线性啁啾长周期光纤光栅用作EDFA增益平坦滤波器的理论研究

提出用具有特定折射率调制包络的线性啁啾长周期光纤光栅作为掺铒光纤放大器(EDFA)的增益平坦滤波器.采用龙格库塔迭代法数值求解该类型光栅耦合模方程,就特定的掺铒光纤放大器增益谱,用Nelder-Mead优化算法对光栅结构参量(光栅长度、周期、线性啁啾系数、折射率调制包络的形状等)进行优化,设计出能在C波段35 nm带宽范围内对掺铒光纤放大器进行平坦化(增益起伏在±0.5 dB之内)的平坦滤波器.     

一种基于新型长周期光纤光栅的动态增益均衡器

报道了一种用高频CO²激光脉冲写出的长周期光纤光栅的温度特性和弯曲特性.实验表明,这种长周期光纤光栅的波长漂移随温度的变化呈线性关系,它的透射峰幅值变化随弯曲量的变化也呈线性关系.基于这两种线性关系,通过控制新型长周期光纤光栅的谐振峰位置和幅度,动态平坦了一组掺铒光纤放大器增益谱线.实验结果表明在C波段32nm范围内掺铒光纤放大器增益谱线平坦度可动态调整为±0.7dB.     

电控聚合物分散液晶全息透镜及特性研究

报道位相型电控聚合物分散液晶(H-PDLC)全息衍射透镜的研制及特性研究,理论上,根据耦合波理论,研究了不同的相分离程度系数下,理想位相型电控聚合物分散液晶(H-PDLC)全息衍射透镜在可见光波长(400—800nm)的衍射特性.实验研制了衍射效率最高为70%的电控H-PDLC变焦透镜样品,研究表明H-PDLC透镜具有优良的成像特性,和快速响应的电控开关特性,在光学成像系统,光通信系统中具有良好的应用前景.     

全息液晶/聚合物透射光栅光学各向异性的研究

基于聚合物支撑(polymer scaffolding)形貌的全息液晶/聚合物透射光栅, 系统研究了光栅的光学各向异性. 在这种形貌的光栅内, 液晶不是以液滴的形态存在于富液晶区, 据此建立了相应光栅的简化模型, 然后在各向异性耦合波理论框架下研究了光栅的衍射特性. 详尽的衍射效率实验值和计算值比较, 很好解释了液晶/聚合物光栅的光学各向异性, 也证实了液晶分子大致沿着光栅矢量排列.     

表面摩擦处理对全息聚合物分散液晶光栅电光特性的影响

为了提高全息聚合物分散液晶光栅的衍射效率并降低其驱动电压,改善光栅的电光特性,研究了表面平行摩擦取向对全息聚合物分散液晶光栅电光特性的影响.理论分析认为,改善相分离结构和降低液晶微滴之间的有序度差异是优化光栅电光特性的根本所在.由于进行表面取向处理后的液晶和单体之间达到扩散匹配,使得相分离的程度大幅提高,在衍射能力增强的同时驱动电压也实现了大幅下降,而且,表面取向作用也使光栅内的液晶分子均匀排列,降低了液晶微滴之间的有序度差异,从而减少了光栅的散射损失.实验结果表明:进行取向处理后的光栅其衍射效率由传统光 关键词： 全息聚合物分散液晶 衍射效率 驱动电压     

新型聚合物分散液晶材料研制的电控体全息光栅

报道了聚合物分散液晶材料全息光栅元件的研制，并研究了聚合物分散液晶材料光栅的衍射特性及电控开关特性。该光栅结合了聚合物分散液晶材料的电控光开关特性和全息光栅的优点，在光通信器件、可调窗口、液晶显示等领域具有广泛的应用前景和巨大的潜在生产力。     

纳米银掺杂的高效率全息聚合物分散液晶光栅制备

报道了一种基于掺杂纳米银聚合物分散液晶(PDLC)材料的高衍射率全息电控光栅的制备及特性。通过在原有聚合物分散液晶材料体系中添加适量的纳米银颗粒以制备体全息光栅,实验研究了掺杂不同质量比的纳米银颗粒对全息聚合物分散液晶(H-PDLC)体光栅的衍射效率、驱动阈值电压、响应时间的影响。实验结果表明,通过掺杂纳米银材料,能够优化聚合物和液晶两相分离结构,使聚合物与液晶分离更加彻底,显著提高H-PDLC体光栅的一级衍射效率,同时能改善体光栅的电光特性,缩短响应时间。初步分析表明,由于纳米银颗粒的表面等离子体效应和体系折射率匹配的优化改善了H-PDLC光栅的特性。     

利用光纤光栅对实现双波长增益控制掺饵光纤放大器特性的实验研究

控制激光的弛豫振荡和空间烧孔现象的存在，对全光增益控制掺饵光纤放大器(EDFA)的性能产生劣化影响。采用一种新颖简单的利用两对光纤光栅对形成谐振腔结构，实现双波长增益控制掺饵光纤放大器。由两个不同波长的激光共同承担增益控制的任务，降低了控制激光引起的空间烧孔现象和瞬态输出变化。在动态工作条件下，双波长激光增益控制掺饵光纤放大器显示出优越的特性，适用范围扩展为普通单波长增益控制掺饵光纤放大器的两倍，能够适应0—43kHz的上下载频率。     

光纤布喇格光栅作为增益均衡器的掺铒光纤EDFA放大器

采用平均反转率模型分析了带光纤布喇格光栅的增益平坦掺铒光纤放大器,其输出增益可由一组耦合超越方程描述,而非耦合微分方程,同时讨论了用于增益平坦的布喇格光栅的最佳位置设计作为增益建模和最佳设计实例,对于输入功率0.5mW位于1545～1552nm的8个波长信道,得到的输出增益不平坦度小于0.05dB.最后还证实了布喇格光栅作为增益均衡器具有高输出功率和功率转换效率的优越性.     

基于高双折射光纤布拉格光栅的自动增益控制掺铒光纤放大器

掺铒光纤非均匀展宽引起的空间烧孔现象导致单波长激光并不能完全控制放大器增益,提出了一种新颖的自动增益控制掺铒光纤放大器的结构:即采用高双折射光纤布拉格光栅产生抽运光,其写制光栅的波峰对应的波长分别为1549.3 nm和1549.83 nm,波长间隔为0.53 nm。通过调整偏振控制器,就实现了单激光或双激光的增益控制。这种设计增益控制范围为40 nm(1530~1570 nm),当输入功率在-40~-15 dBm的动态范围内,双激光增益控制的掺铒光纤放大器的平均增益和噪声系数分别约为22.22 dB和8.69 dB,而它们的漂移分别被钳制在0.69 dB和1.51 dB。系统性能测试表明:双激光控制掺饵光纤放大器在稳定性方面比单激光有着明显的优势。     

变栅距光栅实现啁啾脉冲光谱整形

为了充分利用放大介质的增益带宽,获得脉宽更短,功率更高的输出脉冲,需要将输入到主放大链的种子脉冲进行光谱整形来补偿放大过程中的增益窄化效应。提出了利用变栅距反射光栅实现中心波长1053nm,谱宽6nm啁啾脉冲的光谱整形。运用严格的光栅衍射耦合波理论分析光栅的衍射特性,发现该方案不会引入相位畸变。分别计算和分析了刻槽深度、入射角大小、光栅周期以及入射光波长的变化对衍射效率的影响,通过选取适当的光栅参量可获得0.5%~84%的光谱调制深度。     

相移长周期光栅及其在增益谱平坦化中的应用

用耦合模方法和传输矩阵法相结合对长周期光栅的传输光谱特性进行了研究, 提出了用相移长周期光栅使双峰的增益谱线平坦化。理论证明, 实现这样的平坦化是可行的。     

Broad-band EDFA gain flattening by using an embedded long-period fiber grating filter

An erbium-doped fiber amplifier (EDFA) gain flattening technique using an embedded long period grating (ELPG) is proposed. By bending the ELPG, due to different coupling strengths yielded from different bending curvatures, it can be used for both the static and dynamic gain flattening despite of the different pump currents of the EDFA. The experimental results demonstrate that the flattened gain region of 34 nm can be achieved within 1 dB ripple.     

基于透射型体布拉格光栅的两通道2.5kW光谱组束输出

体光栅光谱组束是获得高功率激光输出的一种有效途径.在有限的可用带宽内,光谱通道间隔影响着组束光束数目以及最终的高功率组束输出.采用耦合波理论,建立了一个两通道高功率光谱组束模型.通过优化体光栅光谱通道间隔,可放宽对组束子束线宽和功率的限制,组束功率可大幅提升而光谱密度并无显著下降.基于此,实验上获得了2.5 kW组束输出,绝对效率超过85%,通道间隔5 nm,光谱密度为0.51kW/nm.组束功率1 kW时,组束输出能保持好的光束质量;组束功率1.5kW时光束质量恶化较明显,通过分析发现,组束光束质量的恶化主要受限于体光栅的色散及高功率下体光栅复杂的热畸变.     

Angular resonances in the light emission from atoms near a grating

A two step light emission process becomes possible when atoms are placed near a metallic grating. The atoms can excite surface plasmons in the grating. The surface plasmons can then emit light. This light is emitted at certain angles determined by momentum conservation in the plane of the grating. Thus, the angles depend on the spacing of the grating. Our measurements on light from nitrogen atoms at distances, d, ranging from 10 to 100 nm from a silver grating are in agreement with a recent theory of Aravind, Hood and Metiu. We also report the effect of a nonsinusoidal grating profile and the emission of light at angles which can be predicted from a straightforward extension of the theory.     

基于全息液晶/聚合物光栅的分布反馈式激光器的波长调谐特性研究

首先制备了不同周期的染料掺杂全息液晶/聚合物光栅并进行激光抽运实验, 得到了激光器的调谐曲线,确定了激光器在574 nm到685 nm的谱带里均可以实现激光输出, 即激光器具有110 nm左右的可调谐范围. 之后, 通过温控仪控制样品的温度, 对周期为610 nm的染料掺杂全息液晶/聚合物光栅进行激光抽运, 探测不同温度下的输出激光光谱, 观察到随着温度由20℃升高到65℃, 激光器的中心波长由627.9 nm减小到623 nm, 产生了4.9 nm的波长蓝移.     

高功率全正色散锁模掺Yb3+双包层光纤飞秒激光器

以芯径为30 μm的掺Yb³⁺双包层光纤为增益介质, 利用非线性偏振旋转技术以及光栅-小孔结构组成的光谱滤波器提供有效的振幅调制, 实现了稳定的全正色散耗散孤子锁模运转. 激光器直接输出重复频率为76.6 MHz、平均功率达6.3 W的超短脉冲, 单脉冲能量可达82 nJ. 直接输出脉冲宽度为1.33 ps, 经腔外压缩后的宽度为377 fs. 通过调节光栅角度还实现了输出脉冲中心波长在1025—1078 nm范围内的调谐.     

高光谱分辨率紫外平场光谱仪的研制

光栅作为一重要的分光元件,广泛应用于各类光谱仪,其中球面变线距平场光栅以其独特的平场特性使其容易与阵列探测器结合使用,一次实现宽光谱范围的记录。商业球面平场光栅一般只会提供光栅的公称线密度以及相应的安装参数,而不会提供光栅具体的变线距参数,并且提供的安装参数是针对整个使用波段优化的结果。使用者往往只需要其中的一部分波段。针对这种情况,根据球面平场光栅聚焦、分光原理,利用生产厂家提供的光学元件安装参数给出了推导球面变线距光栅变线距参数的方法。并给出了利用这些参数,根据光谱仪的实际工作波段确定最佳的CCD安装位置的方法。根据推导的光栅变线距参数可以对光学系统进行光学追迹已验证光学系统的性能。研制了一台高分辨率紫外平场光谱仪,覆盖光谱范围230~280 nm。采用的球面变线距光栅公称线密度为1 200 lines·mm-1,使用波段为170~500 nm。推导了该光栅的变线距参数,并针对230~280 nm波段对CCD的安装位置进行了优化。同时利用不同元素的标准光源空心阴极灯对光谱仪进行了波长标定和光谱分辨率测试。波长标定采用参数拟合法,整个波段范围内的标定精度优于0.01 nm。光谱分辨率测试的结果表明光谱仪的光谱分辨率达到0.08 nm@280.20 nm。     

面向微小型紫外光谱仪的凹面光栅模拟与设计

针对微型紫外光谱仪设计要求,基于凹面光栅理论与方法开展了微小型紫外光谱仪的像差分析,完成平场化凹面光栅的模拟分析与设计,解决了紫外宽光谱与高分辨率问题,同时应用光栅衍射理论、全息光学理论,采用光栅设计软件PCGrate对凹面光栅的衍射效率进行了设计和优化,使所应用级次的光谱衍射效率在整个设计波段内达到最优,实现了微小型紫外光谱仪的平场凹面光栅设计。所设计紫外凹面光栅工作波长范围190～410nm、口径20mm,F/#=0.21。按照设计参数装调的微型紫外光谱仪在宽度为50μm缝光源再现情况下,光谱分辨率优于3nm,衍射效率无异常出现。     

Metal-mirror-based grating for high-efficiency element in dense wavelength division multiplexing

It is desirable to obtain high efficiency with polarization-independence and wideband properties for incident wavelength. A metal-mirror-based grating is presented to diffract the incident wave into reflection orders with high efficiency for TE and TM polarization. The modal method and rigorous coupled-wave analysis (RCWA) are used together to optimize a metal-mirror-based grating effectively. From the analysis of the modal method, it is feasible to realize such a grating with the prescribed grating duty cycle and period. Accurate parameters of the grating depth and thickness of the connecting layer are optimized using RCWA. Compared with the reported binary simple grating, high efficiency can be improved greatly for the incident wavelength of 1550 nm in dense wavelength division multiplexing. The diffraction investigation indicates that a wideband property for incident wavelength can be obtained for such a novel metal-mirror-based grating.