基于色散调制的硒化砷条型波导的超连续谱产生

研究了基于色散调制硒化砷条型波导超连续谱的产生,通过调整波导结构参数,使零色散点转移到通信波长附近,在1.55μm波长处获得反常色散。波导长度为10 mm,波导横截面面积为500 nm×800nm,获得1.55μm波长处的非线性系数为48.754W^-1·m^-1。利用脉宽为579fs、重复频率为50 MHz、峰值功率为70 W的光纤激光脉冲在波导中产生了带宽600 nm的超连续谱。研究结果提供了一种使用常见激光泵浦平面波导实现集成片上超连续光源的途径。     

1310 nm高功率超辐射发光二极管的制备及性能研究

为优化1310 nm超辐射发光二极管输出性能,提高器件输出功率,针对J型波导结构的1310 nm超辐射发光二极管的波导结构参数及器件散热能力进行研究.结果表明波导刻蚀深度、弯曲角度和绝缘层厚度是影响器件实现高功率输出的重要因素.基于研究结果对超辐射发光二极管器件结构及工艺进行优化,制备出脊宽5μm、弯曲角度8°、刻蚀深...     

硫系As_2S_3悬吊芯光纤制备及其光谱性能研究

硫系玻璃材料具有极高的线性和非线性光学性能,在此基础上制备的悬吊芯结构的硫系光纤较之石英玻璃光纤或普通结构硫系玻璃光纤具备非线性更高、零色散点可调和红外透过光谱宽等特性,因此在红外波段的光谱展宽及化学生物传感等方面均具有非常重要的应用潜能。根据硫系玻璃悬吊芯光纤及超连续(SC)谱的研究发展,提出一种通过挤压高纯块状硫系玻璃制备理想结构的四孔硫系玻璃悬吊芯光纤的方法。该新型机械挤压法保证了玻璃性能稳定和光纤结构可调的特性。获得了低损耗(波长为3.8μm处的损耗仅为0.17 d B/m)的硫系悬吊芯光纤,此外分别测试了玻璃和光纤的相关光学性能。进一步讨论了As2S3玻璃样品的可见及红外透过性能及光纤的传输损耗谱、传输模式,利用中红外光参量放大激光光源(OPA)抽运光纤,获得了SC谱的产生,其展宽光谱在红外区域最宽可达3000 nm(1500~4500 nm),理论展宽可达6000 nm。     

飞秒脉冲在硅波导中产生超连续谱的研究

利用非线性薛定谔方程对飞秒脉冲在硅波导中的传输以及超连续谱的产生进行了研究,计算和分析了色散参量及非线性损耗在超连续谱的产生过程中的影响.结果表明,孤子分裂是飞秒脉冲在硅波导中产生超连续谱的主要机理.飞秒脉冲中心波长与波导零色散点的相对位置对超连续谱的产生有极大影响.当中心波长位于近零色散点的反常色散区时,孤子分裂现象最明显,谱宽远大于在零色散波长及正常色散处入射时的情况,并且达到稳定展宽所需波导长度最短.其次,高阶色散的大小也会影响光谱展宽,三阶色散绝对值较小时,能够获得较大的展宽.另外,由于双光子吸收效应带来大量损耗,限制了谱宽,并且随着初始脉冲功率的逐渐增大,展宽出现饱和现象. 关键词： 超连续谱 孤子分裂 色散 硅波导     

锥形半导体激光芯片的光刻工艺研究

针对锥形半导体激光器中的脊形波导区宽度较小的问题,对半导体激光芯片制造中的刻蚀标记及刻蚀方法进行了研究。提出对于锥形半导体刻蚀中的脊型区域和锥形区域,采用不同精度的双标记刻蚀方法,细化对脊形波导和锥形波导的刻蚀中的对准问题,并使光刻标在不同的光刻版上相错位排列,在相应光刻版中相互遮挡,反复刻蚀中保证相应的光刻标清晰、完整。刻蚀后的芯片在电流为7 A时获得了中心波长963nm、连续功率4.026 W、慢轴方向和快轴方向激光光束参数乘积分别为1.593 mm·mrad和0.668 mm·mrad的激光输出。     

硅基脊型波导器件过渡区损耗及偏振效应

在绝缘层上的硅材料上制作了四种具有不同输入输出结构的星形耦合器并进行了测试,对脊形波导与平板波导相互过渡时过渡区的损耗问题进行了研究和讨论,计算得到在所使用的材料参量下利用锥形结构可以得到1dB左右的最小损耗,这一损耗是由于脊型波导与平板波导间的模式失配造成的。以文献中的实验数据为出发点,分析了脊形波导的偏振问题,并通过对脊型波导器件层厚度、脊高、脊宽进行优化设计,得到了不同偏振模式的有效折射率差仅为10^-5量级的单模脊型波导结构,这样的偏振效应在器件设计中可以忽略。     

低零色散Ge-Ga-Se-CsI硫卤玻璃

从玻璃组分与玻璃光学折射率分布及零色散波长位置的影响机理出发,研究低色散卤化物对硫系玻璃的色散调控作用.制备了Ge-Ga-Se-CsI硫卤玻璃,利用差示扫描量热仪、红外椭偏仪、红外光谱仪等测试了该玻璃的物化性质,分析了原料和玻璃提纯工艺、CsI含量对玻璃形成以及透过范围的影响,并计算了该玻璃的材料色散.实验结果表明:该玻璃的透过范围可覆盖可见光至中远红外波段(0.55~18μm);该玻璃的材料零色散点随着CsI含量的增加明显蓝移,摩尔百分比为20%和40%的CsI含量可使该玻璃材料的零色散波长蓝移至3.5μm和1.5μm附近,且该玻璃的热稳定性较好,有利于低色散中红外光纤的制备和应用.结合玻璃提纯技术和高温聚合物保护拉丝光纤拉丝工艺,获得了最低损耗为8.2dB/m的单折射率硫卤玻璃光纤.     

聚合物填充的狭缝波导定向耦合器的数值分析(英文)

利用亥姆霍兹方程和有限差分法,给出一种用于分析聚合物SU-8填充的双狭缝波导定向耦合特性的数值方法,推导出双耦合狭缝波导模式特性的特征方程,并做了离散化和稀疏化处理,得到耦合波导的模式场分布和有效折射率.通过求解最高阶偶对称和最高阶奇对称模式的有效折射率,得到TE和TM偏振态下定向耦合器的耦合长度.数值分析结果表明,当耦合间距小于800nm时,耦合长度小于100μm.利用椭偏仪测得狭缝波导各层材料的光学参数随工作波长的色散关系,研究分析了双狭缝波导耦合长度和模式损耗的色散特性.分析显示,随着工作波长的增大,两种偏振模式下的耦合长度均减小,且TM模式下的耦合长度大于TE模式下的耦合长度,当工作波长为1 550nm时,二者分别为28.2和26.2μm(两狭缝波导间的耦合间距为0.5μm时).同时,模式损耗也随波长的增大而减小,且TE模式损耗大于TM模式损耗,当工作波长为1 550nm时,TE及TM模式的振幅衰减系数分别为5.65和3.16dB/cm.     

超宽带聚合物调制器的优化设计

设计了一种以聚合物作为材料的低损耗、宽带宽的Mach—Zehnder光波导调制器。分析了调制器的脊波导的模式特性,设计了脊波导的结构,并使用BPM软件模拟了脊形波导的光场分布;通过对光场分布的分析,优化了脊形波导的宽度Wg,脊高6,芯层高度H。同时对聚合物调制器的电极进行了优化,包括电极宽度W和电极间距D,使得调制器有较小的导体损耗以及较好的阻抗匹配。并结合了脊波导的结构参数和电极的优化参数,给出了优化结果,它能够使微波的有效折射率与光波的有效折射率达到匹配,从而使带宽达到177GHz,导体损耗为0．2569dB／cm·GHz1／2。     

超短光脉冲在双折射光子晶体光纤中产生超连续谱的偏振特性数值分析

采用矢量耦合非线性薛定谔方程描述了超短光脉冲在双折射光子晶体光纤中的传输过程,并利用分步傅里叶方法求解该方程。数值模拟了中心波长为1550nm的超短光脉冲在不同色散参量的双折射光子晶体光纤中超连续谱的产生及其偏振特性。分析了光纤在不同色散区时,高阶色散和非线性效应对超连续谱及其偏振态的影响。结果表明,当超短光脉冲波长位于近光纤零色散点的反常色散区时,比其在光纤正常色散区和远离光纤零色散点的反常色散区更容易产生宽且平坦的超连续谱,所得到的光谱显示出了复杂的偏振态特性。     

不同零色散点光子晶体光纤的超连续谱产生

本文实验研究了飞秒脉冲在不同零色散点光子晶体光纤中传输时产生超连续谱的现象。首先,我们通过非线性薛定谔方程理论计算了激光脉冲分别在正、负色散光子晶体光纤中传输时产生的超连续谱;计算结果表明在正色散光子晶体光纤产生的超连续谱远远大于在负色散中产生的超连续谱。其次,在实验上采用零色散点分别为800 nm、1 060 nm和2 000 nm的光子晶体光纤,将脉宽为130 fs,中心波长800 nm,脉冲重复频率为80 MHz的脉冲输入这些光纤中产生超连续谱并研究其特性,实验结果表明光子晶体光纤的零色散点越小,在其中产生的超连续谱越宽越平坦。同时产生的超连续谱也与激光脉冲的能量和中心波长相关。     

凹形色散分布光纤中超连续谱特性分析

比较了在不同色散分布的色散渐减光纤中超连续（SC）谱的产生。结果表明,当光纤的色散值关于中心波长对称、且随着传输距离增加,经由反常色散区过渡到正常色散区的、凹形色散分布的色散渐减光纤更有利于产生平坦、带宽的超连续谱。从频域的全场方程出发,模拟了脉冲在光纤中的传输情形,发现脉冲在凹形色散分布的光纤中传输时,不仅在反常色散区能更大程度被压缩,在正常色散区由于存在零色散波长点,还能更进一步展宽,从而得到更宽、更平坦的超连续谱。在谱强为-27dB时,谱宽可达到298nm,比相同情况下的凸形色散的光纤中超连续谱增宽97nm。结果显示,凹形色散分布的光纤比凸形色散分布的光纤在超连续谱的产生上有更明显的优势,可以得到更宽的超连续谱。     

铌酸锂薄膜器件脊形波导和光纤耦合特性研究

铌酸锂薄膜因其优异光学性能及容易与结构紧凑的光波导等器件相集成等诸多优势,目前已经成为可调谐Fabry-Perot滤波器、电光调制器等器件领域向集成化和微小型化趋势发展的首选光学材料。由于光波导和光纤的尺寸差异而引起了严重的模场失配使得光纤与光波导耦合时存在着较大的插入损耗问题。仿真分析了超高数值孔径光纤和脊形波导直接耦合时,其光场模式分布、折射率、耦合效率和耦合损耗等关键性能的相互影响。结果表明当刻蚀深度和宽度分别为300 nm和0.8μm时,铌酸锂脊型波导与单模光纤（UHNA7）的耦合效率可达33.8%,而耦合损耗为4.71 dB。仿真比较了上包层材料替换为二氧化硅和氮化硅材料时,脊型波导和单模光纤的耦合效率显著增加到63.4%而耦合损耗被降低到1.98 dB。     

基于铌酸锂薄膜波导的电光调谐光栅辅助定向耦合器研究

提出并实验研究了一种基于铌酸锂薄膜光波导的电光调谐的光栅辅助定向耦合器。该耦合器由单模与双模脊形波导及制作于双模波导侧壁的长周期光栅构成。长周期光栅的引入补偿了单模与双模波导中基模的相位失配,可在共振波长实现两波导中基模的高效耦合。进一步地,在双模脊形波导两侧制作调谐电极实现了高速、低驱动电压的电光调谐功能。优化了器件的制作工艺,并采用单次干法刻蚀将耦合器的光栅与波导同步制作于X切铌酸锂薄膜上。测试结果表明所制作的器件在1 595.3 nm波长处实现了14.8 dB的隔离度,其电光调谐效率为0.38 nm/V(1 595.3 nm～1 599.0 nm),热光调谐效率为0.14 nm/℃（25℃～50℃）。该器件可用于实现可调谐滤波、滤模、电光调制及高灵敏度温度传感等功能。     

基于光参量放大相位共轭特性的图像修复与增强

非线性光学相位共轭技术可将经过散射介质后产生畸变的光学波前进行修复.本文基于光参量放大(OPA)过程的光学相位共轭(OPC)特性,进行了光学相位共轭图像修复和增强的实验研究.基于大能量532 nm皮秒抽运激光和大口径非线性光学晶体KTiOPO_4(KTP)(Ⅱ类相位匹配),对经过牛奶乳浊液后已无法识别的1064 nm近红外光学图像,进行相位共轭修复,修复后的图像分辨率达12线/mm,此外,结合OPA过程的光学增益特性,实现了超过17 dB的光学图像增强,为现有三波混频光学相位共轭修复畸变所获图像增益的最大值.在此基础上,峰值信噪比较修复之前有160%的提升.考虑到光参量过程所具有的波长可调谐特性,在实际应用中,可根据需要,选择与生物组织的光学治疗窗口相匹配的成像波长,从而保证更长的穿透深度,提升生物组织成像和医学无损检测的效果.     

一种高双折射高非线性多零色散波长光子晶体光纤

设计了一种高双折射高非线性多零色散波长的全内反射光子晶体光纤,采用有限元法研究了这种光纤的有效模面积、非线性、色散和双折射特性.计算结果表明,通过设置合适的结构参数,该光纤可在波长1.55μm处获得2.54×10-2的双折射,也可在X,Y偏振方向分别获得50.22 W-1·km-1和54.61 W-1·km-1的高非线性系数.另外,该光纤在近红外波段出现了两个零色散波长,其中的一个零色散波长出现在1.55μm附近.本设计为获得高双折射高非线性多零色散波长的光子晶体光纤提供了一种新的结构,其在偏振控制、非线性光学、色散管理和超连续谱传输方面具有广泛的应用前景.     

置于超高真空环境且控温的超稳光学腔的腔线宽及零膨胀温度点测定

高精细度超稳光学法布里-珀罗腔可以提供高精度的频率标准和频率分辨能力,在光学频率原子钟和量子精密测量等领域发挥重要作用,将其控温至零膨胀温度点可进一步有效提高超稳光学腔共振频率的稳定度。实验中构建了一套由超低膨胀系数的微晶玻璃材料制作的球型平凹F-P腔,镀有1560.5 nm和637.2 nm双波长高反多层介质膜,放置于可以精确控温的超高真空系统中。利用射频调制边带法测量得到超稳光学腔的自由光谱区为3.145 GHz,腔线宽～100 kHz,得到超稳光学腔在设定波长的精细度可高达30 000以上。在此基础上通过倍频波导器件将1560.5 nm激光倍频至780.25 nm,利用超稳光学腔共振频率和铷原子饱和吸收谱的对比,获得超稳光学腔在不同温度下共振频率的精确数值,根据相对腔长变化测量超稳光学腔系统的热膨胀特性,拟合得到零膨胀温度为(10.688±0.115)℃。高精细度光学腔提供了稳定的频率基准,同时可有效压窄激光线宽,抑制相位噪声,是产生优质光源的重要工具。我们已将其优异的短期频率稳定性和极低的频率噪声应用于通过高稳定度的637.2 nm红光腔增强倍频实现高稳定度的318.6 nm窄...     

光子晶体光纤四波混频光谱中相位匹配特性的研究

与传统光纤不同,光子晶体光纤可以具有多个零色散波长,在四波混频光谱中,具有更丰富的相位匹配特性。目前很多文献报道了光子晶体光纤非线性光学特性的实验结果,但对其产生机理及光谱的变化规律缺乏详细的理论分析。为此对光纤中四波混频原理进行了分析,给出了高增益的相位匹配条件。利用多极法计算了光子晶体光纤的非线性系数及色散特性。对具有多个零色散波长光子晶体光纤的相位失配特性进行了分析,得到了相位匹配波长随泵浦波长及泵浦功率的变化规律。给出了相位匹配曲线,分析了不同色散曲线的相位匹配波长特点,两个零色散波长光子晶体光纤,在四波混频光谱中将激发出四个新的波长。实验得到了两个零色散波长光子晶体光纤的四波混频光谱,与理论分析一致,验证了相位匹配理论的可靠性。多个零色散波长光纤,能产生丰富的相位匹配曲线,会出现更多的四波混频波长,可以有效的控制光孤子及超短脉冲的四波混频及共振散射产生的光谱特性。为光子晶体光纤中基于四波混频的波长变换及超连续谱的研究提供了理论指导。     

有机聚合物非对称弯波导分析与优化

以缩短有机聚合物马赫-曾德尔(M-Z)电光调制器分支波导长度为目的,针对正弦弯非对称脊形波导进行研究,利用全矢量有限差分光束传输分析方法,系统地分析了不同参数下正弦弯非对称脊形波导的传输损耗,并得出优化的结构参数:脊宽w=4μm、分支高度h=11μm、脊形波导弯外侧芯层平板宽度s=2 μm,弯波导长度L=300μm.研...     

具有三个及四个零色散波长光子晶体光纤的仿真研究

利用多极法对光子晶体光纤的色散特性进行了模拟, 通过设计合适的结构参数, 得到了具有3个零色散波长的单模光纤.对中心纤芯有1个微小空气孔光子晶体光纤的色散特性进行了分析, 设计出了具有4个零色散波长的色散曲线.分析了零色散波长随光纤结构的变化规律, 这些零色散波长的位置和间距可以在很大波长范围内灵活调节. 具有多个零色散波长的光纤可以得到色散值极低的超平坦色散曲线. 多个零色散波长光纤能产生丰富的相位匹配曲线, 可以有效地控制光孤子及超短脉冲的四波混频及共振散射产生的光谱特性.