光波导-光纤耦合对接自动化系统的研究

开发设计了三种适用于光波导自动对接耦合的调芯方案：半值法、质心法、遗传法.完成了自动对接系统样机.通过了两类波导－光纤自动端面对接的实测.结果表明,该自动对接系统具有高效率低损耗对接的良好性能.     

波导阵列与光纤阵列的遗传算法自动对接

设计了一种新的阵列对接方法,即将遗传算法导入光纤、光波导分支耦合器、光纤阵列的自动对接。数值仿真结果表明,常规的八通道波导分支耦合器的对接耦合能实现各通道小于9.1dB的插入损耗,最大值与最小值之差小于0.1dB,即自动对接方案具有良好的性能。     

光纤／波导器件／光纤系统的损耗分析

测试分析光纤／波导器件／光纤系统的损耗，并介绍几种减小端面耦合损耗的对准方法。     

波导阵列与光纤阵列的智能算法自动对接

开发了一种遗传算法和中心寻优算法相结合的阵列自动对接方法,试制了调芯系统,实现了光纤-光波导1×8分支耦合器-光纤阵列系统的自动对接.实验中8个通道的插入损耗平均值为-10.5 dB,均匀性小于0.5 dB,自动调芯时间小于10 min.实验结果表明该方法及其系统具有实现自动高效、低损耗对接的良好性能.     

光纤—光波导耦合膜层的研究

本文研究了铌酸锂单晶片与石英系光纤之间的耦合问题,以使集成光学器件逐步实用化。石英光纤的折射率在1.45左右,铌酸锂单晶折射率在2.2左右,为改善其间的耦合,我们采用电子迴旋共振微波等离子体化学气相沉积方法,在铌酸锂基片上制备出折射率n为1.78的氮氧化硅膜,并控制其厚度为λ_g/4(λ_g=1.52μm),已使反射率下降73%,可望进一步改善。     

用于波导阵列——光纤阵列自动对接的多目标演化算法的研究

开发设计了一种新的列阵自动对接方法,该方法将多目标演化法导入光纤—光波导列阵—光纤列阵的自动对接,并行操作次数较常规遗传法大幅减少.数值仿真表明,对于模场非对称因子为0.4%的单模波导列阵与光纤列阵的双芯对接,能实现0.04 dB的平均端面耦合损耗.用于1×8波导分支耦合器与通道间距误差在0.35 μm以内的光纤列阵对接,自动耦合仿真达到了小于0.1 dB的平均端面耦合损耗,最大值与最小值的差小于0.06 dB.     

扩芯光纤原理及其在光器件耦合中的应用

介绍了两种可以增大单模光纤模场直径并出射准直平行光束的扩芯光纤(ECF)的原理和制作方法。分析了单模光纤熔接渐变折射率多模光纤法通过改变渐变折射率多模光纤的长度和自聚焦参量实现模场扩大缩小的原理,制作的扩芯光纤模场直径扩大到16．6μm,出射光束平行效果较好,轴向耦合容限比单模光纤扩大了近6倍。加热扩芯光纤则是通过控制加热温度和加热时间直接使单模光纤掺杂物质发生扩散,从而实现扩束和光束准直,模场直径达到15．4μm,横向、轴向耦合容限都比单模光纤有很大提高。因此扩芯光纤可以简化单模光纤的耦合对准过程,用来制作新型的单模光纤或掺铒光纤连接器,也可以用于其它光器件中与单模光纤的准直。     

环形光纤激光器中的半导体光波导调制器

对环形光纤激光器中的半导体光波导调制器进行了理论研究，结果表明，光纤环中的偏振控制器对光的偏振态的控制以及半导体光皮导对光的偏振态的调节构成了激光器的主要调制机理，为环形光纤激光器的自调Ｑ及锁模的新机制提供了理论依据。     

单模光纤与Ti:LiNbO3单模平面光波导端面激励耦合的研究

本文报导一个单模光纤与单模Ti扩散LiNbO3光波导的端面耦合及固定连接实验研究.利用电弧烧熔法在单模光纤端面上制成了微透镜,改善了模场匹配程度,采用二维硅V形糟,提高了光纤与波导的对准精度。     

集成光学条波导阵列与单模光纤阵列的联接

本文报告了一种新的集成光学条波导阵列与镶嵌在硅V槽中的单模光纤阵列耦合联接方法的设计考虑,导出了确定光纤正确位置及V型槽的几何尺寸的若干计算公式.并讨论了光纤与波导几何尺寸与耦合效率的关系.指出了这是实现单模光纤阵列与条波导阵列的固定联接的有效方法,它简化了波导与光纤的对准程序,即由五维调整简化为平面的一维调整.可实现多个波导和多个光纤的同时对准与固定.最大限度地利用了有效重叠面积,从而提高了光纤与条波导的耦合效率.一组典型的数据是单模光纤(芯径10μm)对单模波导(10μm×5μm)的耦合效率可达55%,而同样尺寸的波导对光纤的最大耦会效率可达86%.     

基于遗传算法的集成光子器件对准

设计了一种基于遗传算法的集成光子器件自动对准方法.该算法克服了对准搜索中的早熟现象,改善了简单遗传算法搜索后期收敛速度慢的缺陷.仿真实验表明,在平面光波导与单模光纤自动对准过程中,该改进的遗传算法平均检测207个空间点时达到了0.01 dB的对准功率损耗.     

Automatic Alignment of Optical System Using Shape Memory Alloy

Properties of the shape memory alloy of 29 μm thick Ni-Ti foil are investigated as an actuator to align optical elements. Since the intrinsic properties of the Ni-Ti foil are not satisfactory in reproducibility and hysteresis, a simple feedback control is used. A pinhole integrated with a surrounding position sensor is proposed to realize a confocal optical system having an automatic alignment function. Large displacement (mm) and precision at the level of the optical wavelength are found to be possible.Present at 1996 International Workshop on Interferometry (IWI ‘96), August 27-29, Saitama, Japan.     

综合诊断光路快速自动准直系统设计与实现

为了实现综合诊断光路全程快速准直,从并行处理、快速收敛电机运动模型和最小外切圆特征点提取三个方面对自动准直系统进行了总体设计.首先,对全部准直步骤采取并行、串并结合的方式执行,并将关键准直任务归纳成单元准直模型;其次,使用准直数学模型,实现单元准直模型中电机的快速收敛;最后,针对小孔图像灰度对比低、分布极不均匀、光斑很不完整的特点,提出在最小外切圆的圆环上,取两两距离最大的100个点为特征点,使用最小二乘法进行圆拟合法计算小孔图像圆心.研究表明优化后系统的准直时间从优化前40min减少到8min,小孔图像圆心误差在2个像素之内,满足打靶实验的要求.     

高功率激光光束的自准直算法

为满足高功率激光装置全程光路自动准直快速性及高精度的要求,提出了一种光斑对应椭圆的长短轴差值法对光斑形状调节,并结合重心法快速、高精度的获取光斑图像中心位置.利用大律法、3×3邻域法及8向链码法对光斑图像进行处理,得到面积最大的光斑;分析最大光斑区域中心距,求出最大光斑对应椭圆的长短轴长,并根据长短轴差值调节光斑形状,至长短轴差值近似为零,获得形状最规则的光斑;分析形状最规则光斑的中心位置与其基准位置在x和y方向的偏差,并将该差值转为闭环控制的步进电机所需要调整的步数,实现激光光束的自准直.该算法应用在高功率激光装置中,结果表明,主放大光路的准直时间缩短为15min,近场准直的准确度优于0.2%,远场指向准确度优于1μrad,满足高功率激光光束的准直要求.     

光路自动准直快速调整数学模型研究

推演了用于计算机快速调整的巨型激光器光路自动准直控制数学模型,分析了ICF准直光路的光学特性及光路调整特点,据此求解出了准直控制的输入偏差量和输出控制量之间的数学模型.该模型在某大型激光装置的光路自动准直中得以实际应用,八路主放大级1～2程光路的准直时间＜3 min,3～4程光路的准直时间＜8 min,主放大级输出光束近场准直准确度优于0.3%,远场指向的准确度优于0.3″ RMS（均方根准确度）.     

图像采集自动生物显微镜系统自动调焦的研究

阐述了以ＣＣＤ为光电探测器件，采用步进电机驱动，集工作台自动扫描、自动调焦和图像的自动采集为一体的显微镜系统自动调焦机理，改进了均方差评价函数，完成了自动调焦，为显微图像的采集和处理提供了强有力的手段。