基于微光学结构的空芯光子带隙光纤环形谐振腔研究

光纤环形谐振腔是构成谐振式光纤陀螺的核心部件。提出了一种基于微光学结构的空芯光子带隙光纤环形谐振腔。建立了这种谐振腔的归一化传递函数模型,并且仿真分析了微光学结构参数与谐振腔特性和陀螺的极限灵敏度的关系。研制出基于微光学结构的空芯光子带隙光纤谐振腔的实验样品,完成了样品性能测试,在此基础上提出了下一步优化方案。研究结果为未来进一步研究基于微光学结构的谐振式空芯光子带隙光纤陀螺提供了理论和实验依据。     

谐振腔光纤陀螺光纤谐振环特性研究

对有限光源线宽情况下反射式光纤谐振环的响应特性进行了研究,得到了光纤谐振环各谐振特性参量的表示式.分析了特性参量与光源线宽和耦合器特性的关系,结合对方波调制谐振腔光纤陀螺极限灵敏度的分析,给出了设计高灵敏度谐振腔光纤陀螺光纤谐振环的要求和原则.进行了谐振腔光纤陀螺用光纤谐振环的实验研究,制作了适用于谐振腔光纤陀螺的高精细度和高谐振深度光纤谐振环.     

有源环形谐振腔辅助滤波的单模光电振荡器

提出并验证了一种有源环形谐振腔辅助滤波的光电振荡器. 它利用有源环形谐振腔提供的高Q光学梳状频率响应特性, 对振荡器中的光信号模式进行选择, 能有效地提高输出信号的边模抑制比, 获得光电振荡器的单模输出. 理论上, 对光电振荡器的起振模式以及有源腔的频率响应进行了分析, 仿真结果表明有源环形谐振腔的辅助滤波有利于光电振荡器的边模抑制和单模输出. 在实验上, 通过对比验证了理论的预期结果, 并最终得到中心频率为20 GHz, 边模抑制比为58.83 dB, 在频偏10 kHz处相位噪声为-97 dBc/Hz的单模信号输出. 该方案保留了已有光电振荡器边模抑制方法的优势, 实现方法上更加简便, 在工作带宽和可调谐性方面具备良好的灵活性.     

Si基双环级联光学谐振腔应变检测研究

绝缘衬底上的硅材料制备的光学微环谐振腔结构具有高灵敏度、结构尺寸小和极低模式体积等特性,被广泛应用到光信息传递、惯性导航领域,但极少被应用到力学信号的测试,为此,研究了一种基于硅基光学微环谐振腔结构的悬臂梁式应力/应变敏感计,利用微环谐振腔环形波导径向形变量作为感应应力的中间物理量,在外界应力作用下,环形波导的半径将发生改变,使结构的光学谐振参数产生变化,从而使光学微环谐振腔谐振谱线发生明显红移,体现出良好的应力/应变敏感特性;通过设计双环级联光学微腔,并采用MEMS光刻、ICP腐蚀工艺制备了嵌入式光学微腔应变计结构,结合理论计算了悬臂梁结构的应力应变敏感特性,经仿真及实验得到,应变计结构的应力/应变灵敏度分别为0.185 pm·kPa-1,18.04 pm·microstrain-1,与单环微腔结构相比,线性量程增加了近50.3%,应力灵敏度提高了近10.6%,初步验证了嵌入式光学微腔结构进行高灵敏度应力/应变检测的可行性,有望实现新型光学力敏传感器件的微型化、集成化。     

基于光子晶体自准直环形谐振腔的全光均分束器

通过等频图分析并结合时域有限差分法模拟,在一个与偏振态无关的自准直光子晶体环形谐振腔中,研究发现当环形谐振腔内的光传输距离改变时,横电波(TE)和横磁波(TM)两种偏振态的光在通过环形谐振腔之后的输出将会随之变化并呈现出不同的周期性.通过选择适合的传输距离,实现了TE,TM自准直的情况下同时分束50%的结果,构成了一种基于光子晶体自准直环形谐振腔的全光均分束器.全光均分束器扩大了分束器的运用范围,也会在高密度集成光路中发挥重要的作用. 关键词： 光子晶体 环形谐振腔 自准直 分束器     

谐振腔形式爆震管的冷态特性研究

为研究谐振腔形式爆震管的冷态特性,基于模块化设计的谐振腔,开展了相关实验。采用模块化设计,可方便地实现谐振腔长度、供给位置和供给方向的调整。结果表明,供给频率改变时,谐振腔内的压力振荡亦随之变化,压力振幅在谐振频率附近达到最大。改变供给位置和进气方向不会对谐振频率造成实质性影响,但会使其轻微浮动;谐振频率随谐振腔长度线性变化。冷态实验为预估热态谐振频率奠定了基础,并为热声耦合的实现指明了方向。     

光子晶体光纤陀螺的谐振腔设计

提出了一种新颖的基于光子晶体光纤和空间光学元件的光学谐振腔结构,利用MATLAB软件进行了谐振腔谐振特性的计算与分析,并在此基础上完成了谐振腔设计.设计的分析结果表明,当谐振腔输入镜M1和输出镜M2的反射率等于0.99时,谐振清晰度可以达到43.5,谐振腔谐振深度可以达到0.998 7,陀螺极限灵敏度可以达到0.5°/h.     

高Q光纤环谐振腔陀螺角速度传感研究

模拟仿真了谐振式光纤环腔的透射谱线以及鉴频曲线,得透射谱线最低谷值对应为调制谐振点,鉴频曲线的线性区为陀螺的工作范围区,线性区中点对应谐振点,可作为标度因数最大值.为了实现谐振点的高精度锁频和稳频,设计了谐振式光纤陀螺角速率测定方案,使用比例积分反馈电路实施锁频,利用正弦波扫描窄线宽激光器(线宽小于1kHz)的压电转化模块,使激光器谐振腔长发生变化,从而改变其输出频率,对谐振光纤环腔随外界环境变化同时进行跟踪和锁定.利用线宽法测试并计算出光纤环形谐振腔的品质因数值为107,对比分析了光纤环腔在谐振点和非谐振点锁定情况下的光电探测实时输出,并通过转动测试,得到两种情况下锁定后陀螺的连续转动效果.计算了光纤陀螺系统理论检测灵敏度,结果表明:谐振点锁定后转动效果对应的陀螺输出电平值为锁定非谐振点转速电平值的3倍,验证了谐振式光学陀螺谐振点锁频的重要性.     

基于双负介质与负介电常数介质交叠结构的谐振腔研究

通过探讨双负介质与负介电常数介质交叠结构的谐振特性,实现了一种能够同时缩小长度和宽度的改进的小型化谐振腔(IMCR). 对IMCR谐振特性进行了数值仿真,结果表明,IMCR能够在10.3GHz上稳定谐振,但其长度和宽度却分别只有4.58和5.08mm,相比于普通金属谐振腔的长度和宽度均缩短了一半. 这些结果对基于双负介质的小型化谐振腔的发展具有理论意义. 关键词： 双负介质 负介电常数介质 改进的小型化谐振腔 各向异性     

空芯光子晶体光纤谐振腔的设计与优化

光纤环形谐振腔作为谐振式陀螺的关键部件,其对频率的敏感程度决定了陀螺的性能.空芯光子晶体光纤作为一种新型光纤可以有效地抑制谐振式陀螺中的各种光学噪声,具有广阔的应用前景.采用光叠加法对空芯光子晶体光纤谐振腔各参数对谐振腔的Q值、陀螺灵敏度的影响进行了仿真.通过计算分析表明,当耦合器插入损耗为0.04,激光器线宽为60 kHz,光纤长度为10m时,存在一个最佳耦合系数0.123,使得陀螺灵敏度最小值为0.572 5°/h.     

环形激光器反射镜相位延迟差测量方法研究

理论上推导出了环形激光器对Ｓ光和Ｐ光相位延迟差与其拍频峰对应的压电陶瓷电压差的关系式,分析了方形环形激光器对Ｓ光和Ｐ 光的频率响应特性,通过测量拍频峰电压差实现环形激光器反射镜相位延迟差测量。通过搭建环形激光器频率响应特性测试系统,从实验上验证了理论计算的正确性。结果表明,该方法测量误差小于１．５％,满足环形激光器反射镜相位延迟差测量要求。     

A Differentiating Fiber-optic Ring Interferometer

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＦｉｂｅｒｏｐｔｉｃｒｉｎｇｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ（ＦＯＲＲ）ｈａｖｅｂｅｅｎｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｆｏｒａｎｕｍｂｅｒｏｆｙｅａｒｓｆｏｒｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｄｅｌａｙｅｌｅｍｅｎｔｓ［１］，ｓｅｎｓｏｒａｐｐｌｉｃａ...     

光纤环形谐振腔的频率锁定及其特性

基于可调分束比的光纤分束器,制作了光纤环形谐振腔并通过调节分束比实现了对光纤环形谐振腔的欠耦合、临界耦合和过耦合的状态控制.实验测量了腔最小反射率与腔损耗之间的关系,获得光纤环形谐振腔的腔内衰减率为κ_0=2π×(1.60±0.03) MHz ,品质因子为Q=(1.10±0.02)×10.8.在此基础上,结合了压电陶瓷拉伸光纤以控制腔长和Pound-Drever-Hall锁频两大技术优势,克服了之前温度反馈控制等方法的反馈带宽窄、噪声大和稳定性差等问题,实现了对光纤环形谐振腔共振频率的快速、灵敏的控制和锁定.结果表明,锁频过程中相位调制功率与相位调制引起腔反射光的强度调制之间的关系为线性关系,进而通过降低相位调制信号的功率以减小相位调制对腔反射光强度调制的影响.当调制功率设定最低为–9 dBm时,光纤环形谐振腔仍能被稳定锁定.该光纤环形谐振腔为其与原子、金刚石色心等发光粒子相互作用的腔量子电动力学实验研究奠定了坚实的基础.     

An investigation of quantum-chaotic signals generation using a fiber ring resonator and an add/drop multiplexer

We successfully generate the double security using a fiber ring resonator incorporating an add/drop device, whereas the quantum-chaotic encoding of light in a single fiber ring resonator is constructed. In the experiment, the nonlinear Kerr effects in the fiber ring resonator induced the chaotic wave form within the fiber ring resonator, which could be used to scramble or encode into the original signals. The laser input power used was 15 mW, with a fiber ring radius of 50 cm. We found that the double security can be formed, where the randomly polarized photons could be controlled by using the polarization controller and observed.     

非稳腔中调腔孔对光束质量的影响

在中、远红外波段的激光器中，组成谐振腔的反射镜基底材料多数是对可见光不透明的，采用在腔镜上开一小孔输入调腔光方法是最简便的。本文用Ｆｏｘ－Ｌｉ迭代法计算了无开孔及有开孔时正支非稳共焦腔空腔的模式，结果表明当调腔光开孔直径小于３ｍｍ时，对光束质量基本没有影响。     

光纤放大器增益饱和对有源光纤环形腔滤波特性的影响

从理论和实验两个方面研究了有源光纤环形腔滤波器输入光功率对光纤放大器增益的影响及由此引起的对有源光纤环形腔滤波特性的影响。在考虑上述影响的情况下 ,对有源光纤环形腔滤波器参数的优化作了讨论     

折叠式角锥棱镜谐振腔的偏振特性理论与实验研究

建立了角锥棱镜的偏振模型,分析了角锥棱镜对入射线偏振光的偏振态的影响,分析表明角锥棱镜的单个入射区域存在特殊的偏振方向,该方向的线偏振光被角锥棱镜反射后仍然是线偏振光。利用角锥棱镜的该特性设计了腔内存在线偏振光振荡的角锥棱镜激光谐振腔,能够使用电光开关调Q,在振动环境中具有较好的抗失调稳定性。研制了激光器样机并进行了实验,在重复频率为10 Hz时,输出激光单脉冲能量大于300 mJ,光束质量因子β值在2左右,实验结果也表明角锥棱镜的棱和顶点并不影响输出激光的光束质量。     

Design of ring resonator based all optical switch for logic and arithmetic operations – A theoretical study

In this paper, a general analysis for non-linear micro-ring resonator as all optical switch is discussed in a vertically coupled GaAs–AlGaAs micro-ring resonator by carrier injection. The ring resonator is optically pumped, which results in temporal shift of resonant wavelength by refractive index change due to carrier injection. A green laser as optical pump beam is used to shift resonant wavelength 1.5 nm of the ring resonator. Simulation, analysis and overall transfer function of single ring as well as cascaded micro-ring resonator (MRR) is studied. A single circuit, consisting of three MRRs, capable to perform all the two input sixteen logic operations is studied and reported. The same circuit can also act as half adder/subtractor and single bit data comparator.     

High birefringence fiber ring resonator with an inline reflector for single-frequency fiber lasers

A high birefringence fiber (HBF) ring resonator with an inline weak reflector is newly proposed to generate narrowband reflection peaks. When a linear polarizer is located at the input port, effective free spectral range (FSR) of the reflected linearly polarized light is dramatically enhanced in single physical ring setup due to the intrinsic vernier effect between the traveling orthogonally polarized lights along the fast and slow axes of the HBF. What’s more, the side reflectivity suppression ratio can reach 6 dB. To sum up, these special properties facilitate its application in single-frequency fiber lasers.     

大口径薄片激光器失调输出特性

对大口径的薄片激光器的失调输出特性进行了理论和实验研究,V-型腔由平面输出耦合镜和凹面反射镜及孔径光阑组成。基于矩阵光学和失调衍射积分方程得到了激光器的功率失调曲线。实验测量了在200 Hz泵浦频率下加入不同孔径光阑后谐振腔失调对输出功率的影响和谐振腔失调对光束质量的影响,以及在300 Hz泵浦频率下输出功率分别与平面输出耦合镜和凹面反射镜失调的关系。实验结果表明:失调输出功率和失调角度成二次函数关系,失调容限和腔镜口径成正比,光束质量因子随失调角度的增大而变小。