大容差光纤耦合技术研究

设计了一种新型的耦合系统,该耦合系统由大口径聚焦透镜、1/4节距自聚焦透镜、锥形光纤和球端光纤四部分组成.分析了自聚焦透镜压缩发散角和球端光纤增大数值孔径的机理,给出了计算锥形光纤参量的详细流程.采用大口径透镜和1/4节距自聚焦透镜有效增大径向位置容差和角度容差,然后通过锥形光纤压缩光束半径将激光耦合进球端光纤.仿真实验结果表明,该系统耦合在r<3 mm,－1<θ<1.5范围内的耦合效率稳定保持在50%以上.     

采用自聚焦透镜光纤加速度计研究

本文根据近轴子午光线方程，研究了自聚焦透镜光纤加速度计的工作原理；根据光功率耦合，分析了光纤和自聚焦透镜物理参数的选择。同时，对自聚焦透镜倾斜的影响给出了定量分析。本文从理论上证明了这种结构新颖、体积极小、精度高、成本低的自聚焦透镜光纤加速度计是可行的。     

采用GRIN透镜之光纤加速度计原理分析

根据近轴子午光线方程，研究了自聚焦透镜光纤加速度计的工作原理。据光功率耦合，分析了光纤和自聚焦透镜物理参数之选择。同时，对自聚焦透镜倾斜的影响给出了定量分析。本文从理论上证明了这种结构新颖，体积极小，精度高，成本低之自聚焦透镜光纤加速度计是合理可行的。     

自聚焦透镜离轴耦合损耗理论研究

利用光线光学的原理分析了自聚焦透镜的光学性能,提出了求解自聚焦透镜离轴耦合损耗的数学模型,利用这一模型计算出了单模光纤与自聚焦透镜离轴耦合时的耦合损耗与模向距离的关系曲线,为自聚焦透镜离轴耦合的设计提供理论依据.     

采用GRIN透镜之光纤加速度计原理分析

根据近轴子午光线方程,研究了自聚焦透镜光纤加速度计的工作原理。据光功率耦合,分析了光纤和自聚焦透镜物理参数之选择。同时,对自聚焦透镜倾斜的影响给出了定量分析。本文从理论上证明了这种结构新颖,体积极小,精度高,成本低之自聚焦透镜光纤加速度计是合理可行的。     

脉冲电场测试中的激光供电技术

为解决脉冲电场测试系统中的供电问题，设计了一套激光光纤供电系统，该系统由激光器、多模光纤及光电池构成。重点研究了激光器与光纤的耦合问题，设计了透镜系统对激光器输出光束进行准直和压缩。通过MOCVD法研制了GaAs光电池，并制作了椭球形"光伏眼"来提高光电转换效率。仿真和实验表明:采用透镜耦合时，激光器与光纤的耦合效率可达80%以上，远远高于直接耦合时的16%，改进后的"光伏眼"耦合效率相比直接耦合时提高了54.5%，激光供电系统的转化效率在40%以上。该系统的研制为解决脉冲电场的供电问题提供了一种方案。     

高能γ探测系统中的光耦合部件参数优化

建立了Geant4软件粒子输运模拟平台,完成了核聚变高能射线能量-时间联合谱探测系统的探测效率计算数值建模;提出了遗传算法调用Geant4软件的射线探测系统参数优化方法。以自聚焦透镜前端与塑料闪烁体后端面的距离、自聚焦透镜后端面的长度及自聚焦透镜与通信光纤前端的距离为自变量,以耦合效率为适应度函数,实现了高能探测系统中由塑料闪烁体-自聚焦透镜-通信光纤组成的光耦合部件参数的优化算法。优化结果表明,该算法可以提高塑料闪烁体发出的荧光由自聚焦透镜耦合到通信光纤中的效率,最大可达4.77%。     

高能γ探测系统中的光耦合部件参数优化

建立了Geant4软件粒子输运模拟平台,完成了核聚变高能射线能量-时间联合谱探测系统的探测效率计算数值建模;提出了遗传算法调用Geant4软件的射线探测系统参数优化方法。以自聚焦透镜前端与塑料闪烁体后端面的距离、自聚焦透镜后端面的长度及自聚焦透镜与通信光纤前端的距离为自变量,以耦合效率为适应度函数,实现了高能探测系统中由塑料闪烁体-自聚焦透镜-通信光纤组成的光耦合部件参数的优化算法。优化结果表明,该算法可以提高塑料闪烁体发出的荧光由自聚焦透镜耦合到通信光纤中的效率,最大可达4.77%。     

复合抛物面型集光器与多模光纤的耦合

分析讨论了复合抛物面型集光器与多模光纤的耦合效率和集光器设计之间的关系，提出了采用截底法和截顶法提高集光器与多模光纤耦合效率的方案。     

光纤太阳光照明系统中聚光装置的设计

将太阳光经传能光纤传输到室内进行照明是太阳能利用的新发展,而将太阳光耦合到传能光纤中是这项技术的一个难点。在分析塑料光纤的特点和各种聚光技术的基础上,提出一种把太阳光耦合进传能光纤中进行传输的聚光装置。根据非球面透镜垂轴球差小的特点把太阳光会聚到很小的光点,再利用长度约为1/4节距的自聚焦透镜改变光线的数值孔径使其满足光纤的数值孔径,通过一个计算公式来计算最佳的自聚焦透镜长度,实现非球面透镜和自聚焦透镜的最佳组合,把太阳光以较高的耦合效率耦合进塑料光纤。最后在理论上验证了此装置的可行性。     

GRIN lenses for high efficiency coupling of laser diodes to single mode fiber

Various methods have been proposed to reduce the coupling losses of laser diodes into optical fiber coupling modules. [1] [2] [3] Among the options, coupling methods using GRIN lenses fabricated by ion-exchange technique offer a promising way to realize high efficiency coupling and stable operation.     

梯度折射率球透镜的制备及其光线轨迹测试

自麦克斯韦鱼眼透镜理论模型提出后,长期以来学术界一直以为它只是一种绝对光学仪器,在实践中并没有应用的可能。但通过对麦克斯韦鱼眼微球透镜的理论研究表明,在一定条件下,它具有良好的成像性能和耦合效率。根据菲克定律推导出梯度折射率球透镜的折射率分布函数。并且熔制了含Li+硅酸盐玻璃和采用槽沉法以及Na+/Li+离子交换法制备直径为0.3—3.0mm的梯度折射率球透镜。通过干涉法测得了梯度折射率球透镜的折射率分布曲线,并研究了光线通过梯度折射率球透镜的轨迹。研究结果表明:在590℃,离子扩散系数为3.07×10-6mm2/s;所制备的梯度折射率球透镜的折射率分布是抛物线分布,并且和理论分析相吻合;梯度折射率球透镜的光线轨迹满足椭圆方程。     

Fabrication of gradient refractive index ball lenses

The theoretical model of the Maxwell fish eye sphere lens has long been regarded as an absolute optical instrument without practical application since it was proposed. But the study on the theory of Maxwell fish eye micro-spherical lens shows that at certain condition it has fine image formation ability and coupling efficiency. Based on the Fick's diffusion equations, the distribution function of refractive index of gradient refractive index (GRIN) ball lenses is derived. Lithium-containing silicate glass is fabricated and GRIN ball lenses whose diameters are from 0.3 to 3.0 mm are made by ion exchange and the sagging method in sodium nitrate. Radial refractive index profiles of these GRIN ball lens are measured by interferometer. Results show that the distribution of the index of refraction is a parabolic curve and in concordance with the computational consequence and its Δn is 0.0002.     

Temporal filtering using time lenses for optical transmission systems

An optical signal processing scheme using time lenses in a 4-f configuration for optical communication systems is proposed. The first time-lens combined with a dispersive element such as an optical fiber produces the Fourier transform of the input signal and the second time lens combined with an optical fiber placed after the temporal filter produces the inverse Fourier transformation. Typically, in an optical signal processing scheme based on space/time-lens, the signal at the output is space/time-reversed because of the direct Fourier transformation after the spatial/temporal filter, which is undesirable for a practical optical communication system. Here, we propose a technique to implement both direct and inverse Fourier transformation using time lenses which has no spatial analogue. As a result, the bit sequence at the output is not time-reversed. Two applications of the proposed scheme, a demultiplexer for wavelength division multiplexing (WDM) systems and a higher-order dispersion compensator, have been discussed and numerically implemented.     

A proposal for wavelength-tuning and stabilization of GaAs lasers with a graded-index fibre segment in a dispersive cavity

We suggest a scheme for controlling the wavelength of a GaAs injection laser by coupling it to one of the flat ends of a short segment (～6 mm long, 2.5 mm diameter) of graded-index (GRIN) rod, the other end of which has a diffraction grating deposited on it. Tuning is accomplished by sliding the diode off the optical axis of the rod. The lasing wavelength is not temperature dependent as it is determined only by geometrical factors and thef-number of the GRIN lens, and a spectral resolution of 0.25 to 0.5 nm can be achieved. The significance of this on the performance of optical communication systems is discussed. The possibility ofelectrically controlling the wavelength with a nematic liquid crystal diffraction grating is also pointed out.     

Simple equivalent systems for GRIN lenses in inhomogeneous medium

Simple single-lens equivalent systems for graded-index （GRIN） lenses in inhomogeneous medium obtained using matrix optics are proposed in this letter. Due to its simplicity, the equivalent optical system enables quick analysis of the imaging properties of GRIN lens rod immersed in inhomogeneous medium. This facilitates the optical analysis of complicated optoelectronics systems in inhomogeneous medium utilizing GRIN lens rods.     

一种新的基于空间图案信号的多进制无线光通信技术

提出了一种新的多进制无线光通信技术,其基本原理是用一组相互易区分的空间图案代替传统无线通信中的会聚光斑传递信息.分析了该通信方案的信道容量,结果表明无线光通信系统存在未被利用的空间自由度,其大小与系统收发孔径和光波波长有关,与光场空间分布无关.通过合理设置系统的结构参数和设计信号图案,可以利用无线光通信系统的空间自由度增加信道容量.提出了一种实现该技术的光电系统方案,其关键组成部分为空间光调制器和图象相关器.详细描述了信号处理过程,具体包括二维相关处理、比较判决和进制转换三部分.分析了该方案的误码性能,得到了平均误码率的估算公式,分析得到了可降低误码率的信号设计基本规则.最后用一个透镜阵列处理器通过实验验证了该通信方案.     

基于BPSK的无线光通信实验研究

数字式调制与许多模拟调制方式相比,在相同的信噪比条件下误码率低.基于BPSK编码方式和微弱信号检测及单片机技术,针对光在大气通信中遇到的实际困难,提出了一种低信噪比条件下的点对点通信实验方案.该方案发送数据的相位精度高,可控性好,接收端前置放大器动态范围宽,解码能力强.     

一种新的基于空间图案信号的多进制无线光通信技术

提出了一种新的多进制无线光通信技术,其基本原理是用一组相互易区分的空间图案代替传统无线通信中的会聚光斑传递信息.分析了该通信方案的信道容量,结果表明无线光通信系统存在未被利用的空间自由度,其大小与系统收发孔径和光波波长有关,与光场空间分布无关.通过合理设置系统的结构参数和设计信号图案,可以利用无线光通信系统的空间自由度增加信道容量.提出了一种实现该技术的光电系统方案,其关键组成部分为空间光调制器和图象相关器.详细描述了信号处理过程,具体包括二维相关处理、比较判决和进制转换三部分.分析了该方案的误码性能,得到了平均误码率的估算公式,分析得到了可降低误码率的信号设计基本规则.最后用一个透镜阵列处理器通过实验验证了该通信方案.     

Pupil-segmentation-based adaptive optical correction of a high-numerical-aperture gradient refractive index lens for two-photon fluorescence endoscopy

The intrinsic aberrations of high-NA gradient refractive index (GRIN) lenses limit their image quality as well as field of view. Here we used a pupil-segmentation-based adaptive optical approach to correct the inherent aberrations in a two-photon fluorescence endoscope utilizing a 0.8 NA GRIN lens. By correcting the field-dependent aberrations, we recovered diffraction-limited performance across a large imaging field. The consequent improvements in imaging signal and resolution allowed us to detect fine structures that were otherwise invisible inside mouse brain slices.