基于导模共振滤波器的波长可调谐垂直腔面发射激光器的研究

基于光栅层控制光波传播耦合波方程,设计了能够实现共振波长可调谐的亚波长光栅导模共振滤波器.通过调谐空气层的厚度,滤波器可以实现波长75nm的调谐,线宽均小于或等于1nm.将共振波长可调谐滤波器与中心波长为1.55μm的垂直腔面发射激光器(VCSEL)集成,形成了激射波长可调谐VCSEL.研究发现激射波长调谐范围与共振波长可调谐滤波器相同,而且在相同空气层厚度下,激射波长可调谐VCSEL的激射波长和共振波长可调谐滤波器的共振波长相同.该VCSEL不仅可以选择激射波长还可对输出横向模式进行选择.     

内腔亚波长光栅液晶可调谐垂直腔面发射激光器

随着信息技术的快速发展,可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)逐渐成为密集波分复用通信技术(DWDM)中的重要光源.通过利用液晶(LC)的双折射特性所实现的液晶可调谐VCSEL具有偏振稳定、可靠性高、连续波长调谐等优点.本文设计了一种基于内腔亚波长光栅的液晶可调谐VCSEL结构,并对液晶层和亚波长光栅对VCSEL波长调谐特性的影响进行了详细分析与研究.结果表明,可调谐VCSEL结构中液晶层厚度不仅影响波长调谐范围,同时决定了 VCSEL激光器调谐过程中模式跳变.此外,通过对亚波长光栅结构设计,形成了有效的折射率减反层,优化液晶层与半导体层界面折射率差,进一步的提高波长调谐范围和调谐效率.当中心波长为980 nm时,调谐范围提升了 42%,达到41 nm,波长调谐效率提升41%.为实现高光束质量、连续稳定波长调谐的VCSEL激光器提供了一种新的设计方法.     

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。     

亚波长金属光栅的表面等离子体激元共振特性

亚波长金属光栅在共振波长处有光场局域增强、异常透射等现象,为深入认识其共振机制,本文研究了亚波长金属光栅的表面等离子体激元（SPP）共振特性。通过研究不同金属光栅的几何结构以及金属介电常数对SPP共振波长的影响,获得了3种共振波长的基本物理机制。采用周期边界元法进行数值模拟,在边界积分方程的基础上结合平面波展开方法来处理任意形状的周期性结构。模拟结果表明,3种共振波长可以分别由金属的材料、金属光栅周期和金属光栅厚度所调谐。该研究为微纳米光学器件的设计提供了依据。     

亚波长金属光栅的表面等离子体激元共振特性

亚波长金属光栅在共振波长处有光场局域增强、异常透射等现象,为深入认识其共振机制,本文研究了亚波长金属光栅的表面等离子体激元(SPP)共振特性。通过研究不同金属光栅的几何结构以及金属介电常数对SPP共振波长的影响,获得了3种共振波长的基本物理机制。采用周期边界元法进行数值模拟,在边界积分方程的基础上结合平面波展开方法来处理任意形状的周期性结构。模拟结果表明,3种共振波长可以分别由金属的材料、金属光栅周期和金属光栅厚度所调谐。该研究为微纳米光学器件的设计提供了依据。     

基于二维光栅的偏振无关波长可调谐垂直腔面发射激光器

为了能够实现垂直腔面发射激光器(VCSEL)偏振无关特性,提出了将偏振无关光栅与half-VCSEL集成的方法。基于严格耦合波法,分析了光栅参数对偏振无关二维光栅反射特性的影响,经过模拟计算,发现在光栅周期为691～719 nm、光栅宽度为408.73～467.60 nm时,偏振无关二维光栅有210 nm的高反射带宽。将偏振无关二维光栅与中心波长为1.55μm的half-VCSEL进行集成,得到了中心波长为1.55μm的偏振无关波长可调谐VCSEL,经过光学传输矩阵计算,可得该偏振无关波长可调谐VCSEL的波长调谐范围可达93 nm。     

基于LiNbO_3的长周期波导光栅可调谐耦合器的设计

设计了一种基于LiNbO_3的长周期波导光栅可调谐耦合器.该耦合器利用长周期光栅的独有特性将输入波导的导模经包层模耦合至输出波导导模.由于LiNbO_3的电光效应,波导光栅芯层与包层的有效折射率随外加电压变化,从而耦合器的谐振波长及耦合效率可由外加电压调谐.分析了光栅周期与耦合器的长度对耦合器带宽和耦合效率调谐范围的影响,以及波导尺寸对谐振波长调谐灵敏度的影响.结果表明光栅周期越短,耦合器长度越长,则耦合器的带宽越窄,耦合效率调谐范围也越大.此外,谐振波长调谐灵敏度随波导宽度的增加而减小,而波导厚度对谐振波长调谐灵敏度的影响可以忽略.对光栅周期为94μm、长度为3.52cm的耦合器进行仿真,结果表明,谐振波长灵敏度为26.2pm/V,3dB带宽可达4.5nm,当外加电压从0变化到200V时,谐振波长变化5.24nm,耦合效率可在1到0.15之间进行调谐.     

基于体光栅的被动锁模可调谐线型腔掺镱光纤激光器

搭建了基于反射型体光栅和半导体可饱和吸收镜的线型腔全正色散掺镱光纤激光器,室温下实现了稳定的波长可连续调谐的连续被动锁模脉冲输出.重复频率16.42 MHz,锁模脉冲中心波长1030 nm时,脉冲光潜带宽0.32 nm,最大平均输出功率10.2 mW,单脉冲能量0.63 nJ.转动体光栅角度,利用其分光谱和选波长的特性,可使锁模脉冲的中心波长在约1011.9一1050.6 nm的范围内调谐,调谐范围约38.7 nm.实验中亦可观察到调Q锁模、二次谐波锁模、双波长和三波长输出现象.输出单波长锁模脉冲时,由于其波长可调谐的特性,该激光器可用作波分复用/光时分复用通信系统的光源和光学相干层析的调谐光源.     

聚合物阵列波导光栅的大范围电-光波长调谐滤波器

从阵列波导光栅的光栅方程入手,分析了聚合物阵列波导光栅采用电.光效应进行波长调谐的原理,提出了具有单推挽结构和双推挽结构的电.光波长可调谐滤波器.并用Optiwave软件分别对无推挽结构和推挽结构波长调谐器进行了计算机仿真.结果表明:当外加电压从－100 V 增加到+100 V 时,前者的波长调谐范围约为5 nm,而后者中,单推挽结构的波长调谐范围为约10 nm,双推挽结构的波长调谐范围可达20 nm.     

785nm便携式光栅外腔可调谐半导体激光器的研制和输出特性

针对移频激发拉曼光谱测试系统的小型化需求,在Littrow结构中,采用商用的785nm大功率激光二极管作为增益器件,构建了一款便携式光栅外腔可调谐半导体激光器。该激光器通过采用一种新型的波长调谐方法,即以改变半导体增益器件相对于准直透镜的水平位置来实现波长的连续调谐,实现了尺寸为140mm×65mm×50mm的小型化结构设计。相比于传统的旋转衍射光栅改变光线在光栅上的入射角来实现波长调谐的方式,该方法有效地缩减了增益器件的平移距离,从而有利于便携式外腔激光器波长的快速宽带调谐。实验结果表明,该激光器具有较宽的波长调谐范围,在340~900mA注入电流下均可实现10nm以上的波长调谐,尤其在900mA大注入电流下,其波长调谐覆盖779.40~791.07nm,调谐范围可达11.67nm,且激射线宽小于0.2nm,单波长输出功率最高可达280mW,放大的自发辐射抑制比大于25dB,呈现出较优异的输出性能,满足移频激发拉曼光谱检测系统对光源的基本要求。此外,该激光器可采用一微型压电陶瓷驱动器来实现波长的电动调谐,实验获得了1.35nm的波长调谐范围,证实了所制785nm便携式光栅外腔可调谐半导体激光器适合作为便携式移频激发拉曼光谱检测系统的光源用于减除原始拉曼光谱中的荧光背景。     

Design and analysis of nano-deep corrugated waveguide grating-based dual-resonant filters in visible and infra-red regions

A theoretical analysis of nano-deep corrugated long-period waveguide gratings on a SU-8 polymer-based channel waveguide with NOA61 optical epoxy coated upper- and lower cladding is presented. The transmission spectra of the gratings show strong rejection bands both at visible (at wavelength region of 450?460 nm) and infra-red (at wavelength region of 1530?1540 nm) regions when a grating period of ?68 μm with optimized grating tooth height is considered. Phase-matching graphs are studied to find the relationship between resonance wavelength and grating period. These results show that the grating parameters significantly affect the characteristics of transmission spectra as well as the resonance wavelength of the grating. Long-period waveguide grating-based band pass filter made by use of same polymer materials are also designed and analyzed. These types of waveguide grating-based filters can widely be used for visible and infra-red wavelength sensing applications.     

Widely tunable monolithic narrowband grating filter for near-infrared radiation

We propose a monolithic narrowband guided-mode grating filter in fused silica that is widely tunable in the near-IR wavelength region. Based on a recently demonstrated approach for a monolithic reflector comprising an encapsulated grating, we theoretically investigate such a device by means of rigorous modeling aimed at a narrow linewidth. It is demonstrated that upon a spatial variation of the filter's grating period its resonance wavelength can be tuned in a remarkably wide range of near-IR radiation with 800 nm<λ(res)< 1600 nm by translating the laser beam relative to the grating area. The filter performance in terms of linewidth and contrast is essentially preserved over the entire tuning interval.     

啁啾光纤光栅在光纤通信系统中的色散补偿

报道一个简单而新颖的、能将均匀光栅改变为线性啁啾光栅的方法,此方法可对光纤光栅的喃啾度和中心波长进行独立调节,实验表明,一长为１０ｃｍ的均匀光栅其啁啾度可增加至０．５ｎｍ／ｃｍ,而中心波长独立可调量达０．７ｎｍ利用这样的可调啁啾光栅在标准单模光纤（Ｇ６５２）中对一脉宽为２５ｐｓ的输入信号在１５５０ｎｍ窗口传输,成功地实现１００ｋｍ的色散补偿。     

光纤布拉格光栅电流传感的理论和实验研究

对皮磁致伸缩棒调谐光纤布拉格光栅为基础的新型电流传感器进行了理论和实验研究。将一个光纤布拉格光栅牢固地粘贴在一置于多层螺线管中心部分的磁致伸缩棒上，构成传感头。当通过螺线管的电流改变时，磁致伸缩材料在均匀磁场的作用下产生沿纵向的应变并传递到光纤光栅上，从而导致光纤光栅的布拉格波长移动。外加电流和波长移动之间的关系是线性的，线性调谐的波长范围为0.9nm，电流强度范围为900mA，灵敏度约为1000mA/nm，电流强度可精确到10mA。理论和实验符合得很好。     

新型光纤光栅中心波长与带宽独立调谐方法

提出了一种新型光纤光栅中心波长与带宽独立调谐方法，将光纤光栅沿圆柱形弹性梁的轴向成一定角度粘贴于侧面，通过改变梁的扭转角与侧向位移，实现了光纤布拉格光栅中心波长与带宽的准线性独立调谐，实验上获得了8．28nm准无啁啾波长调谐和5．32nm准无中心波长漂移的带宽调谐，实验结果与理论分析一致.     

锁模脉冲波长连续可调谐光纤激光器

利用在腔内加入可调谐光纤光栅滤波器使“8”字形腔掺Yb3+光纤激光器在锁模状态下实现波长连续可调谐.实验中,在保证锁模状态稳定的情况下,通过调节可调谐光纤光栅滤波器,使激光器输出锁模脉冲的中心波长在1 047 nm～1 055 nm范围内连续调谐,重复频率稳定维持在4.9 MHz.在中心波长1 053 nm处,测得锁模脉冲输出平均功率为8.02 mW,光谱带宽1 nm,脉冲宽度为259.3 ps.这种“8”字形腔被动锁模光纤激光器在锁模状态下对波长连续可调谐,并可长时间稳定工作.     

Impact of interstitial air holes on a wide-bandwidth rejection filter made from a photonic crystal fiber

We have investigated the spectral properties of a band rejection filter made with a long-period fiber grating written in photonic crystal fiber that has interstitial air holes. Experiments showed that only one mode was coupled strongly to the fundamental core mode over a 600 nm spectral range. The central wavelength of the filter could be tuned over that range without being appreciably affected by any other mode. By using the multipole method, we found that the interstitial air holes of the photonic crystal fiber played a critical role in limiting the number of modes that could strongly interact with the fundamental mode and in obtaining well-separated resonance peaks. Excellent agreement between theory and experiment was obtained.     

Tunable intensity of the spectral reflectance of a guided-mode resonance filter with dual channels

Simulating the characteristics of a guided-mode resonance filter with rigorous coupled wave analysis, we find that, by adjusting the azimuthal angle of the grating used as a sub-layer of the guided-mode resonance filter from 0° to 90° under TE-reflectance, the intensity of the spectral reflectance of the guided-mode resonance filter monotonically increases at the wavelength of 684.6 nm, while the spectral reflectance monotonically decreases at the wavelength of 723 nm. Moreover, the spectral reflectance with TE-reflectance at 90° corresponds to the TM-reflectance at 0°. The phenomenon means that the intensity of the spectral reflectance can be easily tuned with different azimuthal angles by choosing appropriate structure parameters of the guided-mode resonance filter.     

基于MEMS的波长可调谐微腔有机发光二极管的设计

利用MEMS空气腔在静电力作用下的变形,设计了一种波长可调谐的微腔电致有机发光二极管.通过外加电压,可调制发光中心波长.模拟计算了不同电压下的光谱特性,结果表明可以获得半宽度为2.14 nm,可调谐范围为150 nm的发光光谱.这在光互联的可调谐光源和彩色显示中有很好的应用前景.