埋入光纤挠性基板的光电耦合模块设计

为了提高埋入光纤挠性基板光电互联系统中激光束与光纤之间的耦合效率,设计了一种可分离式的高效光电耦合模块。对耦合模块的结构尺寸进行了设计,并运用Matlab软件分析了激光束经过45°全反射镜时的能流变化情况;针对芯径为62.5μm、数值孔径为0.25的多模光纤,利用Zemax软件仿真模拟光纤耦合系统,并用正交下降法优化耦合系统结构,将单路波长为1 310 nm、输出功率为1 W的垂直腔面激光束耦合进光纤。分析结果表明,耦合效率与轴向偏差、角向偏差成中心对称分布,当制造误差最大时,耦合效率达到79.37%,耦合损耗为1. 00 d B。该光电耦合模块具有较高的定位误差,最高耦合效率可达85.35%,最低耦合损耗为0.69 d B。     

保偏光纤熔锥区的传输特性分析

建立了保偏光纤熔锥区截面的有限元模型,基于热-结构-电磁多物理场耦合有限元方法,分析了保偏光纤熔锥区的传输特性.给出了热应力导致的保偏光纤应力双折射及折射率变化曲线;分析了随着拉伸长度的增加,传输模式的转换以及传播常量的变化;分析了随着芯径的减小,应力区对电磁场分布的影响.     

基于光纤旋转连接器的光纤耦合效率研究

基于渐变折射率透镜准直器一定程度上可以提高空间光-光纤耦合效率,但会引入光纤与渐变折射率透镜装配误差和渐变折射率透镜间位置误差。鉴于以上两种误差情况,本文提出了修正光纤与渐变折射率透镜装配误差的位移法和基于楔形棱镜和平板玻璃的光束指向调整法。首先运用光线传输矩阵的数学分析方法建立了光线传输模型,分析当光纤与渐变折射率透镜存在距离误差和位置误差下耦合效率的变化,最后利用位移法降低了距离误差对插入损耗的影响,使系统插入损耗降低至0.2 dB。在存在位置误差下利用光束指向调整法降低插入损耗至0.7 dB。这两种方法可以有效提升光纤旋转连接器耦合效率。     

长周期光纤光栅包层模特性及其对传输谱的影响

从模式耦合理论出发,用数值计算的方法分析了长周期光纤光栅的包层模中各不同阶次模式的有效折射率及其交/直流耦合系数随波长以及阶次的变化规律.研究发现包层膜有效折射率、直流耦合系数及奇数阶次的交流耦合系数都随着波长的增加而减小.而阶次高的模式对应的有效折射率以及奇数阶交流耦合系数随波长的变化速率较之低阶次的来说要大.进一步分析了直流耦合系数对谐振峰值位置的影响,并且揭示了相邻谐振波长的峰值位置之差随波长而逐渐增大的原因.     

长周期光纤光栅检测混合油的折射率

为了检测柴油煤油混合油的折射率特性,利用耦合模理论分析长周期光纤光栅折射率传感特性,建立长周期光纤光栅中心波长、透射谱峰值损耗与混合油品中柴油含量的关系.结果表明:在混合油中,随着柴油含量的增加,长周期光纤光栅波长发生蓝移,当柴油含量达到使混合油折射率等于包层折射率时,中心波长漂移最大,柴油含量每改变1%,中心波长平均漂移0.622 7nm;柴油含量继续增加,混合油折射率大于包层折射率时,光栅中心波长基本保持不变,但是峰值损耗逐渐增大,带宽减小,之后柴油含量每增加1%,峰值损耗线性增加0.154 6dB.该方法在检测混合燃料各组分含量具有潜在的应用前景.     

侧面研磨光纤Bragg光栅的外部折射率敏感特性研究

光纤Bragg光栅对外界折射率的变化不灵敏,无法直接作为气体、液体等的敏感元件.侧面研磨的光纤Bragg光栅,一侧包层减小至几微米,其辐射场可通过包层透射到被传感物质,因而被传感物质的折射率的变化可以改变光纤的有效折射率,从而使光栅的Bragg波长产生位移.实验中利用不同浓度的NaCl溶液来改变光纤光栅的外部折射率,Bragg中心波长的偏移量和浓度近似为线性关系.同时,透射功率的变化量和浓度也近似为线性关系.     

光子晶体光纤的耦合分析

利用等效折射率模型对光子晶体光纤与普通单模光纤的耦合情况进行了分析,并用有限元分析模型对等效折射率法得到的模场半径随着跨距的增大而增大的模场特性进行了验证,得到了当光子晶体光纤的填充比固定时,随着跨距的增大,耦合损耗会随之减小到最小值,然后又再度增大这一结论.并通过合理地选择光子晶体光纤的填充比以及跨距来提高耦合效率.     

金属镀层光纤环的热应力及其引起的弹光效应

为了研究金属镀层对光纤宏弯损耗性能的影响,建立了带金属镀层的光纤环所受热应力及热应力引起的弹光效应的数学模型。计算了金属镀层光纤环的热应力系数和折射率热应力系数。仿真分析了光纤环向热应力系数Kθt、径向热应力系数Krt和折射率热应力系数Kn的主要影响因素。结果表明:Kθt远大于Krt,光纤主要受到环向热应力,径向热应力可忽略;热应力及其引起的折射率变化与径向位置和镀层厚度有关,与光纤环的弯曲半径基本无关;镀层厚度在0~2000μm范围内,随着厚度增加,Kθt和Kn均会先快速增大,再缓慢增大并趋于稳定;Kn为负值,随着温度增加,热应力将引起光纤折射率逐渐减小。该模型从理论上解释了金属镀层光纤环的热应力会引起光纤折射率变小,从而改变光纤的宏弯损耗。     

光子晶体光纤中布里渊散射声波模式特性的分析

推导了光子晶体光纤中声波微小位移波动方程; 研究了泵浦波长以及纤芯折射率对声波模式的影响; 应用石英圆柱模型研究了小芯径光子晶体光纤中纤芯直径对布里渊声波模式色散的影响. 结果表明在光子晶体光纤中, 纵向声波和横向声波共同作用产生质点声场, 两者相互耦合将产生混合声波模式; 可以通过改变泵浦波长或光子晶体光纤纤芯折射率来改变参与布里渊散射(BS) 过程的声波模式的传播常数; 随着光子晶体光纤(PCF) 纤芯直径的增大, 声波模式耦合程度得到加强, 相速度呈减小趋势, 且同一传播常数下, 声波模式数呈增多趋势; 随着泵浦波频率的增大, 声波相速度减小.     

面向模分复用的偏振保持领结型椭圆芯少模光纤的设计

提出了一种弱耦合领结型椭圆芯应力保偏少模光纤(PM-FMF),通过使用高折射率纤芯,所提出的光纤可在1505～1585 nm波段下,支持32个独立的本征模式。椭圆纤芯和领结型应力区的引入,有效地分离了相邻的本征模式。采用有限元法对领结型椭圆芯应力PM-FMF的纤芯及领结型应力区的结构参数进行优化。评估了光纤参数对模式数量、模式间的最小有效折射率差、模态双折射、应力双折射以及弯曲损耗的影响。此外还分析了该光纤的带宽性能,包括模式间的有效折射率、有效折射率差、差分模式时延(DMD)。经数据分析,在1505～1585 nm波段下,该光纤支持的32个本征模式是完全分离的,相邻模式之间的最小有效折射率差大于1.295×10?4。所提出的弱耦合保偏少模光纤能够提高传输容量,在本征模式复用传输中具有潜在的应用前景。     

Apodized grating coupler using fully-etched nanostructures

A two-dimensional apodized grating coupler for interfacing between single-mode fiber and photonic circuit is demonstrated in order to bridge the mode gap between the grating coupler and optical fiber. The grating grooves of the grating couplers are realized by columns of fully etched nanostructures, which are utilized to digitally tailor the effective refractive index of each groove in order to obtain the Gaussian-like output diffractive mode and then enhance the coupling efficiency.Compared with that of the uniform grating coupler, the coupling efficiency of the apodized grating coupler is increased by 4.3% and 5.7%, respectively, for the nanoholes and nanorectangles as refractive index tunes layer.     

Design of two-dimensional apodized grating couplers with Gaussian diffractive mode

Two-dimensional apodized grating couplers are proposed with grating grooves realized by a series of nanorectangles, with the feasibility of digital tailoring the equivalent refractive index of each groove in order to obtain the Gaussian output diffractive mode in order to enhance the coupling efficiency to the optical fiber. According to the requirement of leakage factor distribution for a Gaussian output profile, the corresponding effective refractive index of the grating groove, duty cycle, and period are designed according to the equivalent medium theory. The peak coupling efficiency of 93.1% at 1550 nm and 3 d B bandwidth of 82 nm are achieved.     

Resonant transmission of terahertz waves through metallic slot antennas on various dielectric substrates

We report on terahertz electromagnetic field transmission through metallic slot antennas supported on various dielectric substrates. The substrate effect strongly modifies the transmission resonance compared to the free-standing case, while the resonance can be determined systematically by introducing an effective refractive index. The relative contribution of the substrate index to the effective index has been measured for various substrates, and shows a good agreement with theoretical calculations based on a coupled mode method. In addition, the slot antenna arrays embedded in a flexible substrate show a transmission resonance governed by a substrate refractive index.     

分光比可调的V形槽光纤耦合器

本文提出并分析了V形槽光纤耦合器进行光束耦合的可能,认为纤芯和包层的折射率一定时对应确定的a值,此时通过槽面折射法可以达到理想的分光比可调的耦合分束目的,并给出该类器件分光比的表达式.采用槽面内反射方法只能进行耦合而不能分束.     

Efficient fiber-to-waveguide coupling through the vertical leakage from a microring

A fiber-to-waveguide coupler is proposed to efficiently couple light from a single-mode fiber into a submicrometer semiconductor waveguide for integration with optoelectronic circuits. A microring with a specific refractive index is designed on the top of the semiconductor waveguide. The gradual vertical leakage from the microring forms steady coupling into the semiconductor waveguide. Coupling efficiency up to 93% is demonstrated using the three-dimensional finite-difference time-domain method. A tapered-waveguide or microring structure can be used to convert the lateral-mode size for coupling light into a single-mode semiconductor waveguide.     

用光纤白光干涉技术测量晶体的弹光系数

运用折射率椭球分析晶体的弹光效应,给出了三方晶系沿光轴方向的应力与折射率的变化关系.针对晶体的各向异性和折射率随应力变化很小的因素,利用白光干涉技术空间分辨率高的特点,将白光干涉技术拓展到研究各向异性材料的光学性质. 并对测量群折射率的光纤迈克尔逊白光干涉技术进行了改进.采用光栅位移传感器和全保偏光纤提高反射扫描镜的位移准确度.通过测量石英晶体在不同外力下折射率的变化情况,确定了晶体的弹光系数. 石英晶体的弹光系数P33和P13分别为0.110和0.279,其准确度达到0.001.     

基于包层模的光纤布拉格光栅折射率传感特性

提出了基于光纤布拉格光栅(FBG)包层模式的折射率传感方案。实验中,利用不同浓度的丙三醇水溶液作为外界折射率传感溶液,采用氢氟酸溶液化学腐蚀的方法来减小光纤包层的直径以增大包层模式对外界折射率的敏感度,研究了腐蚀后光纤布拉格光栅包层模式的耦合波长对外部折射率的变化关系。实验结果表明在1.3300~1.4584的折射率范围内,包层模式耦合波长随外界折射率增大而增大,在接近光纤包层折射率处具有很高的折射率灵敏度,最大达到了172 nm/riu(refractive index unit)。而且,包层模谐振的光谱半峰全宽(约0.07 nm)仅为布拉格纤芯模谐振光谱半峰全宽的1/4,能够获得更好的传感精度。     

光纤纤芯及包层模有效折射率计算及仿真

光纤结构设计、模间色散求解、光纤光栅模式耦合等问题的研究, 都需要对光纤纤芯及包层模的有效折射率进行精确计算. 本文以光纤三层结构模型为基础, 结合该模型下的模式本征方程, 使用截弦法求解了纤芯模有效折射率, 并将计算结果与COMSOL软件模拟的对应纤芯模的传输光场进行对比, 验证了计算结果正确.使用区间遍历算法对包层模有效折射率进行了求解, 与已有的传统方法相比, 该方法可以有效防止求解过程中根的遗漏、避免特征方程产生的奇点, 并能保证模式的正规性.本文采用Mathematica软件对求解过程进行仿真, 获得了纤芯模和包层模有效折射率与波长关系曲线. 关键词： 光纤传输模式 有效折射率 截弦法 区间遍历算法     

Highly sensitive cladding-etched arc-induced long-period fiber gratings for refractive index sensing

We have investigated the effects of cladding etching in arc-induced long-period fiber gratings. Comparing the position of the resonant wavelengths at each diameter with the corresponding theoretical dispersion curves of effective refractive index, it is found that some of the resonances show a better match with anti-symmetrical cladding modes, while others with symmetrical cladding modes. Etching the cladding diameter to ∼39 μm, results in coupling to a high-order cladding mode that is very sensitive to changes in the ambient refractive index. The resonant peak shifts remarkably (∼230 nm) toward shorter wavelengths as the external refractive index increases. This sensitivity is higher than any previously reported in arc-induced long-period fiber gratings.     

可弯曲式有机电玫发光器件的出光率

基于几何光学模型及其原理,推导出在不同弯曲情况下可弯曲式有机电致发光器件的出光率表达式,分析了器件出光率受基板曲率、厚度及有机层折射率的影响,并与平整有机电致发光器件的出光情况作了比较.结果表明:当器件向外弯曲时,出光率随着基板曲率与基板厚度的增大而增大,随着有机层折射率的增大而减小;当器件向内弯曲时,出光率随着基板曲率与基板厚度的增大而减小,随着有机层折射率的增大而减小.对于平整器件,其出光率随有机层折射率的增大而减小.