并联结构微光纤双结谐振器中的慢光效应（英文）

为了研究基于微光纤的谐振器中的慢光效应,设计并制作了并联结构的微光纤双结谐振器.基于环形谐振器和方向耦合器理论,提出并联结构微光纤双结谐振器的理论模型,分析了该谐振器中光场传输和耦合的方向,推导了该谐振器中输出光场与输入光场之间的数学解析式和群延时表达式.通过数值模拟,给出了有关该谐振器的透射光谱和群延时,分析了群延时与透射光谱中谐振波长的对应关系.数值结果表明在该谐振器中,大的群延时能够在具有大消光比的谐振波长处产生.实验制作了一个并联结构的微光纤双结谐振器,测得的透射光谱与理论模拟相一致,验证了该谐振器理论分析的正确性.利用示波器上脉冲延时的方法,搭建了慢光延时测量系统,测得该谐振器中大约75ps的群延时,远大于现有文献中的值.该谐振器可用于微纳光学的数据延时线、光学开关和光学存储等.     

不同结构微光纤双结谐振器光谱特性理论和实验

基于环形谐振器和方向耦合器理论,提出了串联结构微光纤双结谐振器和并联结构微光纤双结谐振器的理论模型,推导了两谐振器中输出光场与输入光场之间的数学解析式,分析了两谐振器中光场的传输和耦合方向,及不同直径比的情况下其输出光谱的变化规律.数值模拟表明对于串联结构微光纤双结谐振器,位于其透射光谱包络下的透射峰数目等于其两环的直径比;对于并联结构微光纤双结谐振器,透射光谱中透射峰的数目随直径比的增加而增加,且每个直径比等间距的透射峰后会出现一个更窄的透射峰.实验制作了具有近似相等直径的串联结构微光纤双结谐振器和具有直径比近似为2的并联结构微光纤双结谐振器.两种结构的透射光谱均与理论模拟相一致,验证了理论分析的正确性.具有合适直径比的串联结构微光纤双结谐振器和并联结构微光纤双结谐振器在光学滤波器、微型激光器、传感器等方面有重要的应用.     

不同结构微光纤双结谐振器光谱特性理论和实验（英文）

基于环形谐振器和方向耦合器理论,提出了串联结构微光纤双结谐振器和并联结构微光纤双结谐振器的理论模型,推导了两谐振器中输出光场与输入光场之间的数学解析式,分析了两谐振器中光场的传输和耦合方向,及不同直径比的情况下其输出光谱的变化规律.数值模拟表明对于串联结构微光纤双结谐振器,位于其透射光谱包络下的透射峰数目等于其两环的直径比;对于并联结构微光纤双结谐振器,透射光谱中透射峰的数目随直径比的增加而增加,且每个直径比等间距的透射峰后会出现一个更窄的透射峰.实验制作了具有近似相等直径的串联结构微光纤双结谐振器和具有直径比近似为2的并联结构微光纤双结谐振器.两种结构的透射光谱均与理论模拟相一致,验证了理论分析的正确性.具有合适直径比的串联结构微光纤双结谐振器和并联结构微光纤双结谐振器在光学滤波器、微型激光器、传感器等方面有重要的应用.     

全光纤型微环谐振器的研制

环形谐振器因体积小、功能强、结构简洁等优点长期以来一直在光无源、有源器件的设计和制作中发挥着重要的作用。对光纤的弯曲损耗特性进行了深入分析,指出只有采用微细光纤才能降低全光纤法所制作的环形谐振器的尺寸,加宽器件的自由光谱范围(FSR)获得更好的精细度和品质因子。然后,在改进熔融拉锥技术的同时,保持慢变、绝热条件拉制出在80 mm长度范围内具有良好均匀性、半径为5μm的高质量微细光纤,在此基础上采用自缠绕法研制出半径仅为500μm,谐振效果明显加强的全光纤型微环谐振器,从而很好地解决了集成型微环谐振器较高的弯曲损耗和连接损耗问题。     

一种新型的专用于光学相干层析系统的宽带光纤光源

报道了一种新型的专用于光学相干层析系统的输出光谱为准高斯型的宽带超荧光光纤光源.该光源采用掺饵光纤作为增益介质.其关键技术是在抽运源的输出端增加了光耦合器，并在光源输出端插入多级长周期光纤光栅对铒离子的自发光谱进行调制和整形；同时采用光控器和温控器来控制抽运源的输出以提高光源输出功率的稳定性.该光源的中心波长为1.57μm，输出光谱的3dB带宽大于75nm，输出功率为27mW.实验结果表明，该光源输出光谱的自相关函数的旁瓣峰被大大削弱，可以满足光学相干层析系统的应用. 关键词： 光学相干层析术 超荧光光纤光源 长周期光纤光栅 光耦合器     

高性能反谐振空芯光纤导光机理与实验制作研究进展

传统实芯光纤无法克服材料本身固有的非线性、色散、瑞利散射、光照损伤等缺陷,微结构空芯光纤有望解决这些本征性问题,可以为高功率激光、非线性光学、生物光子学、量子光学、光纤传感、光通信等应用提供一个理想而方便的媒介.在技术实现的道路上存在着光子禁带空芯光纤和反谐振空芯光纤两种选项.后者具有宽带导光和高激光损伤阈值等优点,但是一直受困于较高的传输损耗.这一情况随着最近几年人们对反谐振导光机理和光纤制作技术研究的快速推进正在逐渐发生转变.本文回顾了我们团队五年来开展的系统性的理论和实验工作,介绍了一套直观的可定量计算的反谐振导光机制理论,展示了最新研制的高性能光纤.通过合理利用光纤结构中的局域性和全局性特征,突破了半解析计算反谐振空芯光纤限制损耗的难题;通过对光纤拉制条件的精密控制,制作出了紫外到中红外波段的各型光纤;并对进一步提高光纤性能和在此基础上的更丰富的光学应用研究进行了展望.     

基于光栅辅助微环结构的高斜率Fano谐振器

在集成光学回路中,相较于对称的洛伦兹线型,非对称的Fano谐振线型能实现光传输强度的急剧改变,从而有效提升光开关、调制器和传感器的灵敏度.提出了一种基于光栅辅助微环结构的Fano谐振器.该谐振器采用绝缘体上硅材料,通过在跑道微环内加入两组波导光栅结构实现Fano谐振.基于传输矩阵理论,推导了该谐振器的传输谱线,并分析了器件中不同结构参数对Fano谱线谐振峰位置、凹陷深度和斜率的影响,实现了最高斜率为-299.67 dB/nm、凹陷深度为9 dB、损耗为6.4 dB的Fano谐振谱线.该Fano谐振器具有斜率高、尺寸小、制造简单等优势,能广泛应用于光开关、光传感和光探测等领域.     

基于双矩形腔边耦合波导的等离子体诱导透明效应

为了降低功耗、实现超快速响应,设计了一种基于双矩形腔边耦合等离子体波导系统,并研究了其等离子体诱导透明效应.采用光学Kerr效应超快调控石墨烯-Ag复合材料波导结构,实现1 ps量级的超快响应时间.动态调控等离子体波导的传输相移,当泵浦光强为5.83 MW/cm^2时,等离子体诱导透明系统能够实现透射光谱π相移,这是因为基于石墨烯-Ag复合材料结构等离子体波导具有大的等效光学Kerr非线性系数,表面等离子体激元局域光场和等离子体诱导透明效应慢光对光学Kerr效应产生了协同增强作用,大大降低了系统获得透射光谱π相移的泵浦光强.等离子体诱导透明效应透明窗口的可调谐带宽为40 nm,系统的群延时控制在0.15 ps到0.85 ps之间,并且光波通过间接耦合或者相位耦合机制实现了等离子体诱导透明效应相移倍增效应.耦合模式理论计算结果很好地吻合了时域有限差分法仿真模拟结果,研究结果对于低功耗、超快速非线性响应和紧凑型光子器件的设计和制作具有一定的参考意义.     

基于光纤光镊的粒子捕获与操纵

光镊技术利用光的力学特性实现对微纳尺度物体的操纵,是研究自然科学中微观物质的重要技术手段.光纤光镊因其结构紧凑、便于集成、操作灵活、适用范围广等优点,成为广泛应用于光学捕获和光学操纵的工具.本文综述了近年来光纤光镊在微观粒子光学操纵方面的研究进展,以单模光纤、多芯光纤、环形芯光纤、同轴双波导光纤为例介绍了光纤光镊对目标...     

光子晶体光纤中级联长周期光栅双谐振波长干涉的研究

通过分析单模光纤SMF中的LPG对的传输特性及几个因素对干涉透射谱的影响,并结合前期工作,主要研究光子晶体光纤(PCF)中的LPG对在1665 nm附近U波段传输特性.结合光栅耦合强度与波长的关系以及拍长与波长的关系,对PCF中LPG对的参数进行选择设计,得到双谐振波长的干涉谱,级联LPG对构成的MZI干涉光谱在两个谐振波长处由于耦合强度不同而不同.     

High-efficiency broadband fiber-optic mechanical intermodal converter

We demonstrate a highly efficient, broadband fiber-optic intermodal converter. The technique relies on a long period grating mechanically induced in a two-mode fiber. A compact, portable apparatus was designed and fabricated, where period-variable metallic corrugation is implemented to form periodic micro-bends along the fiber. The coupling strength between the interacting fiber modes and the grating period can be tuned continuously and individually using two control knobs in the apparatus. Experimental results show that the complete coupling between the LP₀₁ and LP₁₁ modes is achieved, which is confirmed by an observed over-coupling while increasing the grating strength. For the short fiber length of <1.9 cm (33 grating periods), large band-rejection of −32.5 dB was obtained at resonance. The band rejection efficiency over 98.6% have been achieved in the entire communication C-band. As the grating strength increased, two over-couplings were observed at resonance, which indicates the high efficiency of the device. Experimental results are confirmed by our numerical simulations.     

存在中心凹陷时α光纤的LP_(11)模的归一化截止频率

本文采用归一化数学模型描述有中心凹陷的α光纤的折射率分布,利用级数法求解第一个高次模(LP_(11))的截止特性,给出了与实际折射率分布直接对应的归一化截止频率,对单模α光纤的设计和测量分析具有一定的实际意义。     

锥形光纤间的耦合特性

将通信光纤的末端拉制成锥形,利用光信号在光纤锥形区特有的传输和耦合特性,实现了光纤的耦合、连接和分束.用耦合模理论分析了锥形光纤间的传输和耦合性质,给出了光信号两锥形光纤间的耦合与两锥形光纤的距离和锥形区重叠长度等实验结果.     

Radio-frequency interrogation of a fiber Bragg grating sensor in the configuration of a fiber laser with external cavities

A fiber laser sensor, which consists of two coupled cavities based on three fiber Bragg gratings (two of them acting as sensing elements) and is interrogated via the longitudinal mode beating frequency, is presented. The two resonant cavities have lengths of 4250 m and 4297 m, respectively. Their beating frequency is of the order of 24 kHz, and its shift as a function of the variation of the period of one (or both) of the sensing gratings, induced by strain or temperature changes, can be measured by a radio-frequency analyzer. The system is suitable for long-distance sensing with high spatial resolution and high sensitivity.     

Curvature sensor based on a pressure-induced birefringence single mode fiber loop mirror

An optical fiber curvature sensor based on a pressure-induced birefringence singlemode fiber loop mirror is presented. The birefringer SMF is made by applying a transverse force against a short length of singlemode fiber. The length of the sensing element for the curvature sensing is about 150 mm. The sensitivity of the curvature measurement experimentally is 0.0263 m⁻¹/pm. And the temperature effect of the proposed sensor is also analyzed. Comparing with the sensor of photonic crystal fiber, it is more convenient and simply.     

Ytterbium-doped Y2O3 nanoparticle silica optical fibers for high power fiber lasers with suppressed photodarkening

We report efficient laser demonstration and spectroscopic characteristics of a Yb-doped Y₂O₃ (or Y₃Al₅O₁₂) nanoparticle silica fiber developed by conventional fiber fabrication technique. The spectroscopy study evidences modification in the environment of Yb ions by the Y₂O₃ nanoparticles. As a result, photodarkening induced loss is reduced by 20 times relative to Yb-doped aluminosilicate fibers. The fiber is suitable for power scaling with good laser slope efficiency of 79%.     

四端口全光纤反射器

本文提出了用级联方向耦合器组成四端口全光纤反射器的设想,给出了其基本结构形式,推导了各种结构的光场量和强度的反射和传输系数,并对其特性进行了分析和比较.     

使用FBG及更短光纤的高效Er3+-Yb3+共掺双包层光纤放大器

提出在光纤放大器中,使用光纤布喇格光栅作为泵浦光反射镜,所需的双包层光纤可以缩短,同时至少保持了与没有光纤布喇格光栅作为反射镜时光纤放大器相同的性能.基于速率及传输方程,对使用和不使用光纤布喇格光栅的铒、镱共掺双包层光纤放大器的性能进行了数值模拟.结果表明,使用光纤布喇格光栅作为反射镜时光纤放大器可以获得与无光栅时相同的输出功率,但仅仅需要后者长度一半的光纤,无论是前向泵浦还是后向泵浦.对后向泵浦方式并使用光纤布喇格光栅作为反射镜,可获得最高的输出功率及光增益,同时使用了较短的光纤.     

Effect of steady-state conditions on self-pulsing characteristics of Yb-doped cw fiber lasers

Fiber laser resonator configurations have been analyzed theoretically on the basis of steady-state rate equations to optimize the laser conversion efficiency. Evolution of the pump- and signal powers and the saturated gain coefficient along the length of the laser medium has been simulated for high- and low-finesse resonators in forward- and backward pumping schemes. The corresponding fiber laser configurations have been setup to verify the results of simulation. Backward pumping configuration in an Yb-doped fiber laser has been found to be the most efficient, and in this configuration a maximum cw output power of 10.75 W in single transverse mode with an optical-to-optical conversion efficiency of 62.5% has been achieved. The laser output spectrum was peaked at 1093 nm with full-width at half-maximum (FWHM) line-width of about 9 nm. In the low-finesse resonator configuration, it has been found that experimental observations differ from theoretical simulation results. In this case, output power from both ends ceases to increase linearly beyond 1.8 W, and starts fluctuating due to the onset of strong random self-pulsing phenomenon. Our investigation shows that a non-uniform steady-state gain along the fiber length facilitates the self-pulsing process.