基于遗传算法的斜入射窄带滤光片膜系优化设计

根据薄膜窄带滤光片在斜入射时的偏振特性,提出了基于遗传算法的斜入射薄膜窄带滤光片膜系优化设计方法.根据开发的程序,设计并制备了一组可用于18°倾斜入射的0.8纳米信道间隔的五腔薄膜窄带滤光片.该滤光片能有效地抑制斜入射时偏振光中心波长的分离现象,降低器件的偏振相关损耗,通过角度调谐能实现选择波长的改变.通过与针法设计的滤光片膜系相比,遗传算法得到的膜系具有更高的矩形度、更大的波长调谐范围以及更低的偏振相关损耗.实验结果表明其满足设计要求并有超过25纳米的波长调谐范围.     

角度调谐滤光片特性分析及膜系设计

对窄带滤光片的倾斜入射特性作了分析.斜入射时其透射通带和峰值会向短波方向移动,透射曲线的稳定性跟滤光片的间隔层结构相关,多腔间使用相同的间隔层可以保证斜入射时有稳定的峰值透射率和带宽,利用该特点可以制备角度调谐窄带滤光片.透射光S和P偏振分量的中心波长随入射角度的增大出现分离现象,产生较大的偏振相关损耗.通过搭配不同厚度的高低折射率材料作为间隔层,改变其有效折射率,使其两个偏振分量的中心波长实现重合.设计了符合密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing,DWDM)系统要求的低偏振相关损耗四腔窄带角度调谐滤光片膜系,其可调谐范围达20 nm以上,并评估了所设计角度调谐滤光片的调谐性能.     

高性能可调谐滤波片的优化设计方法

根据薄膜窄带滤光片在倾斜入射时的特性,通过改进间隔层膜系结构来调整其等效折射率,可以设计出具有稳定透射峰值和带宽的角度调谐窄带滤光片。根据与密集波分复用(DWDM)系统相关的通道频率、插损、带宽、隔离度、偏振相关损耗(PDL)等八个标准,结合薄膜矩阵理论与新构造的评价函数,构建了一个可调谐滤光片膜系,通过改变各参数的权重因子,得到满足不同要求的最优膜系。利用构建的系统,优化设计了分别用于O波段和C波段100 GHz密集波分复用系统的具有高隔离度、低偏振相关损耗的角度调谐窄带滤光片。C波段膜系的最大调谐角度达11°,相邻通道隔离度可达-30.3 dB,最后对其透射特性以及影响调谐角度极限的因素进行了分析。     

基于薄膜滤光片的新型可重构光分插复用器

研制了一种基于窄带薄膜滤光片的可重构的光分插复用器(ROADM).它由三个单芯光纤准直器、一对三端口光环形器、一对全反射镜和一片特别设计的角度调谐窄带多腔薄膜滤光片组成.通过步进电机的推动调制角度调谐滤光片的倾斜入射角度,从而实现了可选择波长上下路.对该可重构的光分插复用器进行了实验研究,并对该器件的串扰特性进行了详细的分析与计算.实验中得到的上下路信道隔离度大于34 dB,可调谐范围大于26nm,与理论计算结构相符.该种新型的ROADM具有结构简单、可调谐范围大、隔离度高、低偏振相关损耗、成本低等特点,可广泛应用于各种密集波分复用(DWDM)光网络.     

852nm窄带滤光片外腔反馈半导体激光器的优化

外腔半导体激光器是激光光谱学、原子物理学及量子光学领域广泛应用的光源。本文介绍我们研制的利用超窄带宽滤光片作为激光纵模选择元件且反馈量可变的猫眼型852nm外腔半导体激光器(IFECDL)。旋转窄带滤光片的角度,激光波长粗调范围为14nm。利用光纤延时自差拍法测量了窄带滤光片外腔半导体激光器的线宽,单滤光片进行选频的IF-ECDL线宽约为211kHz,双滤光片情形的IF-ECDL线宽约为187kHz。激光频率连续调谐范围大于1.5 GHz,获得了铯原子D2线的两组饱和吸收光谱。所研制的IF-ECDL可应用于精密光谱测量、光通信、激光冷却与俘获铯原子等方面。     

空间外差光谱仪中窄带滤光片的光谱特性研究

高光谱空间外差干涉光谱仪的光谱响应由窄带滤光片的光谱特性决定,由于窄带滤光片的制备水平与理论值存在差距,使得发生光谱展宽或波长漂移等现象,在空间外差光谱仪中形成高频和低频光谱混叠从而导致复原光谱失真。在分析滤光片对仪器光谱响应性能影响的基础上,通过在空间外差光谱仪核心干涉组件光栅的胶合过程中,根据窄带滤光片实测波长透过率曲线,利用可调谐激光器动态监测调整光谱仪基频波长的方法改善对其造成的光谱混叠。结果表明,通过实测滤光片特性调整光栅偏转角度来改变基频波长,可最大程度地有效利用仪器所能覆盖的光谱范围,根据干涉图的复原光谱信号可知试验装置的有效光谱范围从758~770.9 nm增加至756~770.9 nm。     

一种新型三端口可调带通滤波器的结构设计及分析

研制了一种基于DWDM角度调谐薄膜滤光片的新型三端口可调带通光学滤波器,它由三个单芯光纤准直器和一片特别设计的角度调谐窄带多腔薄膜滤光片组成.通过一台步进电机控制滤光片的入射角度实现了可调谐滤波,同时对于剩余波长信号没有影响继续传输.对该三端口可调滤波器进行了理论计算和实验研究,并对该器件的串扰特性进行了详细分析与计算.实验中得到的相邻信道隔离度接近30 dB,可调谐范围大于26 nm,与理论设计较为一致.     

角度调谐滤光片准直系统发散角抑制技术研究

入射光束的发散角会影响角度调谐窄带滤光片的透射特性,出现透射通带变小及发散损耗增大的情况,且该现象随着入射角度的增大而更加明显.分析了出现这些现象的原因,并根据拉赫不变量定理设计了扩束棱镜组来压缩入射光束的发散角.并利用二次滤波技术进一步提高了透射光谱的矩形度和稳定性.根据该方法设计了针对100 GHz密集波分复用系统...     

一种斜入射F-P型薄膜滤光片消偏振设计方法

薄膜滤光片在斜入射使用时,s偏振光和p偏振光的特性会产生分离:两偏振光的中心波长不一致,且s偏振光的通带宽度要小于p偏振光.而采用多种材料且满足特定条件的膜系结构,可使角度入射滤光片两偏振方向的特性趋于一致.通过理论分析,建立了两偏振光反射率的表达式,由表达式可看出非偏振的条件.通过计算,求出相应材料折射率值,从而设计出消偏振的膜系.对一个三腔129层实例膜系进行了计算求解、仿真分析及误差分析.最后的结果验证表明此方法是可行的.     

激光斜入射窄带滤光片的热力效应

基于麦克斯韦方程组及热力学理论,分析了脉冲强激光在不同入射角、不同偏振态下辐照10.6μm窄带滤光片的热力效应,研究了不同入射角及偏振态下的温度场、应力场,计算了激光辐照下热力效应给窄带滤光片带来的通带漂移效应,比较讨论了不同入射角下的损伤阈值.结果表明:随着入射角度的增大,温升峰值的幅值与位置都有了较大的变化;P偏振光与S偏振光辐照引起的温升峰值都随着入射角度的增大逐渐下降;温升峰值的位置随着入射角的增大逐渐靠近滤光片与空气的界面;P偏振光与S偏振光引起的热力效应差异性越来越明显.在激光能量相同的情况下对比了不同激光入射角下的通带漂移特性,小角度入射时滤光片中心波长偏移超过200nm,10.6μm处透射率下降到6%以下.随着入射角的增大,滤光片熔融损伤阈值越来越大,而且在小角度入射时,P偏振光与S偏振光熔融损伤的阈值差别很小;当入射角大于30°时,P偏振光与S偏振光的熔融损伤阈值差别越来越大.以较小的功率实现激光对窄带滤光片的损伤需要考虑激光的入射角及偏振态.     

窄带集成声光可调谐滤波器的研制

利用模式耦合理论分析了声光模式转换,并对声光可调谐滤波器的滤波带宽、调谐范围、驱动功率等性能参数进行分析计算。设计并制作出窄带集成声光可调谐滤波器(IAOTF)样品,搭建相应的IAOTF测试平台,得到中心波长在1.55μm,滤波带宽达到0.85 nm,波长调谐范围达到80 nm,驱动功率低于40mW的IAOTF。并对进一步压缩滤波带宽和旁瓣效应提出了解决途径。     

镀窄带干涉滤光片用的直控极值法

直控极值法具有自动补偿各层膜的光学厚度的优点,至今仍被人们广泛采用.但在镀制窄带滤光片的最末几层时,有时会因出现反常现象而带来巨大误差,甚至失灵.本文用电脑模拟了滤光片的镀制过程,分析了出现反常现象的原因,从而提出了改进及消除这种现象的措施.结果表明:可以用带宽小于所镀滤光片的通带半宽度的光束来进行膜厚监控.     

基于双层金属光栅的中波红外多通道滤光片结构

提出一种多通道平面窄带滤光片阵列结构,该结构由双层金属光栅及其两侧的分布式布拉格反射器（DBRs）组成。所设计的多通道滤光片中心波长范围超过200 nm,每一个通道的中心波长可以通过调节光栅狭缝宽度来调节,从而实现多通道窄带滤光阵列。该结果为中波红外多通道窄带滤光片的设计提供了一条新的路径。     

利用迈克耳孙干涉仪测量滤光片特性参数

滤光片是一种能够从白光或其他复色光中分选出一定波长范围光的光学元件,其主要参数为中心波长和带宽.本文利用迈克耳孙干涉仪搭建了傅里叶变换光谱仪,测量了窄带滤光片的特性参数,并和传统的衍射光栅法进行了对比分析.使用迈克耳孙干涉仪搭建的傅里叶变换光谱仪获得光谱的过程无需已知光谱灯的校准,得到的窄带滤光片特性参数更为精确,且能够更加综合地锻炼学生的实验能力.     

用超薄金属膜和不对称法布里－珀罗干涉滤光片设计窄带高反膜

提出利用ｎ≈ｋ的金属膜层材料设计窄带高反膜的一种新方法用超薄金属膜与不对称法布里－珀罗干涉滤光片组合设计法。给出了可见光区的窄带高反膜的膜系结构；定量地分析了膜系的反射率、反射峰值、反射半波带宽等光谱反射特性。实验证实了理论设计和分析。同时，也提供了设计非可见光波段的窄带高反滤光片的方法     

中心波长14.95μm超窄带滤光片的研制

讨论了大气探测红外分光辐射计第1光谱通道超窄带滤光片的研制情况。采用富碲碲化铅材料作为高折射率膜层材料,通过控制沉积速率、沉积温度、真空度等工艺参数,镀制的膜层具有小的自由载流子浓度,整个膜系具有低的光吸收和高的透射能量。研制出入射光束半锥角Φ为18°时,中心波长14.95μm、带宽0.065μm、相对带宽小于0.5%的长波CO2超窄带滤光片。该超窄带滤光片已实现空间应用5年,在天气预报数据获取中工作稳定。     

反射式窄带全息滤光片

根据耦合波理论,体积全息图有很好的滤光特性,可以作为一种窄带滤光片在实际中得到应用.本文针对峰值波长、带宽和衍射效率这三个主要参数讨论了全息滤光片的性质,提出了全息滤光片的设计步骤,并指出了全息滤光片的特点及应用前景.     

双折射滤光片的精确分析

在研究双折射现象中非寻常行为及折射率的新结果的＾（１，２）基础上，建立了准确的光程差模型，给出了无△ｎ＝ｎ０－ｎｅ≤ｎ０（或ｎｅ）近似的双折射滤光片产生位相差的精确公式，新光程差模型正确地描述了调谐滤光片时各段光程的位置大小，新公式不仅适用光轴平行表面的也适用光轴倾斜表面的滤光片，由于调谐滤光片法光轴倾斜的滤光片折射率变化比平行的大，所以，前者具比后者更宽的调谐范围，应用新公式，设计了一块调谐钛宝     

倾斜入射楔形薄膜滤光片的透射光谱研究

角度调谐薄膜滤光片因较大的波长调谐特性和良好的矩形度在密集波分复用系统中得到了广泛的应用。在倾斜入射时薄膜滤光片透射光谱的透射率和半宽不仅受到入射角度的影响,还跟滤光片两端面间的非平行度即楔角的大小有关。详细分析了楔角对对滤光片透射率以及半宽的影响,发现适当的楔角和角度取向能够改善倾斜入射状态下滤光片的透射光谱特性。设计制备了楔角为0.8°的楔形薄膜角度调谐滤光片,实验结果证明保持该楔角的方向与倾斜入射角度相同时会严重的劣化透射光谱的透射率和矩形度,方向相反时则可以提高光谱的透射率以及矩形度,并使器件的波长调谐范围增大约10 nm。     

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