集成光波导干涉芯片的设计及特性研究

运用光波导的模式理论设计了多层集成光波导干涉芯片,对芯片的光波导结构和材料参数进行优化,并制作了集成干涉芯片.借助集成芯片的波导双通道,通过干涉获得了高对比度的远场干涉条纹.在实验误差范围内,当外界环境条件发生微小变化时,干涉条纹发生移动,符合杨氏双缝干涉理论的预期.芯片对水汽、酒精的探测灵敏度约为100ppm,并具有足够的温度稳定性.该集成干涉芯片具有低浓度环境气体检测的应用前景,可为集成高灵敏气体传感器的开发提供发展平台.     

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.     

在一种新的聚合物材料上刻写正弦相位波导光栅及其特性研究

用双光束干涉法在一种新的聚合物材料IAC-4上刻写正弦相位型光栅,实现了光栅耦合光波导,并研究了该光波导对不同偏振态的入射光的传播特性,对光栅的形成进行了理论分析,对光波导的传播常数进行了数值计算,并对该波导光栅在导光的光强调制和方向控制及其在集成光学方面的应用进行了讨论,最后对任意入射角的光栅方程进行了理论探讨. 关键词： 波导光栅 有机聚合物 平板光波导 集成光学     

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,...     

光波导三向力触觉传感技术及信号处理

本文阐述了一种新的光波导型三向力触觉传感器的工作原理和基本结构,并设计了实验系统。这种传感器由一个橡胶垫和一个光波导路等组成,在橡胶垫的一侧制作圆柱触头阵列,在其另一侧制作圆锥触头阵列,使得每个圆柱触头下面分布2×2个圆锥触头。圆柱触头与施力的物体接触,而圆锥触头与光波导板接触。施加到圆柱触头上的力的三个分量可以通过该圆柱触头所对应的2×2个圆锥触头与光波导板接触时溢出的光斑面积确定。通过CCD摄取此光斑送入计算机进行图象处理,从而可求出光斑面积大小。实验结果显示了力的三个分量能通过圆锥触头的四个接触面积求出。     

集成光学波导光栅研究进展

报道了20世纪80年代以来,研究组在集成光学波导光栅研究领域的主要工作及研究成果。其中包括集成光学波导光栅的制备研究;若干非线性波导光栅器件研究;高效体相位全息布拉格光栅-光导板的耦合互连;单片集成波导光栅波分复用等。这些研究工作为光通信、光计算、光传感和光学信息处理等应用领域提供小型化、低功耗、超快速全光型器件奠定了技术基础。     

硅基光波导化学传感器研究

研究了基于硅基集成光波导的马赫-曾德干涉仪(MZI)型化学传感芯片的设计、制备及相关敏感特性的模拟和分析.传感芯片采用硅基二氧化硅光波导材料,利用与传统互补型金属氧化物半导体(CMOS)兼容的工艺技术制作.通过波导的单模设计以及对MZI结构的优化,获得了有效折射率分辨率达到10-7量级的高灵敏度传感芯片.作为化学传感器,把MZI的其中一臂设计成传感臂.并进行适当的表面修饰,可制作出高灵敏度的干涉型光波导化学传感器.最后,对该传感器的折射率分辨率、敏感特性等进行了分析、模拟,同时,对面临的关键问题进行了分析和讨论.     

Nb扩散LiTaO_3光波导的折射率分布测量

<正> 在Ⅱ—Ⅳ族半导体、LiNbO_3、LiTaO_3及玻璃等材料的衬底上,用扩散法制作光波导是实现集成光路有希望途径之一。要了解这种扩散光波导的传播特性,必须完整地掌握波导折射率分布的细节。目前,测量扩散光波导折射率分布的方法,有使用干涉显微镜的直接测量法和使用X射线微量分析器的间接测量法。我们用透射式干涉显微镜拍摄了Nb扩散LiTaO_3光波导的折射率分布干涉图形,用测微     

基于倏逝场耦合的石墨烯波导光传输相位特性仿真与实验研究

石墨烯材料应用到各种光波导器件中正成为新一代光子器件的重要发展方向之一,目前基于石墨烯的光纤和集成光子器件研究越来越受到国内外的重视. 本文建立了一种由微纳光纤耦合光倏逝场,并在石墨烯薄膜中传输的模型. 通过有限元分析法,研究了光在这种石墨烯波导中传输光场的强度分布和相位特性,并通过实验进行了验证. 结果表明,沿着微纳光纤-石墨烯光波导传播的倏逝场的强度分布和相位均受石墨烯材料作用,石墨烯材料能有效聚集和导行波导中传输的高阶模,在单位传输长度上具有更密集的等相位面. 本文提出了一种利用微纳光纤耦合光倏逝场研究石墨烯相位响应特性的新方法,对基于石墨烯波导的新型调制器、滤波器、激光器和传感器等光子器件的设计和应用具有一定的参考意义. 关键词： 石墨烯平面光波导 倏逝波 光场强度 相位     

集成光波导直流电场传感器设计与实现

针对集成光波导电场传感器无法直接对直流电场响应的问题,基于场磨式电场传感器的基本原理,研制了一种由直流电机、屏蔽电极、集成光波导和感应电极构成的直流电场传感器,其体积为87.5 mm×58.5 mm×17.5 mm。推导给出了集成光波导直流电场传感器的工作原理,利用COMSOL软件构建了传感器的三维仿真模型,仿真得出了感应电极上的电场强度随着屏蔽电极的旋转进行周期性的变化。建立直流电场测试系统,对研制的集成光波导直流电场传感器的动态范围进行测试。结果表明:传感器的最小可测电场为5 kV/m,最大可测电场大于140 kV/m,线性相关系数为0.995 1,适合用于直流电场测量。     

20～1250Hz光纤激光加速度传感系统设计

为了实现高灵敏度、宽频响应的光纤型加速度传感器,以光纤激光器作为加速度传感器的传感元件,建立了光纤激光加速度传感系统,并对该系统的传感原理、灵敏度和谐振频率等性能进行了分析和实验。采用竖直式加速度传感器结构,结构中的传感组件主要由质量块和中空的细钢管组成,光纤激光器受预应力作用后粘接在钢管内部,在加速度作用下,钢管产生的应变引起光纤激光器的应变和折射率发生改变,导致光纤激光器的出射波长随之发生改变,然后使用干涉解调技术检测出波长的动态变化,即可获得波长中包含的加速度振幅和频率信息。实验结果表明,在20~1 250 Hz频段内,竖直式光纤激光加速度传感器的灵敏度约为-126.2 d B[参考值1 rad/(μm/s~2)],频响曲线的波动幅度在±1.9 d B范围内,加速度响应动态范围为77.46~170.26 d B[500 Hz频点,参考值1μm/(s~2·Hz1/2)],加速度分辨率优于0.01 m/s~2。     

基于长周期光纤光栅的新型地震检波器

基于长周期光纤光栅能透射特定波长的性质,以及其无后向反射的优点,提出一种新型的长周期光纤光栅地震检波器系统。以长周期光纤光栅相位匹配条件为基础,逐步推导出长周期光纤光栅地震检波器的灵敏度公式。建立长周期光纤光栅地震检波器的力学模型,并推导出检波器系统的传递函数。通过实例仿真得到该长周期光纤光栅地震检波系统的幅频特性图,从而证明了长周期光纤光栅用于地震检波器的可行性。通过调整光纤长度、质量块质量、阻尼系数等参数而得到适合的频率特性和灵敏度,为将来提高该系统的性能指明了研究方向。     

新型高速光发射模块的设计与分析

介绍了用于高速、宽带光纤通信系统的铌酸锂(LiNbO3)光发射模块的优化设计方法。分析比较了半导体器件与铌酸锂波导器件在作为光纤通信光发射模块时的优缺点。对光发射模块的两个主要器件———掺铒铌酸锂(Er∶LiNbO3)波导激光器和LiNbO3电光调制器进行了结构设计和分析。分析和讨论了电光调制器带宽及半波电压随器件主要参数的变化关系。用BPM软件模拟了所设计的模块的结构特征。该发射模块的发射峰值波长为1531nm,调制速率为10Gbits/s。     

钛扩散铌酸锂矩形波导中的双折射耦合对传播常数的影响

 从亥姆霍兹方程出发，得到了各向异性光波导在弱导近似下的耦合模理论。耦合系数包括偏振耦合项和双折射耦合项。并用马卡提里近似下的模式作为零级近似。用一级微扰法计算了折射率渐变分布的钛扩散铌酸锂矩形波导的传播常数。在给定参数的情况下，得到双折射项引起的传播常数的改变约为主微扰项的3%，因此双折射耦合对钛扩散铌酸锂矩形波导的性能影响不可忽略，这对设计和分析与它相关的光波导器件具有指导意义。     

LiNbO_3:Fe晶体中光写入平面光波导的导光特性研究

从光折变效应的单中心模型和载流子的光伏迁移机理出发给出了高斯片光在LiNbO3:Fe晶体中导致的折射率变化分布的解析表达式 .利用片光以“三明治”辐照方式在LiNbO3:Fe晶体中写入了平面光波导结构 .用切片干涉法测量了波导区的折射率分布 ,并对波导进行了简单的导光测试 .根据射线方程以及波导的折射率分布对光写入波导的导光特性进行了模拟计算分析 .研究结果表明 ,在LiNbO3:Fe晶体中光写入光波导是可行的     

A novel accelerometer based on microring resonator

A novel microring resonator accelerometer is proposed. It is realized by a suspended straight waveguide coupled with a microring resonator. Under the external acceleration, the coupling coefficient is a function of gap spacing between the two waveguides. The mathematical model of the sensing element is established. Both the finite element method and coupled mode theory are adopted to analyze and optimize the proposed structure. Simulation results show that the mechanical sensitivity is 0.015 μm/g with the working frequency below 500 Hz and cross-axis sensitivity less than 0.001%, which is promising in seismic related applications.     

In∶Nd∶LiNbO3晶体倍频性能的研究

在 LiNbO₃中掺进In₂O₃和Nd₂O₃, 以Czochralski技术生长了In∶Nd∶LiNO₃晶体. 通过光斑畸变法测得In∶Nd∶LiNbO₃晶体的光损伤阈值为1.98×104 W/cm², 比Nd∶LiNbO₃晶体的1.6×102 W/cm²高两个数量级以上;晶体吸收光谱的测试表明, In∶Nd∶LiNbO₃晶体的吸收边相对Nd∶LiNbO₃晶体发生紫移. 研究了In∶Nd∶LiNbO₃晶体的倍频性能, 结果表明, In∶Nd∶LiNbO₃晶体的相位匹配温度在室温附近, 倍频转换效率比Nd∶LiNbO₃晶体提高二倍.     

质子交换铌酸锂光波导的红外吸收光谱

用尼高力 36 0型红外吸收光谱仪对用已二酸 (Adipicacid)和苯甲酸 (Benzoicacid)的不同摩尔比混合作为质子源进行质子交换制作的Z切铌酸锂光波导进行红外吸收光谱分析。表明 :OH-自由基团在 35 0 0cm-1处存在吸收峰 ,对应于质子交换中替代质子的特征 ,OH-氢键在 70 0cm-1处存在另一个吸收峰 ,对应于交换中的填充质子的特征。当两种不同的质子源以不同的摩尔比例混合时 ,质子源中的H 浓度不同 ,进行交换的速度也不同 ,结果导致在 35 0 0和 70 0cm-1两处的峰的强度发生变化。而这两个峰强度之比值可作为制作高质量铌酸锂光波导的重要依据 ,因此 ,对这两个峰的研究对制作高质量的铌酸锂光波导具有重要的意义     

Transmission Spectral Characteristics of Photonic Crystals Milled in Annealed Proton-Exchange LiNbO_3 Waveguide

Transmission spectra of triangular lattice photonic crystals milled in the top surface of an annealed protonexchange waveguide are numerically simulated.The effects of the finite depth,conical shape,trapezoidal shape and hybrid shape of holes are theoretically analyzed.Due to the difficulty of milling high aspect-ratio cylindrical holes in lithium niobate(LiNbO_3),a compromised solution is proposed to improve the overlap between shallow holes and the waveguide mode,and useful transmission spectra with strong contrast and sharp band edges are achieved.     

EFFECT OF PHASE ON HUMAN RESPONSES TO VERTICAL WHOLE-BODY VIBRATION AND SHOCK—ANALYTICAL INVESTIGATION

The effect of the “phase” on human responses to vertical whole-body vibration and shock has been investigated analytically using alternative methods of predicting subjective responses (using r.m.s., VDV and various frequency weightings). Two types of phase have been investigated: the effect of the relative phase between two frequency components in the input stimulus, and the phase response of the human body. Continuous vibrations and shocks, based on half-sine and one-and-a-half-sine accelerations, each of which had two frequency components, were used as input stimuli. For the continuous vibrations, an effect of relative phase was found for the vibration dose value (VDV) when the ratio between two frequency components was three: about 12% variation in the VDV of the unweighted acceleration was possible by changing the relative phase. The effect of the phase response of the body represented by frequency weightings was most significant when the frequencies of two sinusoidal components were about 3 and 9 Hz. With shocks, the effect of relative phase was observed for all stimuli used. The variation in the r.m.s. acceleration and in the VDV caused by variations in the relative phase varied between 3 and 100%, depending on the nature of stimulus and the frequency weighting. The phase of the frequency weightings had a different effect on the r.m.s. and the VDV.