980nm半导体激光器输出光谱特性的改善

为了改善980nm半导体激光器的输出光谱特性,采用传输矩阵分析法推导了双布喇格光纤光栅谐振腔的传输表达式,对布喇格光纤光栅长度和谐振腔腔长对输出光谱的影响进行模拟仿真,结果表明布喇格光纤光栅长度对输出光谱的影响大于谐振腔腔长对输出光谱的影响,加长布喇格光纤光栅长度能压缩输出光谱线宽.在980nm半导体激光器尾纤上写入不同布喇格光纤光栅长度的双布喇格光纤光栅谐振腔,验证了引入双布喇格光纤光栅谐振腔在压缩980nm半导体激光器输出光谱线宽的同时改善了其输出光谱的稳定性.当环境温度在0~75℃范围内变化时,980nm半导体激光器输出中心波长仅变化0.06nm.     

腔内倾斜扰动对正支共焦腔本征模式的影响

针对激光器出光过程中腔内像差扰动带来的光束质量下降问题,分析了正支共焦腔腔内不同位置倾斜扰动对本征模式的影响,采用数值迭代法计算了理想状态及腔内不同位置倾斜扰动状态下的本征模式、相位Zernike像差拟合系数.结果表明：对大小给定的扰动,相位相对敏感性从凸面镜到凹面镜逐渐增加,且腔模倾斜像差增大的同时还将导致离焦、像散等高阶像差的增大,因此作腔内补偿时,应使补偿平面尽可能靠近凹面镜.     

2.45GHz下常用有机试剂复介电常数的测量与研究

1986年加拿大的R．Gedye和R．J．Giguere等发现了微波可以显著加快有机合成,他们发现用微波辐射可使反应速率和产率有不同程度的提高。由于微波作用机理的特殊性,微波化学对很多化学领域带来了冲击。但是,微波与化学反应体系之间相互作用的一些重大问题还未得到解决,如微波加热过程中化学反应系统的非线性反射、非均匀加热等。解决这类问题,首先必须了解化学反应过程中混合物的电学性质与磁学性质,而物质的宏观电学和磁学性质都用其介电常数和磁导率来描述。对于大部分是非磁性材料的有机试剂,微波与反应体系相互作用的特性集中体现在体系的等效复介电常数上。了解各种常用试剂的复介电常数,可以进一步了解各种化学试剂对微波的吸收和反射的情况。而很多试剂的复介电常数无法从现有文献中得到。本文利用谐振腔微扰法测定了在2．45GHz室温下各类常用有机试剂的复介电常数,结果显示：醇类试剂复介电常数实部与虚部都较大;酮类试剂复介电常数实部相对较大,而虚部较小;酸类试剂复介电常数实部和虚部都较小;烷烃和苯类试剂实部,虚部更小。同时,随着碳链增加,所有试剂的复介电常数的实部与虚部均有下降趋势。这些测试和分析结果将为微波辅助有机合成提供了有益参考。     

G波段500 W带状注扩展互作用速调管设计研究

针对太赫兹频段实现高功率面临物理机制上的难题,设计了一个G波段带状注速调管,展示了基于非相对论带状电子注和扩展互作用技术所能达到的功率水平以及影响性能的物理因素。文中设计基于电压24.5 kV、电流0.6 A,1 mm×0.15 mm的椭圆电子注,以及与之相匹配的互作用系统,即横向过尺寸哑铃型多间隙谐振腔,可以实现高功率和高增益。三维PIC仿真结果显示,在考虑实际腔体损耗的情况下,能够获得超过500 W的功率,电子效率和增益分别达到3.65%和38.2 dB。研究发现,输出功率和效率的提升很大程度上受到多间隙腔模式稳定性以及电路欧姆损耗的制约;输出腔的欧姆损耗对输出功率影响尤为显著,工程设计需要特别考虑。本文的研究为高频段带状注扩展互作用器件的研发打下了良好的基础。     

光学装调中的一种基于猫眼效应的焦距测试方法北大核心CSCD

在光学系统装调中,由于光学元件的面型误差、加工误差等影响因素的存在,使待装调的光学系统的装调失调量并非为一个确定的准值,而是一个范围值,在失调量范围内,可能存在不止一组Zernike系数符合要求,即以像差值为判据的装调结果的解不唯一,需要对光学系统的其他参数进行测试判断光学系统在装调阶段是否满足技术要求。介绍了一种在装调过程中,当各项像差的Zernike系数接近设计时,利用干涉仪、分划板、五棱镜、经纬仪等设备,在波前测试光路中采用猫眼效应进行装调过程中的光学系统焦距的测试方法,通过光学系统的波像差和焦距值两种测试结果判断装调工作是否符合要求。经过实际装调过程中的应用验证了该方法的有效性,在光学系统的装调过程中将焦距值控制在±0.5%以内。     

角锥棱镜谐振腔激光模式模拟研究

为了探究角锥棱镜谐振腔激光模式,以角锥-平面镜腔为例,将角锥棱镜等效为衍射光栅,考虑角锥镜棱宽在谐振腔中的衍射效应以及二面角误差引起的附加相位分布对谐振腔激光模式的影响,在光学谐振腔理论的基础上,建立了求解本征模式的理论分析模型.采用快速傅里叶法数值模拟不同腔长、角锥镜棱宽和二面角误差情况下该无源谐振腔激光输出模式分布情况.结果表明,在腔长30 cm、角锥镜棱宽小于75μm、二面角误差在-10′~5′之间时,可实现光斑完整的圆形分布输出模式,且有较好的光束质量;棱宽不小于0.4 mm,二面角误差在-40′~10′之间时,光斑为TEM 03阶横模,光场呈六瓣分布;当角锥镜棱宽为0.4 mm、二面角误差为3′,腔长从30~90 cm范围内增加时,该谐振腔输出的激光模式从TEM 03转换成TEM 10.     

圆柱形光声池结构及环境因素对声学本征频率的影响

以典型的圆柱形光声池为研究对象,建立光声池声学仿真有限元模型,并在此基础上,研究了光声池中谐振腔、缓冲腔、进出气孔结构参数以及温度、湿度因素对其声学本征频率的影响规律.研究结果表明:圆柱形光声池的进、出口孔对其声学本征频率影响极不敏感,设计计算中可以忽略不计,谐振腔的长度影响最为敏感,其次为谐振腔的直径.此外缓冲腔的长度与直径对其亦有一定影响,因而在准确计算时需要加以考虑.温度与湿度对光声池声学本征频率的影响均呈现正线性增长规律,温度的影响随着谐振腔长度的增大而减小,湿度的影响随着温度的升高而增大,仅计算光声池的声学本征频率时,湿度的影响在室温环境下且湿度变动较小的条件下可以忽略.     

对史密斯-帕塞尔自由电子激光光栅的研究

为了研究史密斯-帕塞尔自由电子激光的输出频率和光栅槽深、光栅槽长、光栅槽宽的关系,对于基于矩形光栅的史密斯-帕塞尔自由电子激光利用粒子模拟软件进行模拟和理论分析。首先,利用粒子模拟软件模拟对于基于矩形光栅的史密斯-帕塞尔自由电子激光进行了研究,发现史密斯-帕塞尔自由电子激光的输出频率随光栅槽深、光栅槽长、光栅槽宽的增大而减少。接着,对史密斯-帕塞尔自由电子激光的光栅槽进行了理论分析,发现每个光栅槽都可以等效为一个LC谐振电路,并发现在史密斯-帕塞尔自由电子激光中存在两种辐射,一种是史密斯-帕塞尔辐射,另一种是LC振荡辐射。最后,对光栅槽的LC振荡辐射进行了估算,发现史密斯-帕塞尔自由电子激光输出频率的模拟值与光栅槽的LC振荡辐射估算值的数量级均为102 GHz,且变化规律上一致。据此推测决定史密斯-帕塞尔自由电子激光输出频率的应该是光栅槽,而不是谐振腔。     

四分之一超导谐振腔的仿真对比

超导量子电路已成为实现量子计算机的主流技术路线之一,其中四分之一波长超导谐振腔主要用于读取量子比特的状态信息,是实现超导量子电路的关键器件.本文设计了四分之一波长超导谐振腔,利用两种电磁仿真算法(有限元法以及矩量法),对超导谐振腔的传输特性进行建模仿真验证.制备出了设计的超导谐振腔样品,在20±5 mK的低温环境下对其传输特性进行测量.通过仿真结果与设计值和实测值进行对比研究,发现基于矩量法的sonnet软件在仿真准确性、仿真速率以及资源消耗等方面都优于基于有限元法的HFSS软件.同时研究了谐振腔之间的串扰对仿真精度的影响,当谐振腔数目不多时,其相互之间串扰的影响几乎可以忽略.     

基于Aharonov-Bohm笼的非厄米趋肤效应抑制现象

能带理论在光学领域的应用为控制光传输提供了有效手段,非厄米趋肤效应的发现扩展了传统能带理论的范畴,能够实现新型光局域和单向传输现象.然而在光学体系,如何有效地产生并调控非厄米趋肤效应仍然是重要的研究主题.本文研究了具有规范势的准一维菱形光晶格中的非厄米趋肤效应,通过计算本征能谱、环绕数和模式演化特性,发现规范势能够对趋肤效应强弱进行有效调节.当规范势大小为π时,趋肤效应被完全抑制,而由Aharonov-Bohm笼效应引起的平带局域占主导.利用间接耦合微环谐振腔阵列,可同时产生合成光子规范势和非对称耦合,为研究Aharonov-Bohm笼和趋肤效应的竞争机制提供了可能的实现方案.本研究结果为利用规范势调控趋肤效应提供理论基础,在发展片上非磁性单向传播器件也具有潜在的应用前景.