熔锥型宽带耦合器的研制

介绍了全光纤熔融拉锥型3dB宽带耦合器的理论设计，根据理论设计制作了样品。应用耦合模理论分析了全光纤非对称熔融拉锥型耦合器的宽带特性；提出了3dB宽带耦合器的制作方案，在此基础上制作了样品；对样品进行测试，样品带宽大约为300nm(在1300nm～1600nm波长之间)，附加损耗小于0.5dB，完全达到了实用化的要求。     

宽带保偏光纤耦合器的研究

保偏光纤耦合器在军事领域和民用市场应用广泛,但是常规保偏光纤耦合器的带宽较窄,不可能完全满足多种光源的使用要求。为了达到更多用户的使用要求,需要研制一种宽带保偏光纤耦合器。根据熔融拉锥型宽带光纤耦合器的原理和光纤电磁理论,对熔融拉锥的工艺进行了改进,结合多年的保偏光纤耦合器的制造经验,并根据试验事实,实现了常规熔融拉锥型宽带保偏光纤耦合器的制作,对产品进行了测试,带宽参数能够满足多种光源的使用要求,完成了预期研究目标。     

激光熔融拉锥型微型光纤耦合器设计

采用聚焦红外激光光束进行熔融加热,针对激光熔融拉锥型光纤耦合器设计了一种熔融区域长度为200 μm的微型光纤耦合器.使用光束传输法对拉锥长度和耦合区域的宽度进行了模拟并与实验结果比较,在1320 μm的拉锥长度和14 μm的耦合宽度处找到了最优化且低损耗的耦合器尺寸配置.     

非对称熔锥法制作光纤光栅辅助耦合器型上下话路滤波器

通过在失配光纤消逝场间的耦合作用中引入光栅调制扰动效应，推导出用于解释光栅辅助耦合器响应特征的耦合模方程，在此基础上全面分析了两光纤间的失配度对上下话路滤波性能的影响.采用非对称熔融预拉锥工艺，调整光纤的结构参数，制成了性能良好的光栅辅助耦合器，实验测试结果与理论计算符合得很好. 关键词： 光纤光栅 光纤耦合器 上下话路滤波器 熔融预拉锥     

基于少模光纤的全光纤熔融模式选择耦合器的设计及实验研究

提出了三种基于少模光纤的全光纤熔融模式选择耦合器. 根据模式匹配原理采用单模光纤与少模光纤熔融连接方式, 运用耦合模理论及光束传播法模拟分析了模式选择耦合器的结构参数对模式选择及耦合特性的影响, 实现了单模光纤中基模到少模光纤中不同阶模式的转换, 以满足不同的应用需求. 实验上以2× 2熔融光纤耦合器为例, 采用对称和非对称熔融拉锥方式, 分别实现了从基模到LP₁₁, LP₂₁模式的转换. 实验结果表明所得到的LP₁₁, LP₂₁模式在1530–1560 nm的波长带宽范围内均有较高的模式纯净度, 且模式耦合效率高于80%, 与理论模拟结果基本一致.     

高功率千瓦级(N+1)×1光纤级联泵浦耦合器

分析了泵浦光纤不同锥区长度对(1+1)×1耦合器效率的影响,相同锥区长度不同泵浦臂数量对(1+1)×1耦合器与(2+1)×1耦合器效率的影响,结果表明泵浦光纤锥型区域越长,通过泵浦光纤进入信号光纤的泵浦光越多,泵浦耦合器的耦合效率越高和相同锥区长度下,泵浦臂数量越多,泵浦耦合器耦合效率越低.根据分析结果制作了(1+1)×1耦合器与(2+1)×1耦合器,通过两个(N+1)×1耦合器级联方式形成级联泵浦耦合器.测试了由两个(1+1)×1耦合器组成的级联泵浦耦合器,在总注入泵浦功率602W的情况下输出泵浦功率564W,级联泵浦耦合效率高达93.6%.由两个(2+1)×1耦合器组成的级联泵浦耦合器,在总注入泵浦功率1 210 W的情况下输出泵浦功率1 120 W,级联泵浦耦合效率高达92.5%,实现了千瓦级泵浦功率输出,且两种级联泵浦耦合器信号光损耗均小于0.4%.利用此方法将耦合器形成级联结构可有效提高光纤激光器系统泵浦输出能力,实现千瓦级高功率输出.     

熔锥型光纤耦合器拉制过程的仿真和实验研究

基于熔锥型光纤耦合器在拉锥过程中光纤锥形的渐变特性和光纤之间熔融度的变化特点,构建了光纤耦合器在拉制过程中波导结构的变化模型.利用光束传播法对耦合器的拉制过程进行数值模拟,得到耦合器输出光功率随拉伸长度的变化规律以及耦合器的能量分布图.理论模拟和实验结果表明,光纤间熔融度与制作耦合器时的氢气流量及拉伸速度有关,氢气流量大,拉伸速度小,熔融度就大;光纤之间的耦合作用与拉伸长度及熔融度有关,拉伸长度增加或熔融度增大,都会使光纤间的耦合更加显著;拉伸长度不大时,锥形区的耦合可以忽略;随着拉伸长度的增加,光纤变细,耦合作用逐渐增强,锥形区的耦合现象越明显,同时光场也逐渐由纤芯向外发散,产生附加损耗.     

2×6熔融拉锥型单模光纤耦合器的特性分析

以线性耦合模方程为基础,推导了在弱熔、弱耦条件下2×6熔融拉锥型单模光纤耦合器的传播常量、本征模以及各端口的功率分布情况,并利用“熔融拉锥”法研制成功了两层排列结构的2×6单模光纤耦合器,实验得到的功率分布与理论分析结果基本一致。     

熔锥型光纤耦合器宽带特性研究

报道了在常规熔锥型单模光纤定向耦合器工艺基础上，以氢氟酸腐蚀法，将两光纤耦合区直径腐蚀成适当比例，用水平直接熔融拉锥系统，将耦合区域拉制成非对称臂组合波导，从而获得了具有宽频带特性、且尺寸较小的单模光纤定向耦合器，实验结果说明：通过控制耦合区长度，可以使耦合器耦合功率在某个特定波长附近、预定小于１００％分束比上具有相当平坦（宽带）特性；从而，通过控制组合波导的不同直径比，可望得到不同分束比宽带耦合     

熔锥型微纳光纤耦合器的理论与实验研究

针对熔融拉锥系统制得的熔锥型微纳光纤耦合器,选择适当的连续函数描述其光场分布,采用归一化的三角分布和矩形分布的加权叠加,以及高斯分布和三角分布的加权叠加实现了模场沿耦合器区域的连续变化;利用局部模式耦合理论推导出腰区及腰区附近锥形区的耦合系数计算公式,并得到微纳光纤耦合器输出光功率随拉伸长度的变化曲线.计算结果表明,随着拉伸长度的增加,光能量在两臂中来回交替耦合的程度变小并且呈现包络样,直至腰区耦合功能消失.通过实时监测拉制微纳光纤耦合器的输出光功率,得到火焰扫描宽度以及氢气流量对双纤失去耦合效应拉伸长度的影响:火焰扫描宽度(均匀腰区)越宽,拉伸长度临界值越大;氢气流量(熔融度)越大,拉伸长度临界值越小.实验结果显示,当光纤耦合器腰区直径达到1.6μm时,耦合功能消失,两输出端口光功率相同且恒定,微纳光纤耦合器具备稳定的光学传输特性.     

Focusing subwavelength grating coupler for mid-infrared suspended membrane waveguide

A mid-infrared (mid-IR)-focusing subwavelength grating (SWG) coupler and suspended membrane waveguide (SMW) on a silicon-on-insulator wafer are studied. For a transverse-electric mode uniform SWG, finite-difference time-domain simulation predicts 44.2% coupling efficiency with 1 dB bandwidth of about 220 nm and backreflection of 0.78% at 2.75 μm. Then the uniform SWG is curved to a focusing SWG using a phase-matching formula. The SMWs are analyzed by the finite element method and fabricated. An Er3+-Pr3+ co-doped mid-IR fiber laser is used for device characterization. The fabricated mid-IR SWG coupler has 24.7% coupling efficiency.     

Design of short length and C+L-band mismatched optical coupler with waveguide weighted by the Blackman function

A mismatched optical coupler with waveguide weighted by the Blackman function is numerically investigated in the demand of short length, C+L-band, and low crosstalk. Utilizing the full factorial design, the structure parameters of coupling waveguide are obtained by beam propagation method. In the condition of crosstalk of −35 dB, the mismatched optical coupler with proper selected waveguide structure parameters is found to have a coupling length of 3.60 mm in the transmission wavelength ranges of C+L-band (1.53-1.61 μm). Obviously, the selection and design of waveguide structure are very important to satisfy the qualities of a mismatched optical coupler for the demand of short length, broad bandwidth, and low crosstalk.     

带状注行波管E面和H面宽带耦合器

设计和分析了应用于W波段带状注行波管的E面多孔输入输出耦合器和H面多孔输入输出耦合器。研究表明,采用多孔耦合,不仅可以实现电磁场与电子注的汇聚和分离,还可以实现极宽工作带宽。HFSS仿真分析结果表明:E面多孔定向耦合器1dB相对带宽达43GHz,且隔离度优于20dB的相对带宽达到40GHz;H面定向耦合器在E面耦合器的10个耦合孔数的基础上,通过增加2个耦合孔数,1dB相对带宽提升到30GHz,且隔离度大于15dB的相对带宽达到32GHz。两种新型耦合器在极宽的工作带宽内实现低反射、高隔离的性能。与E面耦合器相比,H面耦合器易于加工和利于与周期永久磁体的封装集成。     

双枝节加载的L波段宽带高隔离度定向耦合器

提出了一种小型化双枝节加载的L波段微带线定向耦合器。使用功率相消技术提高定向耦合器的隔离度,并且采用两根长度不同的加载枝节分别在两个相近的频点上反射信号,从而实现耦合器的带宽扩展;同时采用缺陷地结构的慢波特性减小该定向耦合器的物理尺寸,并利用缺陷地结构产生的陷波,合并上述两根枝节反射抵消产生的的两个陷波,进一步提高定向耦合器的带宽和隔离度。该耦合器工作在L波段,耦合度约为10 dB,在整个L波段内的隔离度均优于?20 dB,最大约为?52.81 dB,相对带宽为60%。最后对设计的定向耦合器进行加工和测试,测试与仿真结果一致性较好,证明了该电路的可行性。     

GaAs／GaAlAs定向耦合器型行波调制器：1.设计

从理论上重点分析和研究了器件行波电极的微波特性，在半绝缘ＧａＡｓ衬底上设计了具有ｎ＾＋重掺杂外延层和共平面电极的ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ定向耦合器型行波调制器，针对实验中发现的行波电极上微波的高传输损耗问题。分析了起因并提出了器件的改进设计方案，从而设计出可达到３５ＧＨｚ带宽的高速调制效应的光波导调制器。     

Simulation and experimental research on polymer fiber mode selection polished coupler

Multimode dispersion is the main obstacle for high bandwidth in multimode optical fiber （MMF） communication system. Mode selection is an effective method to oppress multimode dispersion. We propose and investigate a kind of polymer optical fiber polished coupler. Beam propagation method （BPM） is employed to calculate the coupling coefficient of transmission modes in MMF coupler, and an output pattern from coupling branch is obtained. Analysis and experiment show that this coupler can select certain modes by changing polished depth, contact area, and intersection angle of two branches, which means that the device can be employed both as a mode selector and a sensor. In addition, simulation shows that five times bandwidth enhancement may be realized by selecting modes with the polymer fiber polished coupler.     

用于X波段模块化相对论速调管放大器在线测量的紧凑型定向耦合器设计

为实现模块化相对论速调管放大器功率、频率和相位的在线测量,对紧凑型高定向性高带宽的定向耦合器进行了仿真和实验研究。利用小孔耦合理论和相位叠加原理进行理论分析,设计了一种双孔紧凑型定向耦合器,在此基础上采用主、副波导正交连接,耦合孔沿轴向和角向二维分布的方法,进一步缩短了耦合器的长度。通过电磁仿真对耦合器各参数进行优化,模拟结果表明：当中心频率为10 GHz时,普通双孔定向耦合器对TM01模式的耦合度为-60.68 dB,在250 MHz的带宽内定向性大于20 dB,此时耦合区长度为3.49 cm。改进型定向耦合器对TM01模式的耦合度为-58.1 dB,在300 MHz的带宽内定向性大于20 dB,此时耦合区长度仅为1.8 cm（约0.6λ）。耦合器的冷腔实验测量结果与仿真结果符合较好。     

Ka波段宽带谐波抑制定向耦合器

为解决传统分支线定向耦合器带宽较窄，且应用到线性化器等微波元件中时受谐波信号影响较大的问题，提出了一个宽带且带有谐波抑制功能的定向耦合器。该定向耦合器在双支节定向耦合器的基础上增加一个支节，可有效地提高定向耦合器的带宽，同时将其传输线支节替换为低通滤波结构，以实现对高次谐波抑制的作用。仿真结果表明，该定向耦合器的反射系数和隔离度均小于-15 dB，传输损耗小于3.8 dB，波动范围0.5 dB，相位差为90°且与双支节耦合器相比增加1 GHz带宽。满足耦合器的设计指标，可应用到微波元件中，提高微波元件的性能。     

Wideband subwavelength gratings for coupling between silicon-on-insulator waveguides and optical fibers

We propose and experimentally demonstrate a novel subwavelength grating coupler on silicon-on-insulator, for coupling to optical fibers with a wide optical bandwidth. Theoretical analysis and design optimization of the coupler are described. About 73?nm 1?dB bandwidth was experimentally demonstrated with -5.6 dB coupling efficiency. Better than -3.4 dB efficiency with 86?nm 1?dB bandwidth is predicted for these structures with optimized buried oxide thickness.