一维光子晶体微谐振腔的调谐特性与品质因子

利用传输矩阵法研究了对称结构和非对称结构一维光子晶体微谐振腔的调谐特性和品质因子.研究发现：当缺陷层光学厚度增加时,缺陷模中心波长也会随着增加即向长波方向移动,微谐振腔的调谐特性与缺陷层两边介质的折射率有关;相比于对称结构,非对称结构能在较小的缺陷层光学厚度变化范围内实现较大波长范围的线性调谐;品质因子随缺陷层厚度的增加先增大后减小,在缺陷模中心波长为λ0时可达最大值;高低折射率介质层的排布对微谐振腔品质因子有影响.     

一维光子晶体微谐振腔的调谐特性与品质因子

利用传输矩阵法研究了对称结构和非对称结构一维光子晶体微谐振腔的调谐特性和品质因子.研究发现:当缺陷层光学厚度增加时,缺陷模中心波长也会随着增加即向长波方向移动,微谐振腔的调谐特性与缺陷层两边介质的折射率有关;相比于对称结构,非对称结构能在较小的缺陷层光学厚度变化范围内实现较大波长范围的线性调谐;品质因子随缺陷层厚度的增加先增大后减小,在缺陷模中心波长为λ0时可达最大值;高低折射率介质层的排布对微谐振腔品质因子有影响.     

磁控管衍射输出结构的π模特性

 磁控管结构以及类磁控管结构（无阴极）是具有衍射输出结构的磁控管最基本的组成单元,分析这两种结构的色散关系是研究具有衍射输出结构的磁控管模式转换和传输特性的基础。在基于场匹配法得到类磁控管结构的色散关系的同时,利用数值计算定量分析了6腔和2腔磁控管结构以及类磁控管结构中的π模谐振点随结构参数的变化关系。分析结果表明：对于磁控管结构,当阴阳极间距一定时,π模谐振波数随谐振腔半径的减小而增大;当谐振腔半径一定时,π模谐振波数随阴阳极间距的增大而增大;对于类磁控管结构,π模谐振波数随谐振腔深度的减小或提取腔半径的减小而增大。     

磁致伸缩换能器辐射板形状对声场分布的影响

磁致伸缩换能器可作为热声制冷机的声源装置,辐射板的形状直接影响声压输出效率,从而影响制冷效果。为提高换能器工作效率、减小换能器体积,辐射板需在Terfenol-D棒的激励下产生大振幅、高频率的活塞振型。针对这一问题,应用ATILA软件分析了磁致伸缩换能器辐射板形状对谐振腔振动幅频特性的影响以及对谐振腔内声场分布的影响。结果表明:相同激励条件下,凹球面辐射板出现活塞振型时振幅最大,对应谐振腔中声压幅值最高;谐振腔端面形状为凹球面时,具有聚焦声压幅值的作用;端面形状为凹发射端-凸反射端组合的谐振腔内声压幅值最高。以上结论为合理设计辐射板、谐振腔两端面组合形状提供了参考。     

实现多共振模的一维异质结构光子晶体

用两种正折射率材料设计了一维光子晶体异质结构模型,并利用传输矩阵法对该光子晶体的透射谱进行了理论研究。结果发现:光通过光子晶体时,在较宽的禁带范围内出现透射率为100%的多条共振模,且共振模的数目与光子晶体结构周期数m相对应;当入射角一定时,共振模的位置可以通过介质的折射率、厚度来调制;当入射光入射角度增大时,多共振模出现整体蓝移,同时共振模宽度变窄。这些特性有望应用于多通道窄带滤波器的设计。     

泵浦光聚焦特性对高重频1064 nm被动调Q激光器的影响

研究了泵浦光聚焦特性对被动调Q激光器输出激光特性的影响。使用10 W激光二极管(LD)和焦距为4 mm的耦合聚焦镜,在不改变LD和谐振腔结构与间距(15 mm)的情况下,选取5个耦合聚焦镜位置,研究对应泵浦光聚焦特性对输出激光特性的影响,特别是对输出脉冲稳定性的影响。泵浦功率为3.550 W时,相较于其他耦合聚焦镜位置,在耦合聚焦镜距离LD 7.50 mm处,被动调Q激光器实现了更高重复频率(160 kHz)、更高平均输出功率(360 mW)、更高单脉冲能量(2.250 μJ)、更低时域抖动(120 ns)的稳定脉冲输出。实验数据说明,耦合聚焦镜距离LD 7.50 mm处,泵浦光聚焦光斑与谐振腔基模光斑的匹配程度较好。理论计算得出,耦合聚焦镜距离LD 7.50 mm时,谐振腔基模光斑尺寸与泵浦光聚焦光斑束腰尺寸的比值为0.854,该比值对今后开展高重频被动调Q激光器相关研究具有一定的借鉴意义。     

基于TM010模介质谐振腔的小型化腔体滤波器

现用于4G基站的介质腔体滤波器都采用TE_01δ模介质谐振腔,虽然其品质因数Q值很高,但体积较大。为了小型化介质腔体滤波器,创新性地使用了TM₀₁₀模介质谐振腔,虽然其Q值比较低,但同样能满足高带外抑制的要求。对TM₀₁₀模介质谐振腔的端口耦合和两腔之间的磁耦合、电耦合进行分析研究,创新性地使用了介质窗的形式产生电耦合,避免了使用飞杆,易于加工,降低制造成本。最后设计了一个8腔TM₀₁₀模准椭圆函数介质腔体带通滤波器,在通带(TD-LTE频带,2570~2620 MHz)两端分别设计两个传输零点以提高带外抑制。调试结果表明,TM₀₁₀模介质腔体滤波器不仅能满足低插损、高带外抑制的要求,而且其体积大幅度缩小。     

石英管对平行WR-430波导谐振腔电场的影响

详细讨论了石英管对平行WR-430波导谐振腔内部电场强度的影响。在没有石英管时,电场强度在每个狭缝附近发生突变,其峰值沿着一个波导逐渐减小,而沿着另外一个波导逐渐增大。存在石英管时,内部电场变弱且沿着石英管内表面无规则振荡,而且电场沿着两个波导之间的中心轴线波动。当石英管壁厚度和离上下波导的距离分别为5和2 mm时,谐振腔内部的平均电场强度达到最大,而且电场强区面积较大。当上述两者分别超过5和2 mm时,内部电场的最大值会随着石英管壁厚度和距离逐渐减弱。低气压和大气压空气等离子体在谐振腔内部被激发,其形态比较接近各自的仿真的电场强度分布。     

高功率连续Nd:YAG激光器

本器件是一台高功率连续两棒串接的激光器。激光棒端面进行了修磨,以减少棒的热效应,提高激光的输出特性,并选取合适的泵浦功率和谐振腔结构,获得最佳的振荡模体积的匹配。 本器件可用于金属切割和焊接,医用激光中的肠瘤气化和切除等。 主要技术指标:     

腔内双棒串接的基模动态稳定腔研究

为了获得大功率高亮度的激光光源,设计并实现了一种使用双棒串接的基模动态稳定谐振腔.通过补偿热致双折射效应以及合理地设计腔内参数,在使用闪光灯抽运的条件下获得了61W的基模连续输出.使用等效热透镜的方法分析了谐振腔参数对激光器性能的影响,解释了输出镜和全反镜的距离对激光器性能所起的不同作用. 关键词： 动态稳定腔 双棒 谐振腔模式     

高Q值单间隙同轴谐振腔的物理设计与实验研究

随着高功率微波源向高功率、高频率和长脉冲方向不断发展,同轴相对论速调管放大器（RKA）成为近年来研究热点之一,然而其发展一直受限于自激振荡等问题存在,为此,设计一种高Q值单间隙同轴谐振腔,以抑制同轴RKA中TEM模式泄露引起的自激振荡。通过对单间隙同轴谐振腔TM01模式与TEM模式转化进行理论分析与仿真模拟,发现同轴谐振腔上下槽深差值与轴向错位值对其Q值变化影响很大,当上下槽深差值与轴向错位值分别为0.3 mm和0 mm时,同轴谐振腔的Q值为极大值（18 764）,意味着此时谐振腔中两种模式转化最小,多组谐振腔级联后自激振荡风险大大降低。将三组级联的高Q值单间隙同轴谐振腔应用于紧凑型同轴RKA,粒子模拟和实验结果表明,器件的输出微波功率稳定,频谱纯净,无自激振荡等问题存在。     

高功率O型慢波器件的纵向模式选择研究

利用传输线理论说明了由于慢波结构与其输入、输出端阻抗不匹配导致同一横模对应的不同纵模的形成;根据S参数方法，研究了过模慢波结构TM01模对应各纵模的频率、场分布和Q值，并分析了慢波结构周期数对纵模的数目、纵模间的频率间隔以及各纵模Q值的影响等.在此基础上提出在O型慢波器件中使用谐振腔，可减少慢波结构周期数，不但使器件结构更为紧凑，还可避免纵模竞争，从而提高器件效率、稳定产生微波频率. 关键词： 纵模选择 传输线理论 慢波结构 谐振腔 O型高功率慢波器件     

基于非对称圆形谐振腔金属-介质-金属波导结构的带阻滤波器

提出一种金属-介质-金属非对称圆形结构,该结构由两个圆形谐振腔、一个传输波导和两个耦合波导组成。利用谐振腔的局域作用加强表面等离激元的耦合作用,获得较大的透射率。采用有限时域差分方法研究了圆形谐振腔半径、个数和两圆腔中心距离对强透射特性的影响。结果表明,当非对称圆形谐振腔的半径为100nm、两圆间距为200nm时,该结构具有较高的透射率。通过优化主要参数,所设计结构的平均阻带宽度为1000nm,工作范围可增大到2500nm。     

圆形高斯镜平凹腔腔镜变形时激光模场分析

把圆形高斯镜平凹腔自再现模的衍射积分方程转化为有限阶的矩阵方程,在平面输出镜呈高斯分布的镜面变形时,数值计算了激光场模式的场强、相位分布和模式本征值。结果表明,当变形量较小时,随着变形量的增加,镜面上光场的分布范围增大,也就说明模体积增大,但镜面光场仍保持拉盖尔-高斯光束基模特征,相位由平面慢慢变得凸起,远场分布变化不明显。当变形量较大时,光场分布开始发生畸变。从模式本征值的变化看,在一定的变形范围内,本征值下降不多,说明较小的变形量对激光损耗影响不大,仍能使激光较稳定输出。在圆形高斯镜平凹腔输出镜发生不大的高斯状变形的情况下,仍有维持输出高质量激光束的能力。     

输出环状光束的新型激光谐振腔

提出一种输出环状光束的新型激光谐振腔,即在稳定激光谐振腔中采用外环耦合方式得到环状光束的输出。利用For-Li数值迭代算法求解此类激光谐振腔的积分方程,通过计算机编程计算了平面一凹球面稳定谐振腔的输出端平面镜在不同半径的情况下,谐振腔镜面上和衍射耦合输出场基模的振幅和相位分布。计算结果预示了当输出端平面镜半径小于通常的稳定腔的基模半径时,衍射耦合输出场有稳定的环状光束输出。实验中TEA CO2激光器采用印刷电路板预电离结构,增益长度90cm,腔长5m,球面全反射镜曲率半径20m,输出端平面镜半径4．5mm,得到了内环半径为4．5mm、外环半径为5．5mm的基模环形光斑输出。从而在理论上和实验上证实了该方案产生环状光束的可行性。     

单负材料一维光子晶体的透射谱特性

利用传输矩阵法研究了单负材料一维光子晶体(AB)m(ADBDB)n(AB)mA的透射谱,发现:透射谱中出现2个共振隧穿模,其位置和间距可由周期数m或n,以及介质层厚度d调节控制。改变m,会出现2个恒定间距的共振隧穿模;改变dA,共振隧穿模间距增大,且当dA≥25mm时,间距增大加剧;改变n,共振隧穿模逐渐趋于简并,当n≥6时,两隧穿模合二为一;改变dD,两共振隧穿模亦逐渐趋于简并,当dD≥20mm时,两隧穿模亦合二为一。这些特性可为利用光子晶体设计可调性高品质单通道、双通道滤波器提供参考。     

双模SU（2）相干场与∧型三能级原子耦合系统中场熵的演化

研究了双模SU（2）相干场与∧型三能级原子相互作用系统中场熵的演化特性。讨论了两场模与原子的耦合系数相对大小、单模场中光子数的最大可能值Ⅳ和描述两个场模光子平均数之比参数f的变化对场熵演化的影响。数值计算结果表明：两场模与原子的耦合强度近似相等时,场熵随时问作等幅周期性振荡;当两场模与原子的耦合系数相差较大时场熵演化出现崩塌和恢复现象,崩塌持续时间随两场模与原子的耦合系数之比l和两个场模光子平均数之比f增大而缩短,随单模场中光子数的最大可能值N增大而增大。     

双模SU(2)相干场与Λ型三能级原子耦合系统中场熵的演化

研究了双模SU(2)相干场与Λ型三能级原子相互作用系统中场熵的演化特性.讨论了两场模与原子的耦合系数相对大小、单模场中光子数的最大可能值Ⅳ和描述两个场模光子平均数之比参数ξ的变化对场熵演化的影响.数值计算结果表明:两场模与原子的耦合强度近似相等时,场熵随时间作等幅周期性振荡;当两场模与原子的耦合系数相差较大时场熵演化出现崩塌和恢复现象,崩塌持续时间随两场模与原子的耦合系数之比l和两个场模光子平均数之比ξ增大而缩短,随单模场中光子数的最大可能值N增大而增大.     

部分相干径向偏振光束传输中相干性研究

根据广义惠更斯理论及相干偏振统一理论, 研究部分相干径向偏振光束在自由空间中传输时, 不同参考点处复相干度随传输距离的变化规律. 研究表明, 部分相干径向偏振光束在自由空间中传输, 不同参考点处, 复相干度模值随距离的变化规律有所差别. 当参考点位于原点时, 随着传输距离增大, μ_xx模值及μ_xy模值分布形式不变, 分布范围增大; 当参考点位于x轴上时, μ_xx模值由单峰值向三峰两谷对称形式演化, μ_xy模值由单侧两峰向四峰四谷对称形式演化, 完成演化所需传输距离与参考点距离x轴中心的远近有关, 参考点距离x轴中心越近, 完成演化所需的传输距离越短; 当参考点位于y轴时, 随着距离增大, μ_xx模值分布形式不变, 分布范围增大, μ_xy模值由上侧两峰向四峰四谷对称形式演化, 演化所需传输距离与参考点距y轴中心远近有关, 参考点距y轴中心越近, 完成演化所需的传输距离越短; 当参考点位于其他位置时(非特殊位置), μ_xx模值及μ_xy 模值分布规律, 遵从各自参考点在x轴, y轴上的分布规律的结合即参考点位于其他位置时, μ_xx模值及μ_xy模值分别随距离变化逐渐演化成三峰结构、四峰结构.     

104 W内腔倍频全固态Nd:YAG绿光激光器

报道了一台高功率内腔倍频全固态Nd:YAG绿光激光器,针对KTP晶体热效应和激光热稳定腔,采取了对KTP晶体进行低温冷却的优化措施,以便减少KTP晶体的热效应导致的相位失配,同时兼顾了Nd:YAG棒的热致双折射效应和KTP晶体热透镜效应,设计了热稳定谐振腔;实验中采用80个20 W激光二极管阵列侧面抽运Nd:YAG棒和Ⅱ类相位匹配KTP晶体(在27℃时相位匹配角为φ=23.6°;θ=90°,尺寸为7 mm×7 mm×10 mm)内腔倍频技术,谐振腔腔长为530 mm,KTP晶体的冷却温度为4.3 ℃,抽运电流为18.3 A时,实现平均功率达104 W、脉冲宽度为130 ns的532 nm激光输出;其重复频率为20.7 kHz.光-光转换效率为10.2%.