贝塞尔飞秒光束光学整流效应的研究

光学整流效应是产生宽带太赫兹波最有效的手段之一,基于光学整流效应产生太赫兹波的方法主要依靠抽运光与非线性晶体之间的相互作用。分别以5mm的磷化镓(GaP)块状晶体和6mm的GaP波导结构作为太赫兹波发射晶体,对具有相同功率的贝塞尔光束中心光斑和高斯光束的光学整流效率进行了对比研究。实验结果表明,在GaP块状晶体中,贝塞尔光束的光学整流效率是高斯光束的2.04倍;波导的特殊结构可以使抽运光和太赫兹波之间实现严格的相位匹配,贝塞尔光束的相对效率增加为3.46倍。两种抽运光产生的太赫兹波场均具有高斯分布特性,且贝塞尔光束产生的太赫兹波频谱具有明显的红移特征。贝塞尔光束能够提高光学整流效率,有助于实现高功率、紧凑型的太赫兹源,对推广太赫兹波的应用有显著意义。     

掺半导体玻璃波导光栅耦合高速全光开关

非线性光学器件的主要应用目的之一是全光信号处理,非线性光波导象其它非线性光学器件一样,也已被广泛地应用于全光信号处理方面的研究,如人们已采用棱镜波导非线性分布耦合方式来实现全光限幅、全光开关和全光双稳等研究[1,2].在非线性光波导器件中,由于光被束缚在微米尺寸的光波导中传输,而大大增加了光功率密度,因此,在光与非线性光波导的相互作用过程中可以大幅度地降低非线性效应的阈值功率,提高全光信号处理的灵敏度.此外,非线性光波导器件的小型化、集成化等优点更吸引人们去进行深入的研究.     

棱镜非线性波导耦合光学双稳器件

通过K/Na离子交换方法在掺CdS_xSe_1-x玻璃表面制成单模光波导,采用三种不同的光束耦合方式观测到了棱镜非线性波导耦合本征光学双稳态。     

谐振腔马赫-曾德尔干涉集成光波导陀螺

研究了光学环形腔中的单方向传输光在光学谐振腔中传输的情况，在系统旋转角速率变化时光束会产生频移，在此基础上，设计出一种具有谐振腔马赫-曾德尔干涉集成光波导陀螺结构，可以方便地检测出系统旋转角速率与方向，其检测精度与光波导谐振腔的品质无关。和萨尼亚克集成光波导陀螺相比较，性能价格比有进一步提高的潜力。     

相位调制高斯光束在强非局域非线性介质中的传输特性

利用(1+1)维Snyder-Mitchell模型和空间正弦相位调制的方法，讨论了如何控制高斯光束在平面波导中的传输问题，发现只要适当地选择调制参数就可得到稳定对称的三、五和六束子光束的共同传输，其独特全新的相互作用过程在光开关、编码器和分光器上有潜在的应用价值. 关键词： 强非局域非线性介质 空间相位调制 空间光孤子相互作用特性 光开关     

有限宽平板波导中的克尔空间孤子及全光器件的设计

利用数值模拟的方法研究了倾斜入射的傍轴光束在有限宽非线性平板波导内的传输规律.研究发现,当不同波长相同束宽的光束各以临界功率倾斜入射波导时,如果倾斜角、入射点都一样,它们将沿大致相同的周期性的Z字形路径传输;如果光束功率进一步增大,相邻反射点之间的间距随传输距离有逐渐变大的趋势,Z字形路径不再有严格的周期性;当功率相当大时,光束将沿波导z方向传输,不再在波导的两个边界之间来回反射.利用倾斜入射光束在波导内的传输路径随功率而变的特点,设计了一个功率开关和一个光时分解复用器. 关键词： 空间光孤子 有限宽非线性平板波导 全光器件     

纳米集成光路中的光源、光波导和光增强

使用近场光学显微术(scanning near-field optical microscopy, SNOM)研究了ZnO亚微米线端面出射性质,不同空间形貌Ⅱ-Ⅵ族半导体荧光器件光波导特性,二维光子晶体、准晶光子晶体对LED的出射增强作用以及表面等离激元(surface plasmon polariton, SPP)与半导体纳米荧光器件的相互作用,对纳米集成光路中的光源、光波导、光增强三个重要问题做了实验和理论上的分析.研究发现半导体微纳米线端面出射光束的质量与样品的直径有密切关系.通过合理地设计其直径和 关键词： 纳米集成光路 扫描近场光学显微术 光波导 光增强     

新型电光扫描器中光波导阵列特性研究

利用有限差分光束传输法(FD-BPM)详细研究了光波导阵列电光扫描器的核心部件—光波导阵列的传输特性和辐射特性,分析了光波导阵列结构参量对其传输特性和辐射特性的影响.研究结果表明,光波导芯层厚度、光波导阵列的周期、长度和层数对光波导阵列输出面上的光场振幅、相位分布及光波导阵列输出光束主瓣的半峰值全宽度(FWHM)影响很大.通过与其它理论研究的结果进行比较指出,FD-BPM可以很方便地、更全面地描述光波导阵列的传输和辐射特性.另外,在研究光波导阵列光束扫描的基础上,根据光波导阵列电光扫描器的扫描探测要求,提出了光波导阵列结构优化设计的原则.     

非线性导波现象

本文评述发生在波导结构内的三次非线性光学现象及其潜在的应用。由于波导媒质具有光强感应折射率特性,从而引起导波矢量和场分布与耦合进波导内的光功率密度有关。基于这一概念,导致了很多有趣的全光器件,诸如:光限制器,光开关,光双稳,光扫描,光控调谐滤波,光控波导互连转换等。     

在一种新的聚合物材料上刻写正弦相位波导光栅及其特性研究

用双光束干涉法在一种新的聚合物材料IAC-4上刻写正弦相位型光栅,实现了光栅耦合光波导,并研究了该光波导对不同偏振态的入射光的传播特性,对光栅的形成进行了理论分析,对光波导的传播常数进行了数值计算,并对该波导光栅在导光的光强调制和方向控制及其在集成光学方面的应用进行了讨论,最后对任意入射角的光栅方程进行了理论探讨. 关键词： 波导光栅 有机聚合物 平板光波导 集成光学     

一种温度不敏感型阵列波导光栅的研究

研究了的一种新型温度不敏感型阵列波导光栅(AWG)。该新型温度不敏感型阵列波导光栅的波导采用混合材料的波导结构，该混合材料波导通过在石英波导芯层上旋涂聚合物材料的上包层，达到改变波导温度特性的目的，使得阵列波导光栅的温度敏感性降低。通过理论分析和有限差分方法研究了其中两种结构：三层混合材料波导构成的阵列波导光栅和四层混合材料波导构成的阵列波导光栅，计算了该新型温度不敏感型阵列波导光栅的温度特性。结果表明，在一定的设计下，温度变化0～50℃时，这两种温度不敏感型阵列波导光栅的最大波长漂移量小于0．03nm，不到无温度控制时常规阵列波导光栅最大波长漂移量的4％。     

半径渐变同轴波导模式耦合系数研究

 为了用耦合波理论研究一些同轴结构的高频特性，推导了半径渐变同轴波导内模式耦合系数的计算公式，发现半径渐变圆波导模式耦合系数只是同轴波导模式耦合系数的特例。对同轴波导中的模式及其本征方程根的特点进行了讨论，通过建立同轴波导模式和矩形波导模式之间的对应关系，给出了同轴波导模式本征方程根的快速计算方法。对所给模式耦合系数公式进行了验证，耦合波理论计算结果与有限元方法计算结果吻合良好。     

Sensitivity enhancement in TE mode nonlinear planar optical waveguide sensor with metamaterial layer

The dispersion equation of the TE mode nonlinear planar optical waveguide with metamaterial layer was derived, and the sensitivity of the waveguide sensor was analyzed. The influences of structural parameters on the sensitivity of the waveguide sensor were investigated. We verify that the waveguide sensor with metamaterial layer can dramatically enhance the sensitivity compared with other waveguide sensors.     

条形半导体激光器光束质量因子M2的理论计算

通过一个二维半矢量模型求得纯折射率导引脊形波导和掩埋波导这两种常见平面条形半导体激光器波导结构的模式光场分布，现通过描述光束传播的非傍轴矢量二阶矩，通过平面波谱的方法获得激光器出射光束在横向和侧向上的束腰、远场发散角和M^2因子。讨论了波导结构参量变化对M^2因子的影响，并对两种波导结构光束的性质与波导参量的关系进行了比较。     

Ka波段二次谐波损耗波导回旋行波管非线性分析

 建立了由损耗段和铜段组成的波导结构的Ka波段二次谐波回旋行波放大器理论模型,并进行了非线性理论研究。基于稳定性分析,确定35 GHz TE₀₂模二次谐波回旋行波放大器的基本工作参数:波导半径为1.02 cm,电子注工作电压为90 kV,工作电流为25 A,工作磁场为0.642 6 T,横纵速度比为1.2;然后通过模拟详细分析了工作电流、波导损耗和速度零散等因素对该放大器性能的影响。研究表明：在该结构中损耗段可以有效地抑制模式竞争从而提高输出功率和带宽;工作电流对输出功率的影响存在最大值;速度零散对输出功率有很大的影响。     

转移矩阵法在负折射率介质材料平板波导中的应用研究

利用严格电磁理论,推导出了适用于负折射率介质材料光波导的转移矩阵,分析讨论了转移矩阵的性质和应用.利用转移矩阵方法,推导出导波层为负折射率介质材料、覆盖层和衬底为右手材料的三层对称介质光波导的本征色散方程.用图解法研究了负折射率介质波导中TE波的异常色散特性.在负折射材料介质波导中没有零阶模,最低阶为1阶模,并且有截止频率,只有波导参量满足一定条件的时候才会存在,导模的横向波数可以为实数和纯虚数,而正折射率介质波导导模的横向波数只能为实数.     

Waveguide tapering for beam-width control in a waveguide transducer

In a waveguide transducer that transmits an ultrasonic wave through a waveguide unit to a test structure, it is most preferred to send a non-dispersive ultrasonic wave of a narrow beam width. However, there is an unresolved conflict between the generation of the non- or less-dispersive wave and the transmission of a narrow-beam wave into a test structure. Among others, the thickness of the waveguide unit in a waveguide transducer is the key variable determining these two conflicting criteria, but the use of a uniformly-thick waveguide of any thickness cannot fulfill the two conflicting criteria simultaneously. In this study, we propose a specially-engineered tapered waveguide unit for the simultaneous satisfaction. An excitation unit is installed at the end of the thin region of the tapered waveguide and generates only the lowest non-dispersive shear-horizontal wave. Then the generated wave propagates through the tapered region of the waveguide unit and reaches the thick region of the waveguide with insignificant mode conversion to higher modes. If the tapered waveguide is used, the surviving lowest mode in the thick region of the waveguide is shown to carry most of the transmitted power and is finally propagated into a test structure. Because the beam size of the propagated wave and the thickness of the contacting waveguide region are inversely related, the thick contacting region of the tapered waveguide ensures narrow beam width. Numerical and experimental investigations were performed to check the effectiveness of the proposed waveguide-tapering approach.     

0.22 THz折叠波导行波管初步实验研究

探索性试验了多种微加工技术加工设计频率0.22 THz的折叠波导慢波结构,最终选择了微铣削工艺进行加工,并测试了微铣削工艺加工的WR4标准直波导的损耗特性,得到了0.22 THz电磁波在无氧铜中传播时材料的相对电导率约为3.2107 S/m。以此为基础设计和制得了国内第一支0.22 THz折叠波导行波管,经过测试和标定得到输出功率大于100 mW,带宽3.5 GHz的初步实验结果。     

光通信中的玻璃无源器件的制备与研究

本文报道了以高质量的BK7光学玻璃为衬底,通过稀释Ag+-Na+离子交换技术,制备出低损耗的表面条波导,并用近场法测量出条波导的模场分布曲线。给出光纤与波导耦合的失配损耗为0.54dB,条波导传输损耗为0.21dB/cm.以及在此工作基础上,成功地研制了适用于大容量相于光通信系统的1×2和1×4单模波导分束器。     

中物院1～4.2 THz FEL装置波导谐振腔优化设计

针对中物院高功率太赫兹自由电子激光（THz FEL）装置,结合FEL光腔振荡器实验的实际情况,提出了全波导近共心谐振腔设计方案。完成了THz波段波导光腔对光腔品质影响的理论分析和模拟计算,确定了波导设计尺寸为14 mm和22 mm。同时针对最初实验调试过程中无法出光饱和的问题,提出将波导更换为22 mm大尺寸波导的建议,波导更换后很快在2.56 THz获得饱和出光。另外针对实验频段无法覆盖到1～2 THz的问题,我们通过波导内壁粗糙度进行分析判断,提出采用14 mm铜材质的全波导FEL振荡器的设计方案,采用该方案后,实验成功将辐射频段拓展到0.7～4.2 THz,获得饱和输出。