Multiple Beam Scanning Optics for Laser Printer: Application of Optical Fiber Array Method

We have developed laser printer optics using various kinds of multiple beam generation devices, such as a polarization prism, grating, diode laser array, and optical fiber array. Recently we successfully demonstrated laser-print experiments using five beams from an optical fiber array. In the array, fibers are arranged with a spacing of 0.15 mm and emit circular Gaussian beams that have a diameter of 5 μm and a wavelength of 635 nm. The wavelength of diode lasers is determined from sensitivity of the photoconductor drum of As₂Se₃ material. The arrangement error vertical to the array is mostly suppressed below 0.4 μm. In the optics, curve of scan lines and print position errors in the scan direction are suppressed to a negligible size due to minimization of the magnification variation in the sub-scan direction along the print width and achromatized design, respectively.This paper was originally presented at the 2nd International Conference on Optical Design and Fabrication, ODF2000 which was held on November 15-17, 2000 at the International Conference Center, Tokyo, Waseda University, Japan.     

多量子阱光学波导中的模式截止

导出了两种材料构成的多量子阱光波导的模式截止方程，并讨论了Ｓｉ衬底上生长的应变ＧｅｘＳｉ１－ｘ／Ｓｉ多量子阱光波导的模式截止特性。     

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％。     

有缓冲层的多层金属包层介质光波导的渐近展开方法

提出求解有缓冲层的多层金属包层介质光波导的一个准解析方法，它应用渐近开展理论将传播常数展开成一个小参数的级数，这一方法本身是精确的，它能达到任意所需的精度，然而四层和五层波导结构的数值计算实例表明，仅二阶近似解就足够精确了。这一方法的优点是简单并且不同层数波导结构以及ＴＥ和ＴＭ膜的解有相同的表达式形式。     

光子晶体表面光波导的特性研究

采用平面波展开法和时域有限差分法,研究了光子晶体表面光波导的色散及光传输特性。研究结果表明,表面模的出现及其色散特性与表面介质柱的半径相关,色散曲线的斜率保持单调变化,并在最低或最高频率附近展现低群速度频率区。由于光子带隙和全内反射的共同影响,光场将沿晶体表面高效率地传输。研究结果为探索在光子晶体外部控制光传输具有重要的理论意义。     

双面金属包覆介质波导的直接耦合方法

根据双面金属包覆介质波导的特殊性质，提出了一种新的波导耦合方法，这种技术在不用棱镜、光栅和其它元件的情况下，可使光能从金属表面直接耦合进波导。实验结果与理论预言符合得很好。     

基于MIM型表面等离子体光波导的Y形分束器的传输特性研究

采用二维时域有限差分(FDTD)法,分析并对比了弯曲分叉部分的形状分别为正弦形和圆弧形的基于金属-绝缘体-金属(MIM)型表面等离子体光波导的Y形分束器的反射率、传输率以及能量分束比随几何结构参数的变化关系。数值计算表明,波导宽度对这两种Y形分束器传输特性的影响较为明显,两个输出分支的偏移量和弯曲分叉部分的长度对这两种Y形分束器传输特性的影响比较微弱。在600～1500nm波长范围内,弯曲分叉部分为圆弧形的Y形分束器的传输特性比弯曲分叉部分为正弦形的好。对于非对称型Y形分束器,当弯曲分叉部分为正弦形时,偏移量对反射率、传输率和能量分束比的调节作用较为明显,能量分束比最大可达到2∶1。当弯曲分叉部分为圆弧形时,偏移量对反射率、传输率和能量分束比的调节作用较为微弱。     

数码照相法测量离子交换平面光波导损耗特性

利用数码相机对离子交换平面玻璃光波导传输线进行数字成像,根据传输线上的光强分布拟合出光强传输衰减曲线,计算出波导的传输损耗.对光波导进行退火处理,研究了波导退火前后的传输损耗特性.退火后0阶模式下传输损耗由2.148 9 dB·cm－1降为0.746 0 dB·cm－1.结果表明,波导的传输损耗是随着模阶数的增加而递增,适当的退火处理明显改善了离子交换波导的质量.     

聚合物脊形光波导TM模色散特性的偏振修正

有机聚合物脊形光波导的色散特性对聚合物光子学器件性能具有重要影响.本文利用标量变分理论计算脊形光波导的有效折射率,其用到的近似光场分布运用变分有效折射率法获得.考虑折射率分布的横向变化,基于导模满足的矢量波动方程,利用微扰法对标量变分理论所得有效折射率进行偏振修正,求得精度更高的色散特性.对聚合物多模脊形光波导基模和高阶模的色散特性进行分析,研究了波导结构参数对色散特性的影响,分析了单模波导TM、TE基模的偏振色散特性.研究结果表明,运用本征方程分析TM模的色散特性误差大,必须加以修正;而对于TE模,其误差相对较小.     

渐变折射率波导传播特性微扰计算的代数递推公式

应用量子力学的超位力定理（HVT）和赫尔曼－费恩曼（Hellmann-Feynman）定理（HFT），导出了用微扰法计算渐变折射率平面波导传播常数各级近似值的代数递推公式，并给出了由传播常数近似值计算模场近似表达式的代数式。计算了几个典型实例，此法的特点是便于直接计算任意级近似的传播常数及模场分布，且可推广到二维波导的计算。     

条纹激光扫描水下成像系统中像面照度特性的研究

条纹激光扫描成像方法能够同时满足水下激光成像系统对增大视场和减小后向散射光影响的要求.对条纹激光扫描成像系统中的像面照度特性进行了理论和实验研究,推导出了目标反射光照度和后向散射光照度的计算式,分析了图像对比度与成像距离间的关系,并进行了极限成像距离的水下实验.实验结果表明该套成像系统的极限成像距离均为2个衰减长度.     

Analysis of banding problem in multiple beam scanning system of laser printer

In the slant scanning method of multiple beams a misalignment of the slant angle causes a beam spacing error and pitch irregularities of scan lines called “banding”. This paper evaluates the pitch irregularities and tries to clarify the allowable beam spacing error. The following results are obtained: (1) The maximum spacing error of print lines is proportional to m/(dpi), where m is the number of multiple beams and dpi print dot density. (2) The noticeable limit of periodic variations of print density at low spatial frequency was presumed to be a visibility between 1 and 2% in experiments. (3) The allowable beam spacing error was calculated introducing the human eye spatial frequency response. (4) The banding simulation experiments by laser recording on the photographic paper on the XY stage showed good coincidence with the theoretical evaluations.     

光子晶体耦合波导实现光开关效应的研究

提出了一种基于光子晶体耦合波导实现光开关效应的方法:将线缺陷引入二维光子晶体以形成两平行的邻近波导,两邻近波导及其中间的两排介质柱构成了光开关模型耦合区;利用平面波展开法计算了不同介质填充率情况下的色散特性.结果发现:减小介质填充率可以实现波导耦合长度的减小;分段调整中间介质柱的填充率和选择不同的耦合搭配长度,定向耦合...     

超短脉冲激光在掺Er3+ 磷酸盐玻璃中制备光波导的实验研究

超短脉冲激光通过非线性吸收调制光学材料折射率提供了一种高效制备集成三维光子器件的途径.掺Er³⁺磷酸盐玻璃由于其优异的特性以及在1.55μm通信波段附近的发射光谱,成为了集成光学主动增益材料中的研究热点.实验采用重复频率1 kHz,中心波长800 nm,脉冲宽度120 fs的钛宝石飞秒激光放大系统作为制备波导的光源,系统研究了加工参数对激光写入形貌、波导形成及光学特性的影响.实验结果表明,在狭缝整形辅助短焦物镜横向刻写条件下,写入脉冲能量为1.8μJ时,光波导可以在写入速度为10μm/s-160μm的较宽范围内形成;写入速度为40μm/s时,光波导写入脉冲能量参数窗口为1.6μJ-2.0μJ;波导写入深度在125μm-200μm范围时,波导横截面对称性较好且折射率修改明显;近场强度测量结果显示所制备波导近场强度分布对称,导光特性良好.通过有限差分法反推波导区域折射率修改分布,结果显示最大折射率修改为Δn=6.6×10^-4.截断传输损耗测量结果显示所制备波导的传输损耗低至0.91 dB/cm.     

Numerical Analysis of Multilayer Waveguides Using Effective Refractive Index Method

With the help of the effective refractive index method we have numerically analyzed a multilayer planar waveguide structure and calculated the propagation constants, confinement factors, and transverse electric (TE) modes. A five-layer waveguide model has been provided to analyze the electro-magne tic wave propagation process. The analysis method has been applied to the 980 nm laser with active layer of GaInAs/GaInAsP strained quantum wells, GaInAsP confinement layers and GaInP cap layers. By changing the thickness of confinement layers, we obtained confinement factor as high as 95% with higher TE modes TE1 and TE2. The results are in good agreement with the experiment by A. Al-Muhanna et al. and give the new idea to enhance output power of semiconductor lasers. The analysis method can also be extended to any other slab multilayer waveguide structures, and the results are useful to the fabrication of optic-electronic devices.     

基于菲涅耳波带板扫描全息术的光学层析成像

基于光学扫描全息术原理和编码孔径层析成像技术,提出了一种三维物体层析成像技术——菲涅耳波带板扫描全息术。该技术通过将物体的光强分布函数与菲涅耳波带板的光强分布函数进行卷积运算来得到物体的扫描全息图,通过相关解卷积的方法来进行扫描全息图的数字重建。依据该技术原理设计了实验系统,系统结构简单紧凑,具有三维物体层析成像功能。提出用数字高通滤波器来减少重建图像的背景噪声。计算机仿真及对实物的扫描记录和重建实验结果表明,该技术原理正确,用于三维物体层析成像是可行的,用数字高通滤波的方法提高重建图像的对比度是有效的。     

非线性光学限幅技术与激光防护

介绍了非线性光限幅技术的基本原理，评述了单一型光限幅技术的发展以及复合型光限幅技术的最新成果。     

光学薄膜的小光斑扫描激光预处理研究

激光预处理是一种提高光学薄膜破坏阈值的新技术。采用小光斑扫描并逐步提高预处理能量的方法,对不同类型的薄膜进行了激光预处理。实验结果发现,除了ＨｆＯ２／ＭｇＦ２多导反射膜外,其它样品的０几率破坏阈值Ｆ０％、发生破坏的最低能量密度值ＦＤｍｉｎ１、不发生破坏的最高能量密度值ＦＮＤｍａｘ以及５０％几率损伤阈值Ｆ５０％都有不同程度的提高。这说明,激光预不仅可以清除薄膜听杂质和缺陷,而且可以改进薄膜的整体性能     

The Influence of Defects on the Propagation Light within Polymeric Optical Waveguides Studied by Polarized Near-Field Scanning Optical Microscopy

We have developed a polarization-preserving near-field scanning optical microscopy (NSOM) optical fiber probe and with it observed the influence of defects and weak stresses on a propagation light within polymeric optical waveguides. To characterize the influence, we intentionally printed an indentation in the vicinity of the waveguide and then evaluated the resulting influence using polarized guide-collection-mode NSOM images taken around the indentation. When transverse magnetic polarized light enters a waveguide, the light intensity becomes greater on the near side of the indentation than on the far side, as measured by a linearly polarized component perpendicular to the direction of light propagation. The most probable cause of this phenomenon is microdefects generated by the printing of the indentation. The polarized NSOM technique is useful in searching for small defects or stresses within integrated photonic devices.     

用扫描近场光学显微镜技术研究金膜表面等离体子共振

表面等离体子波(SPW)可与入射光横磁波极化能量耦合并被共振激发,这种现象被称为表面等离体子共振现象(SPR)。主要利用扫描近场光学显微镜(SNOM)技术和表面等离体子共振现象技术相结合,来研究金膜表面等离体子共振。设计并建立了结构独特的新型Kretschmann型表面等离体子共振现象耦合装置,同时又设计了具有厚度梯度的表面等离体子的制备方法。在此基础上,测量了改变入射角条件下的表面等离体子共振曲线,测得该装置的等离体子共振角灵敏度为1°。并且对金膜表面进行表面等离体子共振条件下的扫描近场光学显微成像。实验结果表明,在共振时金膜表面的扫描成像比不共振时清晰,而且增加了很多细节。应用表面等离体子共振现象技术将可以明显提高扫描近场光学显微镜的信噪比、分辨力等性能。