用于垂直腔面发射激光器的超薄光子晶体反射镜

提出了一种光子晶体反射镜作为垂直腔面发射激光器的P面反射镜,并分析了其反射特性。为了设计在850 nm波段具有高反射率和宽带宽的光子晶体反射镜,采用三维时域有限差分法对光子晶体反射镜的结构参数进行计算优化。结果表明,当二维光子晶体结构的气孔半径为84 nm,周期为212 nm,高度为90 nm时,对应TE光学模式的高反射率（R≥99.5%）带宽为106 nm,与中心波长之比为12.5%;同时对于TM光学模式的反射率低于80%,具有较宽的偏振选择性。并且光子晶体反射镜薄,串联电阻小,没有氧化物引入的电阻和应力问题。因此,提出的新型光子晶体反射镜可替代传统垂直腔面发射激光器的P型分布布拉格反射镜,提供高反射率和宽带宽,并提高器件的光电性能。     

一维矩形刻槽相位栅的减反特性与结构优化

 为了得到一种结构简单、便于制作的可应用于可见光波段的减反射膜,利用等效介质理论研究了表面具有矩形刻槽周期分布形式的介质膜的减反射特性,比较了4种不同基底材料的减反特性,选用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为基底分析了一维单层矩形光栅结构的减反射膜的占空比、蚀刻深度、入射波长和入射角度对减反射特性的影响;给出了可见光波段的减反射膜的结构设计参数。研究结果表明：当入射角小于30°时,可见光中的短波段（0.4 μm～0.55 μm）反射率低于2%;当入射角小于10°时,该减反射膜可以使0.4 μm～0.8 μm可见光的反射率低于2%。     

一维TiO2亚波长光栅的衍射异常现象及其结构设计

研究了一维TiO₂亚波长光栅（SWG）的衍射异常现象,具体表现为泄漏模共振效应和瑞利异常。研究表明,一定参数条件下的横磁波（TM偏振）和横电波（TE偏振）入射均会出现瑞利异常和泄漏模共振效应。在TM偏振光情况下,会出现传统的窄带、高衍射效率泄漏模共振效应,而在TE偏振光情况下,由于多个接近的泄漏模共振峰相互叠加,故会形成宽带、高衍射效率的反射谱。采用严格耦合波理论计算了一维TiO₂ SWG的衍射效率,研究了光栅周期、高度和占空比对光栅反射率的影响。当光栅周期为0.49μm,高度为0.25μm,占空比为0.34时,SWG具有TE偏振选择性,在0.52μm波段处的反射率接近1,且高反带（反射率达到99.9%以上）宽度为26 nm。优化各结构参数,得到光栅周期、占空比、高度的制作容差分别为1.6%、8.3%、2.0%,故SWG理论上可以作为垂直腔面发射激光器的反射镜。     

低原子序数材料窄带多层膜的研制

为研制极紫外波段窄带多层膜反射镜,采用低原子序数材料组合设计了30.4 nm波长处Mg/SiC,Si/SiC,Si/B4C和Si/C多层膜反射镜,并与极紫外波段传统的Mo/Si多层膜反射镜进行对比。采用直流磁控溅射技术制备了这些多层膜,在国家同步辐射实验室辐射与计量光束线完成了多层膜反射率测量,测量结果表明：Mg/SiC多层膜的带宽最小,为1.44 nm,且反射率最高,为44%;而Mo/Si多层膜的反射率仅为24%,带宽为3.11 nm。实验结果证明了采用低原子序数材料组成的多层膜的带宽要比常规多层膜窄,该方法可以应用于极紫外波段高分辨研究。     

低原子序数材料窄带多层膜的研制

为研制极紫外波段窄带多层膜反射镜,采用低原子序数材料组合设计了30.4 nm波长处Mg/SiC,Si/SiC,Si/B4C和Si/C多层膜反射镜,并与极紫外波段传统的Mo/Si多层膜反射镜进行对比。采用直流磁控溅射技术制备了这些多层膜,在国家同步辐射实验室辐射与计量光束线完成了多层膜反射率测量,测量结果表明:Mg/SiC多层膜的带宽最小,为1.44 nm,且反射率最高,为44%;而Mo/Si多层膜的反射率仅为24%,带宽为3.11 nm。实验结果证明了采用低原子序数材料组成的多层膜的带宽要比常规多层膜窄,该方法可以应用于极紫外波段高分辨研究。     

软X射线多层膜反射镜反射率测量

 采用线状激光等离子体作为软X光源,用具有空间分辨的掠入射光栅谱仪对正入射多层膜反射镜进行了反射率测量。谱仪测谱范围20~40nm,谱分辨0.05nm,测得50层C/Al反射镜在中心波长28.6nm处反射率为22%,带宽约为2.5nm。     

软X射线多层膜反射镜反射率测量

采用线状激光等离子体作为软X光源,用具有空间分辨的掠入射光栅谱仪对正入射多层膜反射镜进行了反射率测量。谱仪测谱范围20~40nm,谱分辨0.05nm,测得50层C/Al反射镜在中心波长28.6nm处反射率为22%,带宽约为2.5nm。     

波长可调谐取样光纤光栅激光器的输出特性研究

建立了具有两个取样周期略有不同的取样光纤光栅反射镜的Vernier波长调谐机制的光纤分布布拉格反射式激光器的数值仿真模型,对激光器的输出特性进行了分析. 研究了激光器输出特性随着激光器前后光栅反射镜波长以及前后光栅反射镜反射率的变化关系. 提出了对两取样光栅反射率的优化配置方案,可以使输出激光的边模抑制比有所提高;同时对波长调节方式也进行了探讨;进行了实验研究. 关键词： 取样光纤光栅 光纤激光器 波长可调谐激光器     

基于亚波长二维光栅的入射角不敏感颜色滤光片研究

提出了一种基于二维亚波长光栅的具有非偏振光入射下入射角不敏感特性的反射式颜色滤光片. 采用严格耦合波分析方法详细分析了光栅周期、光栅层厚度以及固定光栅占空比下光栅的结构尺寸对反射率峰值、反射带位置及带宽的影响. 结合入射角不敏感特性, 经过优化设计得到了光栅的最终结构参数, 获得了中心波长424 nm, 峰值反射率56%, 带宽45 nm的反射滤光片.模拟结果表明, 在非偏振光入射下, 此滤光片的反射光谱表现出显著的入射角不敏感特性. 当入射角高达60°时反射带的中心波长偏移6 nm 反射率下降6%带宽增加8 nm 其参数没有较大变化通过调整光栅的结构参数可在400–520 nm范围内调节滤光片的中心波长以获得不同颜色的入射角不敏感滤光片. 关键词： 反射式滤光片 二维亚波长光栅 入射角不敏感 严格耦合波分析     

应用于VCSEL的GaAs/AlOx高折射率对比度亚波长光栅反射镜的设计和制备

基于严格耦合波理论,分析GaAs/AlO_x高折射率对比度亚波长光栅(HCG)反射镜的偏振和反射特性,设计了横电(TE)偏振的HCG。当入射光由衬底垂直入射时,HCG在940 nm附近的最高反射率接近1。分析了光栅形貌误差和入射角偏差对其反射特性的影响。采用金属有机化合物气相沉积技术进行外延生长,通过电子束曝光、干法刻蚀、湿法刻蚀以及湿法氧化等方法制备出HCG,并进行理论与实验结果的对比分析。实验测试了入射光由光栅表面垂直入射的反射率,其中TE偏振光的最高反射率达到84.9%,与86.5%的理论值比较接近,且横磁(TM)偏振光的反射率低于40%,反射谱的变化规律也与理论结果基本一致,这验证了理论结果的合理性。该反射镜可以作为垂直腔面发射激光器的超薄反射器,具有低损耗、偏振稳定和单模工作的特性。     

双包层光纤光栅选频双包层光纤激光器

双包层光纤激光器中多采用法布里珀罗(F-P)线形腔结构,谐振腔为一只二向色镜和光纤端面菲涅耳反射镜(反射率约为4％)构成,这属于一种有缺陷的腔结构,其稳定性不好,产生激光的波长很难得到有效控制,后腔镜不能精确选择激光器的输出波长,激光器的输出谱线较宽。在某些对激光波长有明确要求的应用中,该结构会受到限制。采用布拉格光纤光栅作腔镜,利用其窄带滤波特性,可以得到窄线宽的激光输出,目前报道的作为腔镜的布拉格光纤光栅为在单包层光敏光纤上制作而成,然后分别将不同反射率的光纤光栅与双包层增益光纤熔接,这给腔镜与双包层光纤之间带来很大的耦合损耗,影响了激光器的功率输出。该文报道了用相位掩模法在双包层光纤芯上写入了布拉格光纤光栅,并把此光纤光栅做为后腔镜．对长度为10m、20m的D形掺Yb^3 双包层光纤激光器进行实验研究,在1058nm附近得到稳定的窄线宽激光输出,3dB带宽为0．329nm。激光器最大输出功率为570mW。最后对实验结果进行了理论分析。     

基于亚波长光栅的VCSEL偏振控制研究

为了确定亚波长光栅在微电机械系统(MEMS)波长可调谐VCSEL不同位置(上DBR上表面、上DBR下表面以及内腔)中实现TE和TM偏振控制的光栅参数范围以及光栅在哪个位置时实现偏振控制最稳定,通过MATLAB建立MEMS波长可调VCSEL的模型,然后计算光栅在3种位置时上反射镜(包括空气隙和光栅)随光栅参数变化的反射率,以此来确定它们实现TE/TM稳定偏振的光栅参数范围(即高反射范围内的参数)。将各自的高反射所对应反射率减去相同光栅参数范围内TM/TE低反射对应的反射率,通过反射率差值确定光栅在哪种位置时MEMS波长可调谐VCSEL实现偏振是最稳定的。最后得出的结论是光栅在上DBR下表面几乎无法控制TM偏振,而将光栅放置于内腔中,无论是在TE偏振控制上还是TM偏振上都是最稳定的。在实现TE偏振稳定的参数范围内,TE的阈值增益比TM最小少10 cm~(-1);而在实现TM偏振稳定时,在TE偏振稳定的参数范围内,TE的阈值增益比TM最小少5 cm~(-1)。     

光纤光栅的反射率特性

基于光纤光栅在光通信中的重要应用,根据耦合模理论数值模拟了波长在1.55μm附近时光纤光栅长度与反射率的关系,分析图形得到了在1.50μm到1.55μm之间出现较强的反射率,几乎接近100%,同时分析了折射率变化对反射率的影响,研究结果为光通信中无源光器件的制作提供理论依据。     

短腔Er/Yb光纤光栅激光器

报道采用光敏Ｅｒ／Ｙｂ 光纤制作短腔Ｅｒ／Ｙｂ 光纤光栅激光器的实验结果。激光谐振腔由一对直接写在３０ ｍ ｍ 长的Ｅｒ／Ｙｂ 光纤上、长度分别为６ ｍ ｍ 及１０ ｍ ｍ 、反射率分别为９０％ 及９８．６％ 、３ ｄＢ带宽分别为０．２８ ｎｍ 及０．２６ ｎｍ 的光纤布拉格光栅组成, 激光器的泵浦阈值为８ｍ Ｗ, 斜效率约１４％ , 输出光的信噪比为６１ ｄＢ, 偏振模抑制比为３０ ｄＢ。     

一种新型的光纤光栅调Q掺Er光纤激光器

报道一种采用光纤光栅迈克尔逊干涉仪结构实现掺Ｅｒ光纤Ｑ－开关激光输出的实验，其中的全光纤迈克尔逊干涉仪由二个相同的光纤光栅构成，用来作为激光腔的其中一个反射镜，它同时提供了对激光输出波长的造反作对腔面反射率进行调制的二个功能，实验得到稳定的激光输出波长在１５４５．７０μｍ，脉冲功率为５００ｍＷ，脉宽为１．３μｓ，重复频率为１７ｋＨｚ。     

Optimized sub-wavelength grating mirror design for mid-infrared wavelength range

Several designs of sub-wavelength grating mirrors adapted to mid-infrared operation are reported with several percents of tolerance for the grating fabrication. These designs have been automatically optimized by the use of a genetic-based algorithm to maximize a quality factor defined to meet the requirements of a VCSEL cavity mirror. These mirrors are devoted to integration in VCSEL operating near λ=2.3 μm, with a large bandwidth, very high reflectivity coefficient for transverse magnetic mode only, polarization selectivity and a thickness as low as 2 μm.     

带宽可调的斜边光纤光栅滤波器的设计与制作

基于遗传算法设计了斜边三角形光纤光栅(EFBG)的折射率调制函数;提出了光纤外径沿轴向变化、在拉应力下可获得可调谐的斜边三角形光纤光栅;计算分析了该器件多个物理参量对反射光谱的影响。在实验中,采用紫外激光扫描辐照方法,制备了短波边斜边带宽为0．7nm、反射率为96％的斜边三角形光纤光栅;采用程序控制氢氟酸腐蚀方法获得外径从原始62．5μm减小到45μm、在85mm长度内按设计要求变化的光纤光栅。对该光纤光栅施加从。到1．715N变化的拉力时,其反射光谱短波边的斜边带宽从0．7nm增加到2．3nm,实现了一种带宽大范围可调的斜边光纤光栅。     

Spectrum Improvement of a High-Power Broad-Area Laser Diode Based on a Grating Semi-Feedback External Cavity Scheme

We propose a grating semi-feedback external cavity (GSFEC) scheme for high-power broad-area laser diodes for improving the spectrum characteristics of high-power semiconductor lasers. We design this scheme as two crossed cylindrical resonators employing a holographic diffraction grating and a rectangular highly reflecting mirror. In our experiments, we obtain stable spectrum characteristics over a tuning range of 5 nm, with maximum output power up to 764 mW at an operating current of 3.5 A. The wavelength drift rate with injection current decreases from 0.59 nm/A of free-running condition to 0.2 nm/A, and the laser bandwidth is compressed to 21.5% at 2 A.     

Excellent polarization-independent reflector based on guided mode resonance effect

A broad band polarization-independent reflector working in the telecommunication C+L band is proposed using the guided mode resonance effect of a periodic surface relief element deposited by a layer of silicon medium. It is shown that this structure can provide high reflection (R>99.5%) and wide angular bandwidth (θ≈20°, R>98%) for both TE and TM polarizations over a wide spectrum band 1.5 μm～1.6 μm. Furthermore, it is found by rigorous coupled wave analysis that the polarization-independent reflector proposed here is tolerant of a deviation of grating thickness, which makes it very easy to fabricate in experiments.     

A Continuously Tunable Erbium-Doped Fibre Laser Using Tunable Fibre Bragg Gratings and Optical Circulator

A continuously tunable erbium-doped fibre laser （TEDFL） based on tunable fibre Bragger grating （TFBG） and a three-port optical circulator （OC） is proposed and demonstrated. The OC acts as a 100%-reflective mirror. A strain-induced uniform fibre Bragger grating （FBG） which functions as a partial-reflecting mirror is implemented in the linear cavity. By applying axial strain onto the TFBG, a continuously tunable lazing output can be realized. The wavelength tuning range covers approximately 7.00nm in C band （from 1543.6161 to 1550.3307nm）. The side mode suppression ratio （SMSR） is better than 50 dB, and the 3 dB bandwidth of the laser is less than 0.01 nm. Moreover, an array waveguide grating （AWG） is inserted into the cavity for wavelength preselecting, and a 50 km transmission experiment was performed using our TEDFL at a 10 Gb/s modulation rate.