平面光波导型单纤三向器的研究

利用光束传输法,分析设计了一种只由两个定向耦合器构成、能直接与单模光纤相耦合、易于集成的平面光波导（Planar Lightwave Circuit,PLC）型1.31/1.49/1.55 μm单纤三向器.该器件的输入输出弯曲波导和耦合区平行波导均采用光束传输法进行优化设计,并对器件的折射率进行了容差分析,获得了当两个定向耦合器的耦合长度分别为6 578 μm、3953 μm时,器件对各波长的隔离度均在47 dB以上,且插入损耗小于0.05 dB.     

基于波导管的无缝扫描光刻激光均束设计

351nm波长的准分子激光器由光波导管作为激光均束器,直接输出正六角形均匀分布的照明光束,能在大面积激光投影光刻中实现无缝扫描。同目前常用的微透镜阵列器相比制作简单,无须光阑就能直接获取所需要的六角形光束,减少了能量损失。通过合理的假设和理论推算,依据管内最大反射次数就能适当地选取光波导管的长度,既保证了足够的反射次数以维持良好的均匀性,同时又避免了不必要的管长所带来的更多反射损耗。利用ZEMAX光学设计软件模拟和分析了由光波导管输出的照明光。结果表明,输出的六角形光束的相对光通量为96%,近似于平顶的能量分布,呈现出了极好的均匀性。     

飞秒激光微细加工中光耦合器参数的数值模拟

用有限差分迭代求解光束传输方程,对1×2(Y型)耦合器和2×2(X型)耦合器分路的夹角大小对分路中光束分配比例的影响进行了模拟研究.模拟结果显示：耦合器夹角控制在一定的范围内,对分路中光束能量分配影响不大;2×2耦合器对分路夹角以及波导宽度的变化敏感.为飞秒激光加工光纤无源器件的可行性做了理论上的分析.     

远红外自由电子激光光腔改进的模拟分析

 提出在中物院远红外自由电子激光光腔中全程采用波导对光场进行约束，利用计算光束与电子束横向叠合因子分析了光腔中是否加入波导管对腔内净增益的影响。模拟了减小波导管间隙和提高扭摆器峰值磁场场强对腔内增益的影响。3维数值模拟计算表明在光腔中加入波导使扭摆器净增益由-6%提高到约25%；波导管的间隙每缩小2 mm，腔内净增益提高7％~15％；场强每提高0.02 T，腔内净增益可增加5%~10%。     

聚合物PMMA/DR1啁啾光栅耦合器的研究

从理论上分析出在一定条件下啁啾光栅输出耦合器具有较好的聚焦衍射光束的作用.实验上采用光漂白方法,利用两束激光在PMMA/DR1平面波导上所形成的干涉条纹来制备啁啾光栅,研究了这种啁啾光栅耦合器衍射光的聚焦效应,观测结果与理论分析基本相符.     

棱镜-漏波导耦合器的理论分析

根据多光束干涉原理,理论上分析了棱镜-漏波导耦合器,且与棱镜-波导耦合器作了比较,给出正确使用这两种耦合器的判据.分析结果表明,在强耦合条件下,棱镜-漏波导耦合器可用于薄膜参数测量和光波导输入-输出耦合;对于弱耦合,本文的结果与Tien和Ulrich的理论一致.     

光波导脉冲耦合器研究

提出并实验了一种新的波导型脉冲耦合器的构成和动作机理,将光阻断效应表现的光粒子性和分支波导模式耦合表现的光波动性在光波导载体上有机结合起来,用全光学方式实现了输入作用电脉冲与输出同步电脉冲之间的脉冲耦合动力学过程.     

飞秒激光光刻波导偏振器

飞秒激光诱导折射率变化提供了一种灵活的三维光子器件制作手段.飞秒激光光刻的Ⅱ类波导具有偏振导光特性,可以作为波导偏振器,但是对于要保留的偏振分量损耗太大.本文阐述了一种利用飞秒激光在熔融石英中制作的新型低损耗波导偏振器.它由中间的一根Ⅰ类波导及两侧的两根Ⅱ类纳米光栅轨迹构成.基于飞秒激光诱导的纳米光栅的偏振依赖散射特性...     

掺半导体玻璃波导的导波功率限制

首次利用阳极氧化法在掺半导体玻璃上制备了两端带有抛物耦合喇叭的4微米条宽沟道波导,用光栅耦合器将波长0.532微米的YAG倍频激光耦合进波导中,实现了输出光的功率限制.     

InP基1×4多模干涉耦合器的设计与制作

在密集波分复用系统中,多波长DFB激光器阵列与多模干涉耦合器集成光源器件具有重要的应用前景.为了研制多波长集成光源中的宽带可用低损耗光耦合器,利用三维有限差分光束传播法仿真设计了一种具有强限制作用的InP/InGaAsP材料的多模干涉型耦合器.输入/输出端波导均采用楔形结构以降低多模干涉型耦合器的插入损耗,提高各个输出端口的出光平衡度.根据仿真结果,结合波导芯层为采用外延生长设备,采用反应离子刻蚀工艺制作了1×乘4多模干涉型耦合器.利用自动对准波导耦合测试系统对所制作器件的插入损耗和出光平衡度进行测量.测试结果表明,该器件在1 550 nm波长附近的40 nm带宽范围内获得了约2.6 dB的通带平坦度,在1 550 nm通信波长处,器件的插入损耗低于10 dB.     

InP基1×4多模干涉耦合器的设计与制作

在密集波分复用系统中,多波长DFB激光器阵列与多模干涉耦合器集成光源器件具有重要的应用前景.为了研制多波长集成光源中的宽带可用低损耗光耦合器,利用三维有限差分光束传播法仿真设计了一种具有强限制作用的InP/InGaAsP材料的多模干涉型耦合器.输入/输出端波导均采用楔形结构以降低多模干涉型耦合器的插入损耗,提高各个输出端口的出光平衡度.根据仿真结果,结合波导芯层为采用外延生长设备,采用反应离子刻蚀工艺制作了1×乘4多模干涉型耦合器.利用自动对准波导耦合测试系统对所制作器件的插入损耗和出光平衡度进行测量.测试结果表明,该器件在1 550nm波长附近的40nm带宽范围内获得了约2.6dB的通带平坦度,在1 550nm通信波长处,器件的插入损耗低于10dB.     

布拉格反射波导半导体激光器的研究

高功率半导体激光器在固体或光纤激光器泵浦、材料加工、医疗、传感、空间通讯和国防上有着极其重要的应用,但传统半导体激光器面临垂直发散角大、椭圆光斑的难题,限制了其直接应用。为了降低激光器的垂直发散角,本项目采用布拉格反射波导结构,利用光子带隙导引替代传统的全反射进行光场限制,优化设计了多种布拉格反射波导激光器结构,并制备了高性能的激光器器件。首先,采用传输矩阵理论和布洛赫波近似的方法计算了布拉格反射波导的模式色散关系,发现通过控制腔模光场分布,可实现不同远场的激光输出。接着,针对布拉格波导光子带隙导引机制,深入研究了四分之一波长布拉格反射波导激光器、单边布拉格反射波导激光器的光场特性,弄清了影响此类激光器远场的本质因素,最终设计并验证了一种布拉格反射波导双光束激光器,激光器在垂直方向可输出两个对称的、近圆形光束,单光束垂直和侧向发散角半高全宽分别低至7.2°和5.4°。另外,通过调控光缺陷层,使激光器工作在受抑隧穿光子带隙导引机制下,实现了超窄的单光束激光输出,激光器单管连续输出功率超过4.6 W,垂直发散角最低降至4.9°(半高全宽)和9.8°(95%功率)。这种高功率、窄的圆形光束输出可以大幅降低半导体激光器的应用成本,提高泵浦或光纤耦合效率,具有广阔的应用前景。     

泵浦匀化对Innoslab激光放大器光束质量的改善

针对结构紧凑的部分端面泵浦混合腔板条激光放大器，研究了泵浦匀化对其输出激光光束质量的改善作用。基于ZEMAX仿真软件，设计并对比分析了直接成像和波导匀化后再成像两种泵浦耦合方式对激光二极管阵列慢轴（晶体宽度）方向光强分布均匀性的影响，发现波导匀化后泵浦均匀性得到明显提升且激光二极管阵列发光坏点对泵浦成像的影响得以弱化。进一步实验验证了泵浦匀化对Innoslab激光放大器性能的改善作用:波导匀化后慢轴方向泵浦均匀度从90.6%提高到95.4%，进而使3通放大后输出激光光束质量因子M2从2.41提升到1.55，并且有效抑制了多通放大腔内的自激振荡。     

分布式抽运连续光纤激光器研究

为了避免高功率光纤激光器中光纤端面出现热效应问题,依据多点级联结构的耦合器,对分布式抽运的光纤激光器进行了研究。首先,介绍了实验室自主研制的级联耦合器。然后,分析了耦合器插入对光纤激光器的影响。最后,选用自制的耦合器搭建了分布式抽运的光纤激光器。实验结果表明:对耦合器插入损耗的研究,能够促进高功率级联耦合器的实现。在光纤激光器结构中,975 nm泵浦功率注入1.1 k W时,1 080nm激光功率输出为770 W,光-光转换效率为77%。在主控振荡功率放大结构中,激光功率输出为635 W,放大级的光-光转换效率为78%。分布式抽运方式可以使泵浦光多点注入,避免了热量的集中,能够获得千瓦级的激光功率输出。     

基于光纤光栅辅助耦合的WDM下话路研究

利用光纤光栅的反射特性和光纤耦合器的耦合特性,研究基于光纤光栅辅助耦合波分复用(WDM)下话路器.满足国际电信联盟(ITU-T)建议波长的WDM光信号从耦合器输入端口进入,其中与光栅中心反射波长一致的激光信号从耦合器的下话路端口输出,而其他波长的激光信号从耦合器输出端口输出,实现特定波长信号的下话路.选择中心波长分别为1554.248 nm,1555.859 nm,消光比为57 dB的两路光信号进行试验,光纤光栅的中心反射波长为1555.86 nm,实验结果表明,上述两路光信号分别从不对称光纤耦合器的输出端口和下话路端口输出,且在下话路端口输出光信号的消光比为48 dB.     

轴对称折叠-组合腔输出的多束高斯光束的并和

提出一种新腔型激光器—轴对称折叠 组合腔He Ne激光器。对该腔型输出的多束高斯光束,建立了一种简化的光束并和计算模型。并对相干并合和和非相干并和后的光强分布和光斑做了分析和模拟。结果表明,轴对称折叠 组合腔He Ne激光器输出有相干情形的光束在医疗上是有实用价值的。     

基于等效折射率人工剪裁的宽带高效光栅耦合器

利用不同占空比的亚波长结构剪裁光栅槽的等效折射率来改变光栅的衍射特性实现衍射输出光束与单模光纤之间的模式匹配,通过优化埋氧化层厚度和集成底部金反射镜,可以改善光栅耦合器弱的方向性,从而设计出用于SOI波导与光纤之间高效率耦合的光栅耦合器。采用本征模展开方法,模拟了光栅耦合器随剪裁的光栅槽等效折射率变化的相关特性,在SOI波导和单模光纤之间对波长为1550nm的光获得了最高93.1%的耦合效率,3dB带宽为82nm。     

新型电光扫描器中光波导阵列特性研究

利用有限差分光束传输法(FD-BPM)详细研究了光波导阵列电光扫描器的核心部件—光波导阵列的传输特性和辐射特性,分析了光波导阵列结构参量对其传输特性和辐射特性的影响.研究结果表明,光波导芯层厚度、光波导阵列的周期、长度和层数对光波导阵列输出面上的光场振幅、相位分布及光波导阵列输出光束主瓣的半峰值全宽度(FWHM)影响很大.通过与其它理论研究的结果进行比较指出,FD-BPM可以很方便地、更全面地描述光波导阵列的传输和辐射特性.另外,在研究光波导阵列光束扫描的基础上,根据光波导阵列电光扫描器的扫描探测要求,提出了光波导阵列结构优化设计的原则.     

飞秒激光在掺Yb~(3+)磷酸盐玻璃中写入光波导及波导激光器的实验研究

利用重复频率为1kHz,中心波长为800nm,脉冲宽度为120fs的飞秒激光在掺Yb3+磷酸盐玻璃中刻写光波导,测试了不同参数下刻写的波导的导光模式,研究了写入速度和写入脉冲能量对模场直径、波导折射率的影响,给出了波导形成的写入窗口范围,对比测试了激光作用区域和未作用区域的荧光光谱特性。实验结果表明,在采用20×显微物镜,写入速度为20μm/s,写入脉冲能量为1.8μJ时,所得到的光波导在976nm波段模场直径为20μm,波导区域折射率改变为2.7×10-4,飞秒激光作用区域的荧光光谱与基质的荧光光谱几乎完全重合,荧光特性在飞秒激光作用后保持良好。利用双色镜和2%的输出耦合镜构成了法布里-珀罗(F-P)腔掺Yb3+波导激光器,获得了波长为1031nm的连续激光输出,激光功率为2.9mW。     

变耦合系数非线性三波导定向耦合器特性研究

报道了对高斯型及指数型变耦合系数三波导耦合器的一些重要的全光开关特性进行的研究。利用四阶龙格一库塔方法对指数型和高斯型两类变耦合系数三波导耦合器进行了数值计算。数值计算结果表明：对于变耦合系数三波导耦合器而言,功率可在波导1与波导3之间100％转换,而波导2则不可能达到100％的功率输出。与双波导变耦合系数耦合器相比,在相同的最大耦合系数情况下三波导变耦合系数耦合器开关曲线要更陡一些．即具有更好的开关特性。与平行三波导耦合器相比,变耦合系数三波导耦合器作为光开关的最大优点在于开关曲线中不存在振荡。