温度对光纤准直器的角度偏移影响分析

通过对光纤准直器准直失配,即离轴耦合、偏角耦合、间距耦合三种情况的耦合损耗进行分析,发现角度偏移对耦合效率影响最大.实验中随着温度周期性的变化,光斑位置也出现了有一定规律性的变化.实验通过确定光斑位置的变化量从而求出鞍型和拱型支承架在温度循环时的角度偏移为519 μrad和395 μrad,并导致了0.944 dB和0.718 dB的耦合损耗;在温度冲击时的角度偏移为986 μrad和138 μrad,并导致了1.793 dB和0.251 dB的耦合损耗.实验结果表明拱型支承架在两种不同的温度变化情况下均优于鞍型支承架.     

一种新型白光准直器

提出一种新型的白光准直器, 它由梯度折射率光纤及光阑组成的微阵列构成。在研究其准直原理及理论计算基础上, 讨论了材料和结构参数对准直特性的影响。实验结果表明, 选择合适的参数, 可获得发散角小于±１０°的近准直光, 该种准直器可满足扩展液晶显示器（ＬＣＤ）视角对准直背光源的需求。     

基于单准直透镜的阵列准直器研究

提出了一种基于单准直透镜和光纤阵列的阵列准直器, 深入研究了此种方案的光路无胶和光路有胶的两种实现方式; 并基于高斯光束传输矩阵和q参数相关理论, 从理论上详细地计算、推导了各变量之间的关系, 并进行了模拟仿真及实验验证, 得到了理论和实验一致的结果. 对两种实现方式的结构及封装设计也进行了初步的摸索和实验, 并制作出了性能良好的阵列准直器. 理论和实验表明, 该方案具有易加工、低成本、易封装、性能优等特点, 也易于扩展成多维阵列准直器, 可为可重构光分插复用器系统和光交叉连接系统的发展提供强有力的器件支撑.     

衍射光学二维激光扫描器设计制作研究

提出、设计并采用激光直写和反应离子刻蚀技术制作出一种新型的衍射光学纯相位型二维激光扫描器,并进行了系统参数的实验测试,其扫描角度为２５°×２５°,衍射效率为４１％。     

2 μm Cr,Tm,Ho:YAG激光热退偏效应的数值模拟及实验研究

理论分析了Cr,Tm,Ho:YAG激光晶体的热退偏效应, 模拟计算了该晶体棒端面退偏度的分布, 并进行了偏光干涉实验验证. 结果表明, 数值模拟和实验研究结果完全一致, 热致退偏效应随抽运能量增大而增强, 退偏度分布呈十字形, 最大退偏度发生在晶体棒端面上与起偏器偏振方向成45°方位处. 以此提出了高能量Cr,Tm,Ho:YAG激光器的热退偏补偿方法, 获得了激光脉冲能量提高24%以上的实验效果.     

高能质子照相中基于角度准直器设计的理论研究

角度准直器在高能质子照相中有着重要作用,既可以利用准直器提高图像对比度,又能通过二次成像实现材料诊断及密度重建,因此减小通过准直器后通量值的误差具有重要意义.本文通过理论分析,提出了一种高能质子照相中准直器设计的方法,通过Geant4程序建立了1.6 GeV的质子成像系统,该系统分别使用理想准直器、拉伸型准直器和利用该方法设计的准直器,并对比通过客体后的通量分布.结果表明,在使用理想准直器和该方法设计的角度准直器时,二者得到的客体的通量分布符合较好,而使用拉伸型准直器时,与使用理想准直器得到的结果相差较大.因此利用理想准直器方法设计的准直器可以很好地减小通量误差.     

基于PSD的风洞模型姿态角光学测量技术研究

开发了一种基于光电探测技术的风洞模型姿态角光学测量技术,实现了对姿态角的精确、实时、非接触测量。对激光探测头、模拟试验平台进行了优化设计,编写了功能齐全的实验软件,模拟了风洞试验运行实况,深入开展了一维和二维角度测量实验和分辨率测试实验。实验结果表明,该技术可对模型变化角度进行实时精确测量,测量范围达到了-10°～10°,测量精密度为0.0023°,测量准确度为0.0026°,分辨率可达到0.001°。该光学测量技术在风洞模型的角度测量和振动测量实验中切实可行,为测量风洞试验模型的姿态及振动提供了一种简洁有效的测量方法。     

激光引信中半导体激光器的准直及其测试

在理论上分析了单级单透镜光学系统对激光高斯光束发散角的影响。用单个平凸透镜对激光引信中的半导体激光器进行了准直，达到了激光引信光束准直的要求。通过CCD成像方法对准直后的光束发散角进行了测量，利用二阶矩算法计算出光束发散角。实验测得2个方向的发散角分别为θx=7.03°和θy=0.69°，验证了准直系统达到激光引信要求的θx＜10°和θy＜1°技术指标。     

嵌入式镀膜光栅的数值模拟研究

嵌入式镀膜光栅是将平行四边形的介质膜层,以亚波长量级的周期嵌入波导中.针对该光栅在不同偏振态、不同角度入射下的各级衍射效率问题,本文基于严格耦合波分析理论,对该光栅进行建模与数值分析.结果表明,在TE模入射时,该光栅的一级衍射效率可随膜厚在[0, 37%]内变化,其余非零级次的衍射效率低于2%.衍射特性可以满足平视器成像的效率递增要求,同时可以减少能量的损失与杂散成像光线.当入射光束的角度在纵向[45 °,70 °]、横向[-15 °,15 °]内变化时,一级衍射效率的变化平稳,可以保持平视器不同视场的成像能量均匀.针对入射光偏振态、光栅材料、嵌入膜层倾角、光栅周期对衍射特性的影响,给出了相应的数值分析,可为波导全息平视器中衍射元件的制作提供理论指导.     

常压下液氮窄缝池沸腾实验研究

采用玻璃钢 (FRP)制成的矩形窄缝 ,对三种不同的间隙尺寸 ,分加热面与水平面呈 0°,4 5°,90°,135°,180°五种角度 ,以液氮为工质进行了 15组池沸腾实验。得出结论 :液氮在窄缝中的沸腾传热有明显的强化换热效果 ;加热面所处角度不同 ,在相同热负荷下壁面过热度亦不同 ,滑移汽泡和微液膜蒸发机理在通道中发挥的作用也相应不同。该研究对于有限空间传热强化的机理和实际应用都有一定的参考价值和指导意义。     

Evaluation of infrared collimators for testing thermal imaging systems

Infrared reflective collimators are important components of expensive sophisticated test systems used for testing thermal imagers. Too low quality collimators can become a source of significant measurement errors and collimators of too high quality can unnecessarily increase cost of a test system. In such a situation it is important for test system users to know proper requirements on the collimator and to be able to verify its performance. A method for evaluation of infrared reflective collimators used in test systems for testing thermal imagers is presented in this paper. The method requires only easily available optical equipment and can be used not only by collimator manufactures but also by users of test equipment to verify performance of the collimators used for testing thermal imagers.     

Large-aperture double-focus laser collimator for PAT performance testing of inter-satellite laser communication terminal

A laser collimator is necessary for testing and verification of the pointing, acquisition and tracking (PAT) performance of inter-satellite laser communication terminals on the ground. The laser collimator must have a large clear aperture to fit the PAT performance testing system. The PAT subsystem has a large field of view for the acquisition and a high angular accuracy for the fine tracking. To resolve the conflict between large field of view and fine angular resolution, a large-aperture double-focus laser collimator is proposed and its optical design and mechanical structure are described. The collimator mainly consists of a primary lens, a reflector, a beam-splitting plate, a secondary lens, two compensating lenses, two imaging sensors and a laser. The primary lens directly forms the long focal length arm of the collimator. The combination of the primary lens and the secondary lens form the short focal length arm of the collimator. The collimator has an angular resolution <0.75 μrad and a 10 mrad field of view. For the collimator, the incident beam is focused on the two imaging sensors by its two arms, and the beam emitted from the laser is collimated and transmitted. The collimator is combined with an optical scanner and a fine beam deflector to test and verify the PAT performance of the inter-satellite laser communication terminal in a full physical manner.     

一种基于图像处理保偏双尾纤装配精度的检测方法

双尾纤相对位置的装配精度直接影响保偏双光纤准直器的保偏性能。研究和分析了双尾纤的装配精度对保偏准直器保偏性能的影响,并指出双尾纤端面"猫眼"的垂直度是主要影响因素。提出了一种保偏双尾纤装配精度的检测方法,检测系统主要由CCD摄像机、显微镜、图像采集卡和VC开发的检测处理软件等构成。还对系统中保偏双尾纤端面图像获取及图像预处理、检测光心"猫眼"坐标位置所采用的算法及"猫眼"垂直度的检测模型进行阐述,该系统检测精度优于0.5°。     

用于冷原子制备的激光扩束准直器的研制

针对现有的冷原子实验用的多数保偏光纤输入型扩束准直器不能对输入激光束的偏振进行精确调节的缺陷,提出了一种全长度为135mm,输出圆形光斑有效直径为20mm的紧凑型偏振可调激光扩束准直器.该扩束准直器中的偏振棱镜和波片偏振轴均可独立调节,能对单模保偏光纤输入光束的偏振态进行精确调节和保持.所研制的激光扩束准直器在三维磁光阱冷原子实验中制备出了满足冷原子干涉实验要求的冷原子团,冷原子团原子数为5×108,温度约为10μK,并获得了最大上抛高度为1.156m的原子喷泉飞行时间信号.     

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。     

激光注入误差对多模光纤传能特性影响分析

采用ZEMAX软件对激光光纤注入系统进行了建模,仿真分析了激光注入光纤横向偏移、角度偏移对光纤传输激光能量特性的影响.结果表明,光纤输出激光能量分布与激光注入对准误差密切相关.注入误差引起光纤初始输入段激光峰值功率密度的剧烈波动,出现了一个激光峰值功率密度极大值,这个极大值是可以达到光纤截面内激光平均功率密度的数十倍;横向偏移激发大量斜光线产生,使光纤输出激光能量分布匀化;角度偏移仅影响光纤内子午光线与斜光线的传播方向,对光纤内激光能量分布的匀化作用较弱.     

Formation of pores in the optical fiber exposed to intense pulsed UV radiation

A new method of forming refractive index gratings (type-IIA Bragg gratings) in the optical fiber by exposing it to intense UF laser radiation is suggested. Central in this method is the generation and propagation of micropores in the parts of the fiber where mechanical stresses are localized. It is shown that such parts are the center of the core and the core-cladding interface. The temperature of the radiation-heated germaniumdoped core is found experimentally and theoretically. Thermal stresses arising in the heated fiber are calculated. A theory of cracking and pore formation in the fiber exposed to intense laser pulses is worked out. The pore size distribution, pore formation and growth rate, and pore density versus time of laser action are estimated.     

Two-Dimensional Alignment-Free Optical Interconnect Using Micro Optical Bench Scheme

In this paper, we have proposed and demonstrated a novel packaging method involving a vertical cavity-surface emitting laser (VCSEL) array. The concept is based on micro optical bench (MOB) placing a laser sub-mount and two-dimensional optical fiber array to match the reference plane of MOB to provide an alignment free optical interconnect. No degradation of I-V and I-L characteristics of the packaged VCSELs was found after use of the proposed packaging process. The coupling loss was about 0.9 dB for λ = 1.55 μm and the loss deviation among channels was less than 0.5 dB in a 2 x 4 ch coupling module between planar microlens and multi-mode fibers.     

用像差逐项优化法装调离轴三反射镜光学系统

在对复杂光学系统粗装调完成之后 ,利用自准干涉检验的办法 ,采集光学系统各视场的干涉图 ,然后用干涉条纹分析软件算出整个系统波前误差 ,其量值用泽尼克系数来表示 ,通过泽尼克系数与系统的波像差的关系 ,判断要调整的目标值 ,即当前在光学系统中占主导地位的波前误差 ,对主导误差优化 ,得到系统的失调量 ,由光学设计软件确定其正确后 ,进行一次精密装调。然后进行多次这样的计算机迭代和优化 ,直到光学系统达到最好的调整状态。运用此方法来装调大口径 ,长焦距离轴三反射镜系统 ,在波长λ等于 6 32 .8nm时 ,该离轴三反射镜系统中心视场波像差均方根值达到了 0 .0 94λ ,+1°视场和 - 1°视场的均方根值分别为 0 .10 6λ和 0 .12 5λ。