基于同步多曲面法的发光二极管机器视觉照明设计

为了改善三角棱镜系统产生近似无衍射线结构光的能量均匀分布在若干条光斑上,不适合直接应用于三维表面测量且中心光斑对能量利用率较低的问题,提出了一种新型光学元件.该元件在三角棱镜的基础上,通过在其底部胶合一个与原三角棱镜底面大小相等,横截面为等腰梯形的凸台制成.采用几何光学的理论对新型光学元件的光束变换特性进行分析,结果表明其可以等效为两个不同底角三角棱镜的组合,平面光束通过新型光学元件后将产生中心光斑较强的近似无衍射线结构光.由衍射积分理论分析和模拟了新型光学元件后的空间光强分布特性.仿真的结果表明,衍射积分分析的结果与几何光学分析的结果是一致的:新型光学元件可以产生一种性能更好的近似无衍射线结构光.并且通过改变棱镜的结构参量,能够方便地调节光束的中心光斑尺寸、近似无衍射范围等参量.     

新型棱镜产生近似无衍射线结构光

为了改善三角棱镜系统产生近似无衍射线结构光的能量均匀分布在若干条光斑上,不适合直接应用于三维表面测量且中心光斑对能量利用率较低的问题,提出了一种新型光学元件.该元件在三角棱镜的基础上,通过在其底部胶合一个与原三角棱镜底面大小相等,横截面为等腰梯形的凸台制成.采用几何光学的理论对新型光学元件的光束变换特性进行分析,结果表明其可以等效为两个不同底角三角棱镜的组合,平面光束通过新型光学元件后将产生中心光斑较强的近似无衍射线结构光.由衍射积分理论分析和模拟了新型光学元件后的空间光强分布特性.仿真的结果表明,衍射积分分析的结果与几何光学分析的结果是一致的:新型光学元件可以产生一种性能更好的近似无衍射线结构光.并且通过改变棱镜的结构参量,能够方便地调节光束的中心光斑尺寸、近似无衍射范围等参量.     

一种分析楔形光纤的等效矩形近似-阶梯串联法

楔形光纤(WSF)是实现平面光波光路芯片入出端口与光纤高效连接的核心部件. 采用数值模拟方法分析其中光波传输演化过程,是优化设计光子器件耦合结构的重要基础. 提出基于等效矩形近似的三维阶梯串联法(ERA-SCM),将楔端沿传输方向细分,引入矩形波导近似,给出了细分后各段近似矩形波导的等效折射率;在此基础上,建立了阶梯串联法分析模型,分级给出WSF中光波传输过程与模场演变. 数值分析结果表明,ERA-SCM比有限差分束传播法(FD-BPM)能够更精确地分析非对称光纤和波导结构,描述其中光模场的演化. WSF出射光场实测结果表明,ERA-SCM数值模拟结果与实验结果的误差为1.9%,而FD-BPM的误差为4.5%. ERA-SCM是分析非对称光波导光波传输与模场演变的有效方法. 关键词： 平面光波光路 楔形光纤 等效矩形近似 阶梯串联法     

双轴棱锥产生长距离近似无衍射光的新技术

提出了一种利用会聚透镜、轴棱锥等简单光学元件产生长距离近似无衍射光的新技术. 分别利用几何光学和衍射理论分析了该方法产生长距离近似无衍射光束的原理, 通过软件模拟了长距离近似无衍射光束的形成过程,得出了该光束在不同距离处的横向光强分布. 模拟结果显示该光束在较长距离处的横向光强分布满足Bessel分布. 从实验上获得了传播距离长达80 m、中心光斑发散角约为0.12 mrad的近似无衍射光束, 相比于国外学者最近的研究成果(Belyi et al. 2010 Opt. Exp. 18 1966)将传播距离延长了50多米,而光束发散角压缩了22倍.实验中, 对光束沿光轴传播时在不同距离处的光斑进行了拍摄,所得实验结果与理论分析基本符合.     

适合在微机上使用的杂光分析方法

提出了一种适用于微机条件的杂光分析方法,用接近大型杂光分析软件的分块计算方式计算主反射镜的一次散射、遮光筒-主镜的二次散射以及筒边的衍射散射,可用于估计遮光完善光学系统的杂光水平.实例计算表明,分析结果十分近似大型软件APART的结果.     

Fermi折射率分布光波导的模方程

对Fermi折射率分布的特性进行了分析,用光线理论推导出Fermi折射率平面光波导的近似超越模方程.理论分析和实验结果比较表明,Fermi折射率分布函数能较好地描述准阶跃渐变折射率.得到的近似模方程相当精确地决定了这类波导的模式特性,比阶跃折射率近似精确.     

连续光在生物组织中能流率分布的漫射近似和模拟

分析了半无限大介质漫射近似不同边界条件的镜像光源结构,用镜像光源的方法给出了连续光入射时稳态能流率分布的漫射近似表达式,并用Monte Carlo方法对能流率分布进行模拟,分析了两种模型能流率分布的特点及其形成的机理;用Monte Carlo模拟结果检验了能流率分布漫射近似的精度,结果表明:漫射近似采用EBC边界条件的结果有较高的精度和计算较简单等优点,为能流率分布的快速准确计算提供了依据.     

新型可变光衰减器的温度特性研究

介绍一种新型光衰减器的工作原理、结构及温度特性.实验中采用在线温度特性测试法得到了新型光衰减器的插入损耗随温度变化的特性曲线.提出通过改进工艺的办法来优化新型光衰减器结构和提高光衰减器温度稳定性的方案.     

基于同一结构实现全光逻辑“与门”和“或非门”的研究

提出了一种基于同一结构实现全光逻辑“与门”和“或非门”的新型方案，其理论基础是级联单端半导体光放大器(SOA)的交叉增益调制效应.利用单端SOA的动态理论模型成功地模拟了输入信号光为20Gb/s固定格式非归零信号时，该方案分别得到逻辑“与”和逻辑“或非”两种不同的输出结果.最后进行了实验验证，模拟结果和实验结果基本相符. 关键词： 半导体光放大器 交叉增益调制 全光逻辑     

随机介质ZnO激光的一种整体效应模型

从实验现象出发建立了无序介质激光的一种整体散射效应物理模型，认为无序介质激光是无序介质中局域-非周期-类结构与相匹配的抽运光相互作用的结果.并以ZnO粉末激光参数为例进行数值模拟，结果与实验定性符合. 关键词： 无序增益介质 局域-非周期-类结构     

End-pumped optical bistability Tm,Ho:YLF laser

We experimentally demonstrate strong optical bistability in a 2 μm continuous wave Tm,Ho:YLF laser with a bulk crystal. The laser is end-pumped by a 792 nm fiber-coupled laser diode. The bistable region is as wide as 1.6 W and the jump power at the turning point is as high as 82.5 mW when the temperature of the laser crystal is kept at 253 K. The influences of the cavity length and the transmission of the output coupler on the characteristics of optical bistability are obtained. The theoretical analysis shows that the bistable output in the Tm,Ho:YLF lasers comes from the combined effects of the nonlinear saturation of ground state reabsorption, the energy transfer upconversion, and the excited state absorption.     

端面抽运Tm，Ho：YLF激光器双稳特性的理论分析与实验研究

报道了波长为792nm激光二极管端面抽运Tm,Ho：YLF连续激光器的双稳输出特性.在考虑能量传递上转换和基态对2μm激光重吸收的前提下,建立了Tm,Ho：YLF双稳激光器准三能级速率方程理论模型.通过对Tm,Ho：YLF激光器速率方程的求解,理论预见了Tm,Ho：YLF激光器双稳输出的特性,并分析了其产生的机理.进行了激光二极管端面抽运Tm,Ho：YLF激光器双稳输出的实验研究,当激光晶体温度为253K时,双稳区的宽度可达1.6W,跃变点输出功率的跃变量可达82.5mW.通过对比发现理论结果与实验结果比 关键词： 端面抽运 Tm Ho：YLF晶体 连续输出 光学双稳     

低阈值单横模852nm半导体激光器

基于波导理论、等效折射率方法,设计并制备了非对称波导隔离双沟结构脊型边发射激光器,最终获得了低闽值单基侧模852 nm激光器.详细研究了不同脊型台深宽比参数设计对激光器侧向模式特性的影响规律,实现了腔面未镀膜情况下脊型波导边发射激光器的单基侧模稳定输出,同时激射波长可以精确调谐到852 nm;工作电流达到150 mA,工作温度30℃;斜率效率最高可达0.89 nW/mA,光谱半宽小于1 nm.研究结果为进一步实现超窄线宽激光器提供了参考和借鉴,并且为实现激光器稳定输出提供了实验基础.     

Optical feedback effect on bistable laser diodes

The optical feedback effect on multi-section bistable laser diode characteristics, especially on light/current hysteresis, has been studied. A decrease in the bistable laser diode hysteresis width under optical feedback was observed for the first time. A theoretical analysis has been carried out by solving carrier density rate equations, combined with the light-field equation. The analysis shows that the observed hysteresis width decrease is due to the phase detuning, which is governed by the difference between the values of the α-parameters (line-width enhancement factors) in the gain section and the loss section.     

Optical bistability in GaInAsP/InP coupled-circular resonator microlasers

Optical bistability is realized in GaInAsP/InP coupled-circular resonator microlasers, which are fabricated by planar technology. For a coupled-circular resonator microlaser with the radius of 20?μm and a 2?μm-wide bus waveguide, hysteresis loops are observed for the output power coupling into an optical fiber versus the cw injection current at room temperature. The laser output spectra of the upper and lower states of the hysteresis loop indicate that the bistability is related to mode competitions. The optical bistability can be explained as the mode competition between the symmetry and antisymmetry coupled modes relative to the bus waveguide.     

Optical bistability effects in a Tm,Ho:YLF laser at room temperature

We demonstrate strong optical bistability in a 2 microm continuous-wave Tm,Ho:YLF laser pumped by a 792 nm laser diode near room temperature. The bistable region is as much as 100 mW wide at 283 K and can be controlled by the temperature of the laser crystal. The influence of crystal temperature on the characteristics of optical bistability is obtained. The influence of the pump-to-mode ratio on the bistable characteristics of the laser is also discussed. To our knowledge this is the first report of optical bistability effects in Tm,Ho:YLF lasers.     

非线性一维光子晶体波导光双稳

利用非线性折射率系数较大且非线性时间响应较快的CdS_xSe_1-x玻璃为材料,设计并制备了非线性一维光子晶体波导光双稳器件,该器件的折射率空间分布呈正弦形式。实验测得双稳开关的阈值功率密度为1.60×10⁵W/cm²,开关时间为63ps。采用时域有限差分方法讨论了光子晶体带隙随入射光强变化而移动的情况,随着入射光功率密度的增加,光子晶体的带隙中心向短波方向移动。同时计算了该器件的双稳特性,理论计算得到双稳开关的阈值功率密度为1.40×10⁵W/cm²,开关时间约为50ps。获得了理论与实验基本一致的结果。     

Absorptive and dispersive bistability in semiconductor injection lasers

Recent progress in the study of both absorptive and dispersive bistability in semiconductor injection lasers is reported. Inhomogeneously excited semiconductor lasers as an absorptive case, and laser diode optical amplifiers and optical injection locking systems of laser diodes as dispersive cases, are described. Applications of bistable semiconductor lasers, such as optical memories, optical regenerative amplifiers and all-optical switching, are also discussed.     

Optical bistability in a triple semiconductor quantum well structure with tunnelling-induced interference

We study the behavior of optical bistability (OB) in a triple semiconductor quantum well structure with tunnelling-induced interference, where the system is driven coherently by the probe laser inside the unidirectional ring cavity. The results show that we are able to control efficiently the bistable threshold intensity and the hysteresis loop by tuning the parameters of the system such as laser frequency and tunnelling-induced frequency splitting. This investigation can be used for the development of new types of nanoelectronic devices for realizing switching process.