工作波段覆盖近紫外到近红外波的消偏振分色片的设计与研制

介绍了宽波段成像光谱仪系统中一种工作波段为0.35~1.7μm的消偏振分色片的设计与研制。根据成像光谱仪的工作特点,利用分色片将近紫外、可见波段和近红外波段光谱进行高效分离,分别进入各自焦面,并被不同探测器接收。选择两种光学薄膜材料,利用四个反射堆实现了近紫外到可见光波段的高效反射;通过调整反射堆的次序,解决了近紫外波段材料吸收造成的偏振灵敏度高的难题;通过非规整膜层的匹配平滑了透射波段的光谱。分色片反射波段和透射波段的光学效率分别达到了97%和91%以上,反射波段的偏振灵敏度控制在1.5%以内。     

双通道曲面棱镜高光谱成像系统设计

为满足航空航天载荷宽谱段、小型化的探测需求,提出一种双通道曲面棱镜高光谱成像系统的设计方法,实现单台光谱成像仪可同时覆盖可见光和短波红外两个波段。可见光和短波红外两个通道共用一个离轴三反前置成像系统和部分光谱系统,通过在像面前放置的分色片进行分光,使得可见光由分色片全部反射,短波红外由分色片全部透射,反射光和透射光分别被不同的探测器接收。根据此方法设计了谱段范围为420～2500nm的双通道光谱成像系统。结果表明,该系统结构简单,光学成像性能良好,光学总长度小于350mm。与传统的宽谱段光谱成像方法相比,该方法可以满足系统的小型化和低成本需求,适用于航空航天遥感应用。     

红外短波/长波分色片的研究

短波红外/长波红外分色片在红外双波段成像光学系统中起着重要的作用。分析了分色片基板和薄膜材料的选择。选定硒化锌为基板,采用Ge,ZnSe和YbF3作为薄膜材料进行了优化设计,并对沉积温度和蒸发速率等工艺条件进行了优化,用电子束蒸发方法制备了该分色片,其反射率和透射率都达到了93%以上,已成功应用于实际光学系统中。     

共口径中波/短波偏振红外成像光学系统

对中波/短波偏振红外成像光学系统进行了研究,设计了一个新颖的共口径中波/短波偏振红外成像光学系统.该光学系统由全反射式无焦光学系统、分束镜、二级镘远系统、偏振组件和红外物镜系统组成,为了约束主反射镜、双面反射镜、分束镜和偏振片的H径,创造性地采用了_三次成像光学系统.光波经无焦光学系统后被分束镜分成中波红外波段(3～5 gm)和短波红外波段(1～2.5弘m).然后分别经两个物镜系统会聚到两个探测器上.实现了双波段共1:3径成像.给出了光学系统的设计结果.像质良好,满足整机使用要求.     

基于PSIM机载大视场宽谱段偏振光谱成像系统光学设计

为满足偏振光谱成像探测中对于大视场、宽谱段技术要求,设计了一种基于偏振强度调制技术(PSIM)的宽谱段大视场偏振光谱成像仪。针对前置望远镜组,文中对现有国内玻璃材料消色差分析,优选了可见至短波红外的复消色差玻璃,通过控制镜组中PSIM模块光线角度,实现大视场内在PSIM模块上的入射角度需求。结合分析结果,采用光学设计软件优化设计。设计结果表明,前置望远系统能够实现波段为400～1 700 nm,视场角为72°,焦距为20 mm, F数为4的高质量成像,全谱段内探测器截止频率处传递函数优于0.4, PSIM模块上最大入射角度为±4.99°,有效保证了各视场内偏振调制的一致性。后置光谱分光系统采用基于Offner结构的凸面光栅,优化结果显示各波段点列图均小于一个像元,在探测器奈奎斯特频率处中心波长的MTF达到0.6,各项指标均满足设计要求。本文对于基于PSIM宽谱段偏振光谱成像仪器的工程化具有很重要的现实意义,对宽谱段光学系统消色差设计也具有一定指导意义。     

用于空间激光通信系统的近红外分色片设计与研制

介绍了一种1530nm透射、1560nm反射和45°工作列近红外分色片的设计与制备方法。选择Ta2O5和SiO2两种光学薄膜材料,采用多谐振腔法布里-珀罗(F-P)窄带滤光片结构作为初始膜系,并选择4H作为谐振腔的间隔层进行消偏振设计,实现分色片透、反射过渡区域的压缩。采用电子束蒸发加离子辅助沉积技术,并应用光学极值法监控各膜层厚度,实现分色片多层膜的制备。利用分光光度计对分色片的光谱进行了分析测试,结果表明研制出的分色片在工作波长的光学能量传递效率高于92%,适用于空间激光通信系统中不同波长信号的分离与高效传递。     

可见／红外光谱区烟尘浓度测量问题的研究

在透射法烟尘浓度测量中,采用非独立模式算法分别在可见、红外、可见/红外三个光谱区计算了烟尘浓度.通过对三个光谱区烟尘浓度反演结果的准确度,线性度以及灵敏度进行分析比较,确定了透射法烟尘浓度测量的最佳光谱区为可见/红外区.同时模拟了不同粒径分布,不同体积浓度的水滴分散系对烟尘浓度测量结果的影响.仿真计算结果表明,在可见/红外光谱区,烟尘浓度的反演结果与真值基本吻合.采用限定的消光比方法能够最大限度地克服水滴的影响,使测量的精度和可靠性明显提高.对测量的消光值加入2%随机噪声时,烟尘浓度的反演仍能得到满意的结果.     

反射式旋转对称光学系统中的偏振像差分析

为了控制反射式旋转对称光学系统中的偏振效应,对该类系统中的偏振像差进行了分析。在偏振像差理论的基础上,通过偏振光线追迹的方法,导出反射式旋转对称光学系统的偏振像差的计算公式,提出了反射界面产生的偏振像差的影响因子,对影响其偏振像差的因素进行了分析。实例分析结果表明,对于具有宽光谱、大入射角、大视场等特点的反射式旋转对称光学系统,要想提高其光学系统的性能,必须控制光学系统的偏振像差。提出尽可能减小入射角的大小,并通过薄膜设计减小偏振分离来降低系统中的偏振效应,是控制反射式旋转对称光学系统中的偏振像差的有效措施。     

γ-LiAlO2上a面ZnO薄膜的光谱特性研究

利用激光脉冲沉积(PLD)技术在(302)γ-LiAlO₂衬底上成功生长了非极性的a面(1120)ZnO薄膜,光致发光谱(PL)带边发射峰半峰宽仅为115meV.研究了非极性ZnO薄膜光谱特性的面内各向异性,发现随着入射光偏振方向改变,在偏振透射光谱上,吸收边移动了20meV,这与A、B激子和C激子的能量差一致;而在拉曼光谱上,激发光偏振方向的改变导致E₂模式的强度发生明显改变. 关键词： 非极性ZnO 2')" href="#">γ-LiAlO₂ PLD     

声光可调谐滤波器成像光谱仪光学系统设计

为了获得工作谱段范围在400～900 nm声光可调谐滤波器(AOTF)的成像光谱仪系统的二维空间信息、一维光谱及偏振信息,设计了一种应用于AOTF成像光谱仪的光学系统。介绍了AOTF的工作原理,根据AOTF光谱成像仪总体方案,对光学系统的物镜、准直镜及成像镜进行了合理的光学参数分配。设计中采用CODE-V光学设计软件模拟AOTF的多级衍射,在晶体中心即孔径光阑共轭的位置处设置了一块透射式光栅来模拟晶体的偏转,成像镜同时收集由AOTF产生的正交偏振的正、负一级衍射图像,整个系统采用了3种光学玻璃,最终完成了一个设计质量在32 lp/mm的空间频率下,调制传递函数(MTF)均值为0.75的光学系统。     

利用等效层的消偏振宽带减反膜设计

分析了倾斜入射条件下导致光学薄膜产生偏振的原因,针对不同偏振态的等效导纳与等效相位进行了分析,并计算了对称膜层在45°入射条件下不同偏振态的等效折射率与等效相位厚度,采用等效层方法设计了光学性能良好的600～900 nm波段消偏振宽带减反膜。最后利用电子束蒸发技术制备了薄膜样品,样品的光谱性能完全能够满足使用要求。其中在600～900 nm波段范围内,平均反射率均小于1．38%,反射率的偏振度均低于0．89%。另外,通过对其理论及实验光学性能、角度敏感性、膜层厚度误差敏感性等方面的分析结果可知,对称膜层组合法是设计消除倾斜入射下宽带减反膜偏振效应的一种行之有效的方法。     

Acousto-Optics Tunable Filter Based on a Hollow Optical Fiber for Broadband Polarization Switch Application

A novel acousto-optic tunable filter (AOTF) using a hollow optical fiber (HOF) is proposed. Its broadband rejection over 100nm was observed and high polarization dependence as a polarization switch is discussed.     

Design of a polarization splitter for an ultra-broadband dual-core photonic crystal fiber

A novel ultra-broadband polarization splitter based on a dual-core photonic crystal fiber (DC-PCF) is designed. The full-vector finite element method and coupled-mode theory are employed to investigate the characteristics of the polarization splitter. According to the numerical results, a graphene-filled layer not only broadens the working bandwidth but also reduces the size of the polarization splitter. Furthermore, the fluorine-doped region and the germanium-doped region can broaden the bandwidth. Also, the 4.78 mm long polarization splitter can achieve an extinction ratio of -98.6 dB at a wavelength of 1550 nm. When extinction ratio is less than -20 dB, the range of the wavelength is 1027 nm-1723 nm with a bandwidth of 696 nm. Overall, the polarization splitter can be applied to all-optical network communication systems in the infrared and near-infrared wavelength range.     

多通道扫描型红外光纤气体测量系统研究

提出了一种将声光可调滤光器技术应用于气体浓度测量的红外光谱系统。该系统以氙灯作为光源,TeO2晶体作为声光介质的色散元件,InGaAs光电二极管阵列作为多通道检测器,利用光纤探测和传输光信号,由计算机处理数据和显示结果。通过声光调制将宽带光变为单色光,通过超声射频的变化实现光谱扫描,可对不同气体进行快速测量,无机械调谐机构,结构简单。通过对甲烷气体的实验表明,该系统的有效光谱测量范围为900~1900nm,光谱分辨率为60nm,可用于对有害气体的在线检测。     

谐振腔侧边1×5介质柱调谐光子晶体滤波器

在正方格二维光子晶体结构中设计了基于可调谐谐振腔的带通滤波器,通过改变1×5谐振腔侧边调谐介质柱位置调节谐振腔与波导系统工作时传输的波段,用CMT理论分析了输入端耦合衰减率及输入端失谐因子对滤波器的影响。借助FDTD方法得到了滤波器波长传输谱,结果表明:当滤波器结构工作于1320~1810 nm波长段时,输出端38个通帯的-3 dB带宽Δλ范围为4.18~11.15 nm,通带峰值波长可调宽度为186.56 nm。该微型滤波器适于光电通信粗波分解复用WDDM系统设计和光集成设计等方面。     

声光可调谐滤波器(AOTF)消色散设计

介绍了非共线声光可调谐滤波器的构成及基本原理,计算了非共线声光可调谐滤波器衍射出的±1级衍射偏振光的偏转角,采用在光路中添加光楔的方法补偿非共线声光可调谐滤波器晶体色散引起的图像漂移.分析结果表明使用TeO_2材料设计的光楔在楔角为7.6°的时候可以控制图像漂移在一个像元以内,并在400～900 nm的工作波段范围内满足稳定成像的要求.     

矩形波宽带通滤光膜研究

对矩形波宽带通滤光片进行了深入研究,提出了一种设计、制备矩形波宽带通滤光片的方法。使用该方法设计并制备了400 nm～1 100 nm波段,中心波长λ₀=515 nm,透射带λ=λ₀±25 nm,透射带平均透射率■≥92%,截止带λ=400 nm～475 nm、λ=555 nm～1 100 nm,截止带透射率小于0.1%的矩形波宽带通OD3-A滤光片。对样片光谱进行了测试,结果满足需求。该方法设计、制备矩形波宽带通滤光片克服了F-P型窄带滤光膜监控精度要求高、通带宽带窄、成本高以及传统长、短波截止膜组合方式膜层总厚度过大、通带透过率低、波形矩形度差的缺点。     

Acousto-optic filter of nonpolarized electromagnetic radiation

An acousto-optic tunable filter that is insensitive to the polarization of incident light is studied both theoretically and experimentally. The fundamental possibility of designing an acousto-optic filter of nonpolarized light is demonstrated. The filter operates in the visible range of electromagnetic waves with λ=480–750 nm and provides a high spatial and temporal resolution. The number of resolvable spots of the filtered image reaches a value of 400×400 with the spectral bandwidth of the device being Δλ=1.7 nm. The results of the processing of optical images formed by arbitrarily polarized light beams are discussed. An acousto-optic filter based on a TeO₂ crystal can be used in optics and spectroscopy in the processing of light beams with an arbitrary polarization, as well as in analyzing optical images formed by light beams whose polarization varies with time.     

Efficient broadband silicon-on-insulator grating coupler with low backreflection

We design and fabricate an efficient broadband grating coupler on a 400 nm thick silicon-on-insulator wafer. The measured coupling loss is 3 dB when coupling to a single-mode fiber at 1310 nm wavelength with TE polarization. The spectral FWHM and backreflection are determined to be 58 nm and -27 dB, respectively.     

A liquid lens-based broadband variable fiber optical attenuator

To the best of our knowledge, proposed is the first variable fiber optical attenuator (VFOA) using an electronically controlled variable focus liquid lens. The approach uses the changes in the radius of curvature of the liquid lens edge to enable an electronically controlled optical wedge that produces a varying beam tilt angle. In effect, changing beam tilt within a single mode fiber (SMF) lens free space coupling assembly leads to a polarization independent broadband VFOA design. The demonstrated VFOA experiment shows broadband operation over the 1530-1560 nm C-Band with a 40 dB dynamic range, <0.5 dB resolution, 0.3 dB polarization dependant loss, 4.3 dB fiber-to-fiber optical loss, 3 dB optical bandwidth from 1510 nm to 1700 nm, and switching time of <100 ms. Applications for this VFOA include use in hand held test and measurement equipment.