用于光纤电流传感器的掺Bi稀土铁石榴石单晶生长与磁光性能

用熔盐法生长了两种Bi替代的高法拉第旋转、温度稳定的稀土铁石榴石磁光单晶Bi-HoYbIG和Bi-GdYIG,测试分析了其在近红外波段的磁光性能及其温度特性。Ho3-z-y,YbyiBixFe512(x＝1.03,y=1.20)单晶的比法拉第旋转角为-891°/cm(λ=1.31μm)和-767°/cm(λ＝1.55μm),Y3-z-yGdyBixFe5O12(x=0.46,y=0.24)单晶的值为－1067°／cm(λ=1.31μm)和-882°／cm(λ=1.55μm),两者都比纯YIG晶体高出许多。而且这两种晶体的法拉第旋转角随温度变化较小,在250～400K范围内,其温度灵敏度S分别为4. 60×10-4／K和4. 20×10-4/K。分析表明,Bi的掺入能大大提高晶体的法拉第旋转角,而yb3+、Gd3+等离子的掺入可以有效降低Bi3+替代磁光单晶的法拉第旋转的温度灵敏性,Bi-HoYbiG和Bi-GdYIG等磁光晶体非常适合作为高灵敏度、温度稳定的光纤电流传感器中的法拉第转子材料。     

扩散平板光波导的等效阶跃平板波导方法

本文引入一种研究扩散光波导传播特性及设计计算的新方法——等效阶跃平板波导方法.建立了扩散平板光波导的等效阶跃平板波导模型,进行了一系列的模拟计算,得出了一系列波导传播参量、结构参量与工艺参量之间的关系曲线.这些曲线对于扩散平板光波导的设计计算、工艺参量选择等具有重要指导意义.     

矩形介质光波导的条形传递函数方法

将条形传递函数方法引入矩形介质光波导传播特性的分析计算,从标量波动方程的变分表达式出发,推导和建立了条形传递函数方法的基本方程和两种应用模型,作为算例,给出了阶跃型折射率分布矩形介质光波导的数值计算结果,并与其它方法进行了比较,表明了此方法的精度及对光波导问题的适用性。     

Ce：YIG石榴石薄膜制备条件对磁光性能的影响

提出一种新的能带理论模型，讨论Ce替代YIG石榴石薄膜的制备条件对其磁光性能及光吸收的影响。该模型在能带理论的基础上引入了氧空位概念，可以用来解释Ce替代石榴石薄膜制备时，溅射气氛的改变对薄膜中Ce元素价态的影响。而Ce元素价态将直接影响到Ce：YIG薄膜的磁光性能。此外，当晶格中存在过量氧空位时，会导致部分Fe^3 被还原成Fe^2 ，使得薄膜的光吸收显著增大。     

介质光波导的数值计算及近似方法

综述介质光波导中模式分析方法的最新进展。着重分析严格的数值分析方法及近似方法最近的研究进展。依据方法的计算精确度、计算效率和计算复杂度等因素．对有限元法和有限差分法这两种数值分析方法以及有效指数法和频谱指数法等近似方法进行讨论。论述磁光波导的分析方法。     

镱铒共掺Al2O3光波导放大器的净增益特性

将中频磁控溅射方法沉积制备的镱铒共掺Al2O3薄膜刻蚀成矩形截面、直线通道的光波导放大器.测量了净增益与抽运功率的关系,结果表明：净增益随抽运功率近似线性增加,阈值抽运功率为18 mW;抽运功率为68 mW时,长2.24 cm 的光波导放大器净增益为8.44 dB.数值模拟结果显示,相同抽运功率下的净增益为10.6 dB.     

溶胶-凝胶法制备光波导薄膜及性质的研究

采用有机改性硅酸盐制备了光敏性溶胶－凝胶,并在凝胶中加入四丙氧基锆作为调节折射率的材料;用该凝胶在硅片上提拉成膜.为了增加薄膜与硅片的粘附性,成膜前先用干氧热氧化法在硅片上生长了一层厚度约为1500的二氧化硅;样品的原子力相片表明薄膜的表面非常平整,在5×5 μm2的范围内最大表面起伏只有0.657 nm.利用波导阵列掩膜版, 对制备的薄膜在紫外光波段下曝光,得到了表面平坦、侧墙光滑、陡直的沟道波导阵列.研究发现:紫外曝光时间和坚膜时的后烘温度都会使薄膜的折射率增大.通过对样品红外吸收谱的分析,从微观机理上解释了折射率随工艺条件变化的原因.     

飞秒激光在掺Yb~(3+)磷酸盐玻璃中写入光波导及波导激光器的实验研究

利用重复频率为1kHz,中心波长为800nm,脉冲宽度为120fs的飞秒激光在掺Yb3+磷酸盐玻璃中刻写光波导,测试了不同参数下刻写的波导的导光模式,研究了写入速度和写入脉冲能量对模场直径、波导折射率的影响,给出了波导形成的写入窗口范围,对比测试了激光作用区域和未作用区域的荧光光谱特性。实验结果表明,在采用20×显微物镜,写入速度为20μm/s,写入脉冲能量为1.8μJ时,所得到的光波导在976nm波段模场直径为20μm,波导区域折射率改变为2.7×10-4,飞秒激光作用区域的荧光光谱与基质的荧光光谱几乎完全重合,荧光特性在飞秒激光作用后保持良好。利用双色镜和2%的输出耦合镜构成了法布里-珀罗(F-P)腔掺Yb3+波导激光器,获得了波长为1031nm的连续激光输出,激光功率为2.9mW。     

掺杂AS2S8非晶态薄膜波导的光阻断效应

实验研究了未掺杂和低浓度掺锡和掺磷的As2S8薄膜波导的光阻断效应,提供了三种样品的光阻断响应曲线、室温退激实验数据和光谱测试数据.结果表明,掺锡样品可以明显提升毫秒级响应的快过程恢复作用,同时还具有减少残留传输损耗的效果,掺磷的效果则相反.结合实验结果给出了分析讨论.     

掺Er及Yb-Er共掺Al2O3光波导放大器的理论与实验研究

抽运波长为0.98μm时,考虑合作上转换、交叉弛豫、激发态吸收等上转换机理给出了掺Er及Yb-Er共掺系统的速率方程,并利用二维波导的有限元理论及包含正反向放大的自发辐射的场传输方程,建立了一套分析光波导放大器增益特性的综合理论模型。得到掺Er及Yb-Er共掺Al2O3光波导放大器增益与波导长度、抽运功率、掺杂浓度等多个参量的关系,绘制出具有实用性的优化设计曲线。将该理论模型应用于实际制作的Yb-Er共掺Al2O3光波导放大器,结果与实验数据相符。     

Thin Film Filter for Broadband IR Integrated Waveguide Amplifiers

A new S-type of IR integrated waveguide amplifiers, based on erbium-ytterbium co-doped phosphate glass integrated with medium thin film filter, is proposed. The intrinsical gain spectrum of the proposed amplifier is obtained by solving rate and power propagation equations, a thin film filter flattening this intrinsical gain spectrum is designed by genetic algorithm, and fabricated. An average gain >10dB is obtained between 1530nm and 1560nm, and the average gain about 18dB between 1531nm and 1550nm with gain difference of <3dB is achieved.     

Thin Film Waveguide Sensor for Measurement of the Absorption Coefficient of Hemoglobin Derivatives

A simple method for determining the absorption coefficient of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin in human blood is proposed. The method is based on a variation of the complex propagation constant of guided wave in a thin-film optical waveguide. On the waveguide layer, a serial multi-channel sample chamber is constructed to vary the interaction length between the evanescent field and the sample, and the dependence of the sensor response on the interaction length is investigated for various concentrations of two hemoglobins. The response of this sensor is linearly proportional to the interaction length and the concentration of the two hemoglobins. The attenuation constant due to the evanescent field absorption between the channels is experimentally obtained with the designed sensor, and the absorption coefficient is determined by the proposed method. The determined absorption coefficients coincided with those obtained by conventional transmission measurement.     

光波导覆层热膨胀系数对应力双折射影响的分析

用有限元方法计算了硅基光波导器件的应力,得到由应力引起的双折射,从理论上分析了内应力对器件偏振特性的影响。得出结论：硅基与其它层材料热膨胀系数的不同,是引起芯区双折射的主要因素,通过掺杂、调整覆层的热膨胀系数,可以得到双折射系数较小的光波导。     

光学薄膜的等离子体离子镀的研究

根据薄膜沉积过程等离子体对光学薄膜膜蒸气分子或原子的作用，建立低压等离子体离子镀设备，并对常规光学薄膜、如硫化物、氧化物薄膜以及多层膜器件进行了系统的研究，对所制备薄膜样品的透射光谱、吸收、散射以及膜层的聚集密度等进行了全面的测试分析。实验研究表明，低压等离子体离子镀可大大提高常规光学薄膜的光机性能。     

光学电流互感器中线性双折射与法拉第效应的分离检测

分析了线性双折射对光学电流互感器(OCT)电压输出的影响,指出了差除和信号处理方案检测输出光信息的不完备性问题,用琼斯矩阵理论证明了差除和方案不能独立检测块状玻璃传感头中线性双折射的结论。提出了光学电流互感器的椭偏检测方案,从椭圆偏振光参量方程出发,推导了温致线性双折射、法拉第旋转角与输出椭圆偏振光椭率、倾角之间的解析式,证明了椭偏检测法对输出光信息检测的完备性,实现了温致线性双折射和待测电流的同时测量。为保证实时性,提出了输出椭圆光的三态检测方案,采用水平、垂直和45°三个偏振态的实时检偏,既克服了线性双折射的影响又实现了待测电流的实时测量,从检测原理上解决了温致线性双折射对光学电流互感器的影响。     

双面金属铝包覆介质波导测量介质厚度和折射率

利用双面金属铝包覆波导的测量方法,测量了硅片的厚度和折射率。这种方法利用双面金属铝包覆波导的超高阶模的偏振不灵敏和对金属层要求较低的特点,降低了对仪器的要求和测量的成本。同时,由于应用高灵敏的超高阶导模为探针,测量精度较高,结果显示测量精度在1%以内。     

厚二氧化硅光波导薄膜制备及其特性分析

以硅烷和氧化二氮作为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术，不使用掺杂，在单晶硅衬底上制备了用于平面光波导的二氧化硅薄膜。研究了薄膜折射率和淀积速率与工艺参量之间的关系，通过棱镜耦合仪、傅里叶变换红外光谱、原子力显微镜等测试手段，分析了薄膜的结构和光学特性。结果表明，实验能快速生长厚二氧化硅薄膜，薄膜表面平整，颗粒度均匀，同时薄膜具有折射率精确可控和红外透射性能好的特点，非常适合制作光波导器件。     

光学薄膜自动设计的多目标优化方法

光学薄膜中已使用的优化方法郜是单目标寻优的,通过分析光学薄膜优化设计的原理,将薄膜设计的物理问题归结为混合离散变量的多目标优化设计的数学模型,并认为这是薄膜设计的一般性模型,现行的单目标优化算法只是这个模型的简化.基于这一新思路,并结合多目标优化算法的研究现状,采用了一种基于免疫应答原理的智能型多目标优化算法.该算法隐含并行处理能力,原理上是具备全局搜索能力的自适应随机性算法.将此算法运用到光学薄膜设计中,给出了一些优化的设计实例.结果表明,将多目标优化算法引入薄膜设计的新思路是可行的,将来会有较好的发展前景.     

确定薄膜厚度和光学常数的一种新方法

借助于不同的色散公式,运用改进的单纯形法拟合分光光度计测得的透过率光谱曲线,来获得薄膜的光学常数和厚度。用科契公式分别对电子束蒸发的TiO2和反应磁控溅射的Si3N4,以及用德鲁特公式对电子束蒸发制备的ITO薄膜进行了测试,结果表明测得的光学常数和厚度,与已知的光学常数以及台阶仪测得的结果具有很好的一致性。这种方法不仅简便,而且不需要输入任何初始值,具有全局优化的能力,对厚度较薄的薄膜也可行。采用不同的色散公式可以获得各种不同薄膜的光学常数和厚度,这在光学薄膜、微电子和微光机电系统中具有实际的应用价值。     

Cu—Ba—O薄膜在超短激光脉冲作用下的光透射率特性

用泵浦－探测技术测量了金属－介质复合薄膜Ｃｕ－Ｂａ－Ｏ的光学透射率在超短激光脉冲作用下随延迟时间的瞬态变化曲线，获得了薄膜对光的透射率迅速减小并在皮秒时间内恢复原状的实验结果。该现象是由薄膜中金属超微粒子内费米能级附近电子被飞秒激光脉冲激发所产生的非平衡态电子经历瞬态弛豫造成的。本文从理论上给出了薄膜中Ｃｕ超微粒子的电子声子相互作用常数ｇ的修正数值。