准波导结构下染料薄膜的荧光光谱和放大自发辐射光谱特性

通过对RhB/PMMA和Rh6G/PMMA染料薄膜的荧光光谱和放大自发辐射(ASE)光谱的实验测量和理论分析,研究了准波导结构染料薄膜的荧光光谱和ASE光谱特性。实验上采用连续激光和脉冲激光照射,分别测量准波导结构RhB/PMMA和Rh6G/PMMA染料薄膜的荧光光谱和ASE光谱,发现荧光峰和ASE峰随着染料掺杂浓度和薄膜厚度的增加产生红移;理论上考虑准波导结构下薄膜中染料的自吸收效应,类比激光器谐振腔模型,分析低阶导模传输的增益特性,获得了荧光光谱与ASE光谱中荧光峰和ASE峰对应波长与染料掺杂浓度的关系,数值计算与实验测量相吻合。结果表明,准波导结构下薄膜中染料自吸收效应导致荧光峰及ASE峰发生红移,改变染料掺杂浓度,可以在较大调谐范围实现ASE。     

周期域反转铌酸锂可调谐波长转换器的皮秒脉冲实验

实验研究了周期域反转铌酸锂光波导级联和频与差频二阶非线性效应(cSFG/DFG)皮秒脉冲间的可调谐波长转换。信号光采用重复频率为40 GHz,脉宽为1.57 ps的脉冲信号。当输入信号光和第一个控制光波长分别为1554.4 nm和1532.5 nm时,通过调节第二个控制光波长由1550.5 nm到1541.0 nm,输出信号光波长可从1536.0 nm调谐至1545.2 nm。当输入信号光波长改变时,通过改变第一个控制光波长以满足和频过程的准相位匹配条件,同时调节第二个控制光波长可以实现输出信号光波长的可调谐。实验中利用两个窄带可调谐滤波器有效抑制了掺铒光纤放大器引入的放大自发辐射噪声,同时观察到了波长下转换和波长上转换。     

基于半导体光放大器的通带与阻带相互切换的全光微波滤波器

为了满足光纤射频链路和相位阵列人线应用要求,提出并实验验证了基于半导体光放大器(SOA)的全光微波滤波器,该结构利用SOA的放大自发辐射的交义增益调制(XGM)原理,可以实现通带和阻带的相互切换.它是基于由SOA和可调谐窄带光学滤波器构成的光纤延时环,利用SOA的放大自发辐射谱的交义增益调制产生负系数.当可调谐窄带光学滤波器的中心波长对准激光器的波长时,可获得一个高Q的带通滤波器频率响应;当可调谐窄带光学滤波器的中心波长偏离激光器波长一定量时,可获得陷波宽度较窄和通带相对较平的陷波滤波器频率响应.此结构通过调节可调谐窄带滤波器的中心波长可实现高Q与通带相对较平的陷波频率响应的切换.     

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。     

芴类荧光染料掺杂DNA-CTMA薄膜的放大自发辐射特性

钯催化Suzuki反应合成得到一种9,9-二乙基-2,7-二-(4-吡啶)芴（DPFP）荧光染料,研究了该染料的吸收和荧光光学特性,以及DPFP掺杂DNA-CTMA薄膜的荧光光谱特性和放大自发辐射特性。实验结果表明:DPFP的吸收峰位于333 nm,DPFP的荧光光谱在370 nm和386 nm出现荧光峰,在408 nm出现肩峰,存在从激发态S1能级到基态S0能级的S10-S00,S10-S01和S10-S02三种振动带的电子跃迁;同时,在Nd:YAG纳秒激光器355 nm输出光的泵浦下,DPFP掺杂DNA-CTMA薄膜在波长390 nm和406 nm处实现了放大自发辐射,其阈值能量密度分别为3.24和3.40 mJ/cm2;此外,通过调节DPFP掺杂DNA-CTMA的质量比可以实现特定波长的放大自发辐射。     

基于光纤环形腔激光器的可调谐全光波长转换器的研究

在光纤环形腔激光器中引入周期极化反转铌酸锂(PPLN)光波导，用该激光器产生的连续光作为抽运光和控制光，使其与外加的信号光发生非线性效应实现可调谐波长转换.介绍了基于准相位匹配的PPLN光波导中的和频与差频级联型全光波长转换器的基本原理.对抽运光、信号光、控制光以及转换光的光功率随着PPLN光波导的变化进行了模拟.还对转换效率随着转换光波长的变化进行了数值计算.实验验证了该波长转换器的可调谐性. 关键词： 周期极化反转铌酸锂 和频与差频 可调谐全光波长转换 光纤环形腔激光器     

基于金纳米粒子增强有机-无机杂化钙钛矿放大自发辐射

有机-无机杂化钙钛矿作为激光的增益介质时,存在室温时纳秒脉冲或连续激光作用下的光泵浦器件不稳定、难以实现电泵浦激光等问题.通过将金纳米粒子水溶液和PEDOT∶PSS溶液共混的方法,将20nm尺寸的金纳米粒子掺杂至光泵浦平面波导器件的界面层PEDOT∶PSS中,掺杂了金纳米粒子的平面波导器件(以CH_3NH_3PbBr_3为增益介质)的放大自发辐射绝对强度相对于没掺杂金纳米粒子的器件提升了5.5倍.实验结果表明,金纳米粒子的引入,一方面提升了CH3NH3PbBr3薄膜的吸收,增加了粒子反转数目,另一方面加快了激发态激子的辐射跃迁速率.仿真分析表明,金纳米粒子的近场和远场复合表面等离激元可有效耦合增益介质光吸收/发射主区域,从而提高了平面波导器件的放大自发辐射性能.研究结果可为高效泵浦激光的实现提供参考.     

激光器泵浦的波导染料放大器的研究

本文对波导染料自发辐射放大器进行了理论和实验研究。利用矩形波导模型求出波导模式、放大自发辐射阈值、放大自发辐射的近场及远场光强分布。实验获得放大自发辐射的远场光斑图样与理论计算比较基本一致,并对放大自发辐射输出特性进行研究。     

基于有机半导体激光材料的高灵敏度溶液检测传感器件

采用光抽运有机激光增益材料产生的放大自发辐射(amplified spontaneous emission ASE), 实现了不同浓度液体的实时检测. 以两种聚合物poly(9, 9-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole)和poly(3-hexylthiophene)共混的激光增益介质薄膜作为平面光波导, 观察在滴加少量溶液前后以及不同溶液浓度下, 由于光波导的相对折射率变化导致的放大自发辐射阈值及峰位的变化, 实现对溶液检测. 实验结果显示, 在常温常压下对25 wt.% NaCl溶液检测可得与纯水相比, 放大自发辐射光谱红移了4.5 nm, ASE阈值从0.579 μJ/pulse上升到1.447 μJ/pulse, 约2.5倍, 溶液检测灵敏度达到97.8 nm/RIU(refractive index unit), 精度达到141.9 nm/RIU, 充分说明上述方法能实现高灵敏度溶液检测.     

基于铌酸锂薄膜波导的电光调谐光栅辅助定向耦合器研究

提出并实验研究了一种基于铌酸锂薄膜光波导的电光调谐的光栅辅助定向耦合器。该耦合器由单模与双模脊形波导及制作于双模波导侧壁的长周期光栅构成。长周期光栅的引入补偿了单模与双模波导中基模的相位失配,可在共振波长实现两波导中基模的高效耦合。进一步地,在双模脊形波导两侧制作调谐电极实现了高速、低驱动电压的电光调谐功能。优化了器件的制作工艺,并采用单次干法刻蚀将耦合器的光栅与波导同步制作于X切铌酸锂薄膜上。测试结果表明所制作的器件在1 595.3 nm波长处实现了14.8 dB的隔离度,其电光调谐效率为0.38 nm/V(1 595.3 nm～1 599.0 nm),热光调谐效率为0.14 nm/℃（25℃～50℃）。该器件可用于实现可调谐滤波、滤模、电光调制及高灵敏度温度传感等功能。     

Wide-range amplified spontaneous emission wavelength tuning in a solid-state dye waveguide

Amplified spontaneous emission (ASE) in an organic-dye- (DCM-) doped poly(methyl methacrylate)/silica-gel hybrid material planar waveguide was investigated. ASE wavelength control and tuning in a wedge waveguide were realized. The tuning range of the waveguide can reach as much as 30 nm. This method can be applied to wide-range wavelength tuning in solid-state tunable lasers.     

基于LiNbO_3的长周期波导光栅可调谐耦合器的设计

设计了一种基于LiNbO_3的长周期波导光栅可调谐耦合器.该耦合器利用长周期光栅的独有特性将输入波导的导模经包层模耦合至输出波导导模.由于LiNbO_3的电光效应,波导光栅芯层与包层的有效折射率随外加电压变化,从而耦合器的谐振波长及耦合效率可由外加电压调谐.分析了光栅周期与耦合器的长度对耦合器带宽和耦合效率调谐范围的影响,以及波导尺寸对谐振波长调谐灵敏度的影响.结果表明光栅周期越短,耦合器长度越长,则耦合器的带宽越窄,耦合效率调谐范围也越大.此外,谐振波长调谐灵敏度随波导宽度的增加而减小,而波导厚度对谐振波长调谐灵敏度的影响可以忽略.对光栅周期为94μm、长度为3.52cm的耦合器进行仿真,结果表明,谐振波长灵敏度为26.2pm/V,3dB带宽可达4.5nm,当外加电压从0变化到200V时,谐振波长变化5.24nm,耦合效率可在1到0.15之间进行调谐.     

L波段线型腔波长可调谐掺铒光纤激光器

报道了工作波长在L波段的由两个光纤环境构成线型谐振腔的掺铒光纤激光器，通过调整环境中偏振控制器的状态来改变环境对不同波长的反射率以实现某些波长的激光输出。线型腔内的激光工作介质为两段不同掺杂浓度的掺铒光纤，其中一段铒光纤由一980nm激光器抽运，其产生的放大自发辐射谱在腔内再同时对两段掺铒光纤进行抽运，使它们的增益谱移位到L波段。实验中观察到了波长从1566．4nm到1592.4nm范围内可调的稳定的连续激光输出，其波长调谐范围达26nm。     

基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器

提出了一种基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器.该振荡器中,相位调制器串联光波导谐振腔,取代了传统系统中的强度调制器、长光纤和滤波器.由于光学谐振腔对光子频率和相位敏感,调节激光器改变输出光的波长,不仅可以调制光的强度,还可以对微波光子进行选频输出.当光子在波导腔中发生谐振时,产生很强的延时特性,可以取代传统系统中的长光纤.整个光电振荡器系统体积为长29.5cm、宽21cm、高7cm.实验中,改变0.1pm的光子波长,能够产生步长为12.535.5 MHz的调谐,调谐范围达2 GHz,且系统能够产生10 GHz的微波信号,在中心频率为10 GHz处其相位噪声为-109.7dBc/Hz@10kHz.该研究为光电振荡器的小型化和实用化提供了一种新的思路.     

Widely tunable difference frequency generation around 3.4 μm using index dispersion property of PPLN

In this paper, the wide difference frequency generation (DFG) tuning characteristics around 3.4 μm are investigated by using the index dispersion property of PPLN. With a ytterbium doped fiber laser (YDFL) and an erbium doped fiber laser (EDFL) as the fundamental light sources, our simulation results show that the quasi-phase matching (QPM) wavelength acceptance bandwidth (BW) for the pump is much larger than that for the signal. Although the positions of the broadened QPM pump bands vary with the poling period and the signal wavelength, the corresponding idler tuning ranges center around 3.4 μm. With a signal wavelength of 1.57 μm, an idler tuning range of greater than 170 nm is experimentally obtained in the 30 uniform grating PPLN. When the signal wavelength and the poling period are respectively changed to 1.55 and 29.50 μm, wide DFG tuning operations around 3.4 μm are also achieved with the crystal temperature adjusted to adapt the change.     

Distributed-feedback laser actions in zirconia-ORMOSIL waveguides based on energy transfer between co-doped laser dyes

Laser dyes such as pyrromethene 567 (PM567), perylene red (P-red) and coumarin 540A (C540A) were doped into zirconia-organically modified silicate (ORMOSIL) materials prepared by low temperature sol-gel technique. Narrow line-width distributed feedback (DFB) laser actions were induced in the PM567 and/or P-red doped sol-gel planar waveguide. Tuning of the output wavelength was achieved by varying the period of the gain modulation generated by a nanosecond Nd:YAG laser at 532 nm. Compared with those of PM567 and P-red solely doped thin films, tuning range of C540A, PM567 and P-red co-doped sol-gel planar waveguide was greatly extended, from 564.5 nm to 635.1 nm.     

聚合物阵列波导光栅的大范围电-光波长调谐滤波器

从阵列波导光栅的光栅方程入手,分析了聚合物阵列波导光栅采用电.光效应进行波长调谐的原理,提出了具有单推挽结构和双推挽结构的电.光波长可调谐滤波器.并用Optiwave软件分别对无推挽结构和推挽结构波长调谐器进行了计算机仿真.结果表明:当外加电压从－100 V 增加到+100 V 时,前者的波长调谐范围约为5 nm,而后者中,单推挽结构的波长调谐范围为约10 nm,双推挽结构的波长调谐范围可达20 nm.     

Towards athermal optically-interconnected computing system using slotted silicon microring resonators and RF-photonic comb generation

We report that completely athermal design of a slotted silicon waveguide is possible by combining the negative thermo-optic (TO) coefficient of, for example, polymethyl methacrylate (PMMA) with the positive TO coefficient of silicon. When used in a microring resonator structure, the filled overcladding slotted waveguide and the unfilled (air-filled) overcladding slotted waveguide can both achieve athermal characteristics. Simulations indicate a wide range of realizations with proper design parameters of the slotted waveguides, namely, the silicon strip and slot widths. Preliminary experimental results on fabricated devices demonstrate that the temperature dependence is reduced from 91 pm/°C for a regular microring resonator to 52 pm/°C for the PMMA-clad microring resonator. Completely athermal realization is expectable in similar devices with improved fabrication techniques. For the external optical source, we demonstrate a stable 3.5 THz wide (175 modes×20 GHz) optical comb source with nearly flat spectral phase. Adjustable mode spacing and wavelength tunability across the C-band are maintained so that comb lines can be matched to the specified wavelength grid of the computing system. With such schemes, temperature controls of individual optical components in the optically interconnected computing chips become unnecessary, greatly reducing the complexity of the computing system.     

Wavelength tunable erbium-doped fiber ring laser operating in L-band

We describe a novel erbium-doped fiber ring laser utilizing the backward amplified spontaneous emission (ASE) power as a secondary pump source so that it can operate in L-band stably. The output wavelength can be tuned in a wide range of 45 nm, from 1560 to 1605 nm. We also compared this scheme with the condition of not using the ASE as secondary pump source, and found this scheme could improve the performance of the laser when using the same components.