分析了光纤－集光透镜参数Ａ及物透镜有效数值孔径等对系统成像分辨率的影响。并在此基础上选择了合适参数的透镜,获得了优化的反射式光纤共焦扫描成像系统,测试结果表明,该系统具有亚微米级横向成像能力,微米级向层析能力,成像稳定性那,它将应用于材料及生物组织三维成像检测中。     

光学元件残余偏振测量方法与装置

光学镜头的残余偏振是影响偏振遥感探测、偏振军事目标识别和精密光学测量仪器测量准确度的一个关键参数。针对大口径可见光波段光学镜头偏振度准确测量的问题,研制了一台光学镜头残余偏振度测量装置。该装置利用表面镀金属膜的大口径离轴抛物面反射镜作为准直光源,通过控制入射光的入射角、降低入射光源的残余偏振度等技术,在水平、垂直、45°、135°的方向获得了一致性很高的斯托克斯参量。为了验证该装置的性能,对可见光波段口径小于160 mm的光学镜头残余偏振进行了实际测量,测量结果表明,该测量装置的残余偏振度低于0.2%,可满足高精度光学镜头残余偏振的测量需要。