介质/金属结构太赫兹空芯光纤的传输特性

理论分析了金属、介质/金属结构空芯光纤在THz波段的模式结构和传输特性.金属空芯光纤支持TE11模式,介质/金属空芯光纤的介质膜厚在取最优值时支持HE11模式.对于波长为200μm的太赫兹波,内径为1 mm的两种空芯光纤,TE11和HE11模式的损耗分别为8.4 dB/m和2 dB/m.为优化介质/金属结构宅芯光纤的传输性能,分析了金属和介质材料的光学常数对衰减系数的影响.基于几种已发表的金属在太赫兹波段的光学常数,计算结果表明铝是最好的选择;初步测量结果显示,在各种树脂材料中聚乙烯在THz波段吸收较小,并且其折射率接近介质膜的最优值1.41,为太赫兹波空芯光纤中介质膜材料的理想选择.     

1.5μm Ti:LiNbO_3光波导TE_0模偏振器

在1.523μm波长He-Ne激光,对于Z切Ti扩散LiNbO_3光波导及其带有金属包覆/介质缓冲层的偏振器结构,理论上计算了单模波导的工艺参数和基模的吸收损耗系数.文中用TM_0模的共振吸收效应,在1.5μm波长首次研制成Ti:LiNbO_3光波导TE_0模偏振器.当器件长度为2mm和9mm时,其消光比分别为20dB和25dB.     

2μm波段双波长间隔可调谐光纤激光器

提出并实验研究了一种2μm波段全光纤间隔可调双波长光纤激光器.该激光器采用传统的环形腔设计,以最大输出功率33dBm的1 565nm光纤激光器为泵浦源,4m单模掺铥光纤为增益介质,腔内为嵌入多模干涉滤波器的Sagnac环的复合滤波结构.该复合滤波器可实现间隔可调谐,高边模抑制比的双波长激光信号输出.通过泵浦功率的控制和对复合滤波器中偏振控制器的调节,实现双波长3nm到80nm间隔可调的激光输出,边模抑制比为60dB,线宽为0.2nm,功率稳定度为±1.5dB/h,双峰能量差小于4dB.     

亚纳秒脉冲传输线损耗分析

 脉冲传输线的介质材料选择和参数设计对传输线的损耗具有至关重要的影响，根据分布参数理论和电磁场微波理论，给出环氧玻璃纤维FR-4和聚四氟乙烯F₄B两种材料的损耗计算公式，在微带特性阻抗为50Ω，工作频率为10GHz时，FR-4和F₄B的介质衰减系数分别为0.095 dB/cm和0.0023dB/cm；当微带厚度为18μm，介质材料厚度为0.25mm时，FR-4和F₄B的导体衰减系数分别为0.0499dB/cm和0.0357dB/cm。数值计算和仿真结果表明，F₄B材料传输线的介质损耗和导体损耗相对较低，是一种较好的介质材料，选择合适的介质材料厚度可保证损耗较低且电路体积不至于过大。     

极大倾角光纤光栅悬臂梁振动传感器性能优化

提出一种利用极大倾角光纤光栅(Ex-TFG)谐振峰的3 dB点进行悬臂梁低频振动检测的优化方法。对Ex-TFG的轴向应变和弯曲应变特性进行理论分析和实验验证;对基于光强调制的Ex-TFG振动传感的光谱响应特性进行理论分析,采用Ex-TFG谐振峰的3 dB点对振动进行实验研究。实验结果表明:1)Ex-TFG在轴向应变和弯曲应变条件下,其谐振波长均发生蓝移,横电(TE)模和横磁(TM)模的轴向应变灵敏度分别为-2.8 pm/με和-1.8 pm/με,透射强度基本不变,在0～0.4 m~(-1)的曲率范围内基于光强变化的弯曲应变灵敏度分别为2.6 dB/m~(-1)和1.2 dB/m~(-1),基于波长漂移的弯曲应变灵敏度分别为-3.34 nm/m~(-1)和-2.53 nm/m~(-1);2)在低频振动的检测中,Ex-TFG的TE模和TM模的谐振峰3 dB点的振动加速度灵敏度分别为113.54 mV/g和100.93 mV/g,比谐振峰的峰值波长点(100%点)的振动加速度灵敏度高2倍多,且信噪比(SNR)高约10 dB。此外,SNR随悬臂梁厚度的增大而增大;3)在相同条件下,TE模具有比TM模更高的振动响应灵敏度,但TM模比TE模具有更好的输出稳定性。     

内窥镜的红外激光传输用柔性空芯光纤的研制

通过理论计算确立了多功能介质-金属结构空芯光纤的结构参量,优化了液相镀膜法的有关条件,明确了具体制作参量。制作了以聚碳酸酯毛细管为基管的,高柔韧性的,可同时低损耗传输红外目标波长激光和可见导航光红外的空芯光纤。对光纤传输性能进行了测试。在2.94μm波长的Er∶YAG和0.63μm波长的红色半导体激光器的直线损耗分别为0.4 dB/m和3 dB/m。组装在医疗内窥镜中的柔性空芯光纤,在先端以0.9 cm半径135°角弯曲时,对Er∶YAG激光仍有近70%的传输效率;绿色导航光在内窥镜中的的损耗值为11 dB,绿色指示点在内窥镜的视窗中清晰可见。结果表明此种光纤在内窥镜的激光传输方面有重要的应用价值。     

介质镀膜空芯光纤在THz频段的传输特性

 理论分析了介质镀膜空芯光纤在THz频段的传输特性，得出了该光纤的特征方程及模式分布。利用射线光学原理计算了介质膜材料为聚酰亚胺、介质膜厚度为0.05 mm的光纤的衰减常数随介质膜内直径的变化情况。得出其主模在THz频段的衰减常数小于1 dB/m，该值远小于相同内径的金属圆波导在这一频段的衰减常数。模拟计算了介质膜厚度为0.05 mm、内径为1 mm，金属膜内径为1.05 mm的介质镀膜空芯光纤在0~1 THz的S参数，模拟结果显示该光纤在THz频段有很宽的通带，且在通带内衰减常数小于0.5 dB/m，可用于THz频段电磁波远距离传输。     

利用光敏光纤制作少模光纤布喇格光栅

利用相位掩模技术在光敏光纤中制作出了少模光纤布喇格光栅,1.06μm波长附近有2~3个特征峰,峰值约4~5 dB.对这种光纤光栅的特性进行了分析,结果表明理论与实验结果符合得较好,并对光纤光栅的温度特性进行了实验研究和理论分析,实验结果测得光纤光栅的温度敏感度为9~10 pm/℃.     

Additional acoustic attenuation of coastal turbid water—Measurements compared with predictions using particle size distributions techniques

Based on reverberation method,the viscous absorptions of 0.2-2.0kg/m~3 sediment and glass bead turbid seawater were measured.It is shown that the measurement results were more consistent with the prediction results using particle size distributions techniques instead of using average particle radius techniques.By comparison of the prediction results using particle size distributions techniques with that using average particle radius techniques,it was observed that the discrepancy is 2.3-2.6 dB every 100 meters for 1.0 kg/m~3 of sediment turbid seawater within the scope of experimental frequency.It was suggested that the particle size distributions should be considered in the predictions of viscous absorption in coastal turbid waters.     

亚波长金属线栅的设计、制备及偏振成像实验研究

针对红外偏振成像系统,运用等效介质理论,在氟化钙基底上设计了周期为200 nm,深度为100 nm的金属铝栅.模拟计算结果表明,设计的金属铝栅在中红外(3—5 μm)和远红外(8—12 μm)双波段范围内,以及±20°的视场范围内能够提供大于35dB的消光比.利用电子束曝光、反应离子束刻蚀、等离子去胶等工艺完成了金属铝栅的制作.将金属铝栅放在中波红外热像仪前,得到了目标轮廓清晰的偏振图像. 关键词： 亚波长衍射光栅 偏振成像 等效介质理论     

基于Bi3+Ga3+Al3+共掺高掺铒光纤的短线腔激光器

短线腔掺铒光纤激光器由环形器(OC)、自制的Bi3+Ga3+Al3+共掺高浓度掺铒光纤(BiGaAl-EDF)、均匀光纤布拉格光栅(UFBG)和波分复用器(WDM)组成.以OC作为全反射腔镜,UFBG为波长选择性部分反射腔镜,利用1 530 nm处吸收系数为84.253 dB/m的BiGaAl-EDF为增益介质,室温下...     

Experimental and numerical investigation of mid-infrared laser in Pr~(3+)-doped chalcogenide fiber

We report on a chalcogenide glass fiber doped with Pr~(3+) that can be used for commercialized 1.5-μm and 2-μm laser excitations by emitting broadband 3 μm–5.5 μm fluorescence, which is extruded into a preform and then drawn into a step-index fiber. The spectroscopic properties of the fiber and glass are reported, and the mid-infrared fiber lasers are also numerically investigated. Cascade lasing is employed to increase the inversion population of the upper laser level. The particle swarm approach is applied to optimize the fiber laser parameters. The output power can reach 1.28 W at 4.89-μm wavelength, with a pump power of 5 W, excitation wavelength at 2.04 μm, Pr~(3+) ion concentration at 4.22 × 10~(25) ions/m~3,fiber length at 0.94 m, and fiber background loss at 3 dB/m.     

不同沉积层的纳米波导谐振腔特性测试

为确定硅基片上系统半导体光电器件集成中绝缘层材料对器件整体性能的影响,设计并制备了带有覆层的纳米波导谐振腔.谐振透射谱功率测试表明顶层覆盖Si_3N_4薄膜和SiO_2薄膜绝缘层没有削弱环形谐振腔的品质因素,沉积后的最佳耦合间距为70~110 nm.覆层为SiO_2时谐振点波长附近的谐振峰消光比达16.5 dB,3 dB带宽为0.12 nm;覆层为Si_3N_4时谐振点波长附近的谐振峰消光比达13.9 dB,3 dB带宽为0.18 nm.该研究为片上系统集成设计中最佳绝缘层材料的选择提供参考.     

基于增强瑞利反馈的单模窄线宽随机激光器

仿真说明了单模光纤(SMF)中瑞利散射(RS)的机理, 指出纤芯掺杂的不均匀性以及拉丝过程引起的光纤几何尺寸的随机变化是光纤中RS产生的主要原因, 并以此为基础制作了损耗为0.54 dB/km的散射光纤. 在通信波段, 5 km该散射光纤的瑞利背向散射(RBS)强度高于相同长度的SMF-28近5 dB. 在基于RBS单模随机激光器的数值模拟中, 大量的具有随机幅度和相位的纵模在经历不平坦增益的多次放大之后, 只有在增益最大点附近的模式能够克服损耗成为输出模式. 实验中以掺铒光纤作为增益介质, 500 m散射光纤提供随机反馈, 窄带布拉格光纤光栅(FBG)作为波长选择器件, 得到线宽约3.5 kHz、对比度近50 dB的单模激光输出. 与采用相同长度SMF-28的随机激光器相比, 其阈值电流降低了80 mA, 相同抽运条件下的最大输出功率提高了3 dBm. 该单模窄线宽随机激光器的输出波长的调谐特性仅由FBG的中心波长决定.     

8-信道MMI阵列波导光栅复用/解复用器的研制

本文首先详细分析了基于自镜象效应的MMIDMUX器件的基本工作原理,在此基础上,在GaAs/GaAlAs系材料上完成了对8信道MMIDMUX的具体设计.该器件的输入、输出单模波导和SIE多模波导采用离散谱折射率法进行优化设计,最后获得了当输入、输出单模波导宽度为3μm、SIE多模波导宽度和长度分别为40μm和1731.45μm时,该器件对8信道波长的隔离度为～26dB,理论传输损耗为～0.24dB.     

光纤法布里-珀罗复合结构折射率传感器的灵敏度分析

理论上推导了光纤法布里-珀罗复合结构传感器的反射光谱条纹对比度与外界介质折射率的关系,并分析了实验参数对传感器灵敏度的影响.利用化学腐蚀渐变折射率多模光纤制作了光纤法布里-珀罗复合结构折射率传感器,空气中的条纹对比度可达30 dB以上,折射率测量的灵敏度达45 dB/RIU(refraction index unit,简RIU)以上.实验结果与理论符合很好.通过理论和实验分析,提出了进一步提高传感器灵敏度的方法. 关键词： 光纤传感器 法布里-珀罗复合结构 折射率测量 灵敏度     

基于石墨烯的高效复合波导调制器研究

提出了一种基于石墨烯的复合波导调制器,用严格的三维数值仿真结果展示了该调制器的工作状态。利用调制器狭缝中的表面等离激元对电磁波的强约束,增强了光与石墨烯间的相互作用,提高了调制器的调制性能,调制效率可达0.197dB·μm~(-1)。在调制器长度为15μm时,可实现调制深度为3dB的开关键控效应,此时的插入损耗为0.4dB,调制带宽可达1.85GHz。设计了与输入波导相连接的耦合器,在耦合器总长度仅为1μm的条件下,实现了86.6%的耦合效率。     

部分负曲率太赫兹空芯波导研究

提出了一种新型部分负曲率反谐振空芯太赫兹波导,波导包层包括两部分,一部分由介质圆管组成,为纤芯提供部分负曲率边界;另一部分由多个矩形介质层组成,多介质层可用来降低限制损耗.此波导结构在增加反谐振层的同时不引入新的包层节点,易于实现太赫兹波的宽带低损耗传输.采用全矢量有限元法对波导进行了数值仿真,研究了其宽带低损耗特性.基于此,利用3D打印技术制备了所设计波导,使用太赫兹时域光谱系统对其传输特性进行测试.实验结果表明,该负曲率太赫兹波导在0.29～0.42THz的传输损耗低于10dB/m,与数值仿真结果吻合较好.     

新型高掺Tm3+石英光纤制备及2.0μm激光性能研究

稀土掺杂石英光纤具有物化性能稳定、机械强度高、易于系统集成等优点，是目前光纤激光器最核心的增益介质，但其稀土掺杂浓度一般较低(<2%)。利用溶胶凝胶法和高温烧结工艺制备了Tm³⁺掺杂浓度为8.29×10²⁰ cm^-3的高硅氧玻璃，并表征了其光谱性能。采用溶胶镀膜和二次熔融拉锥方法制备了芯径约为4μm、外径为125μm的石英光纤，其可与商用无源光纤进行熔接。利用全光纤化线性腔结构，以制备的不同长度掺Tm³⁺石英光纤作为增益介质，均可实现1947 nm激光输出，光信噪比约为70 dB；当光纤长度为4.6 cm时，斜率效率高达14.1%；同时搭建了掺铥光纤放大器，测得光纤小信号净增益系数为0.48 dB/cm。研究结果表明，该新型光纤制备方法可为高浓度掺铥石英光纤提供新途径，有望推动其在2.0μm单频及高重频锁模光纤激光器中的应用。     

机械排烟量对防护工程走廊烟气扩散的影响

为了分析防护工程机械排烟量大小对走廊烟气扩散影响,利用火灾模拟软件FDS对防护工程"单室-走廊"模型火灾时顶棚排烟口状态及不同排烟量的排烟效果进行了模拟,分析不同工况下走廊内不同区域的烟气温度、能见度及二氧化碳浓度.结果表明:由于走廊两端向火区"补风",开启排烟口会降低火源附近排烟效果,在其他区域则能有效提高排烟效果;火灾前期,不同排烟量的排烟效果没有太大差别,火灾后期,排烟量为1800 m~3/h与2700m~3/h对走廊中段的排烟效果几乎一致,继续增大排烟址,能有效提高排烟效果。但在疏散出口处,排烟量为1800 m~3/h时,排烟效果最好,考虑人员逃生安全和经济效益,本模型中单个排烟口最优排烟量确定为1800 m~3/h。