蚕丝光学器件的研究进展

蚕丝具有优异的光学特性,在光学器件领域具有广阔的应用前景。介绍了蚕丝光波导、蚕丝光学传感器和蚕丝光学微结构3种蚕丝光学器件的研究进展。其中蚕丝光波导和蚕丝微结构重点介绍了制备方法和性能研究进展,蚕丝光学传感器重点介绍了其在生物医学、环境监测和工业检测等传感领域的应用进展。3种蚕丝光学器件的研究都展示了该方向的理论研究价值和实际应用价值。未来的研究应该继续深入研究蚕丝的光学性能,以及蚕丝光学器件的制备方法和性能优化,实现蚕丝在光学器件领域的更广泛的应用。     

大功率量子级联激光器的光学与热学协同优化设计北大核心CSCD

针对大功率量子级联激光器存在热积累严重的问题,本文基于MBE与MOCVD结合的二次外延生长InP基量子级联激光器结构的工艺方法,设计优化中波单管4W连续光输出的大功率量子级联激光器光学与散热性能。通过COMSOL软件对器件结构进行建模,设计器件光学和热学结构模型,分析不同结构参数对器件性能的影响,得到最优结构参数:在In053Ga047As层厚度为50nm,波导下包层InP为1μm,上包层InP为2μm,封装金层厚度为3μm时,器件光学和热学综合性能最优,其中波导光限制因子为074,核心区温度为378 K。本文研究相关结论可为后续大功率中波量子级联激光器结构与工艺设计提供指导。     

基于稀疏采样传播数据和决策树算法的蒸发波导反演

蒸发波导的超视距传播特性是影响海上无线电系统性能的重要因素,准确预测蒸发波导是进行系统 评估的基础。文中提出一种基于稀疏采样传播数据和决策树轻量梯度提升机(Light Gradient Boosting Machine, LightGBM)算法的蒸发波导反演方法。首先,采用抛物方程方法仿真得到稀疏采样传播数据并构建训练集和测试 集;其次,使用决策树LightGBM 算法搭建反演模型,通过不断调参改进模型的精度以达到较高的反演准确度;最后, 调用训练好的LightGBM 模型进行蒸发波导反演,并对反演结果的概率分布进行了分析。结果表明,基于稀疏采样 传播数据的蒸发波导反演方法能够有效且快速地实现蒸发波导反演,为海上蒸发波导预测提供了一种新途径。     

低耗低剖面单层波导阵列天线研究

新型单层波导阵列天线具有低耗、低剖面、结构紧凑、实用性强等诸多优点, 在毫米波甚至太赫兹无线通信领域具有巨大应用潜力, 是当前的研究热点。 文章首先介绍了用于构建波导阵列天线的几类波导馈电网络的特点, 指出E 面波导馈电网络在毫米波应用领域的优势,接着针对E 面波导在单层并馈波导阵列天线和Butler矩阵多波束阵列天线方面的研究展开叙述,最后给出了可应用在单层波导阵列天线中的开口波导辐射单元在实现多频和圆极化等不同功能上的最新研究进展。 文章对于低耗低剖面单层波导阵列天线的发展及其应用具有参考价值。     

W波段行波管功率提升研究

行波管为发射机提供放大信号,其输出功率直接决定着系统的作用距离,是系统的核心部件之一。本文从提升电子效率和电子注功率两方面开展研究,以提升W波段行波管输出功率。基于折叠波导互用电路相速跳变设计,研制出8 GHz带宽内输出功率大于250 W的W波段行波管。提出非半圆弯曲折叠波导与相速跳变技术结合的设计方法,使W波段行波管输出功率和电子效率最高分别达到647 W和13.4%。提出一种四端口式高频结构和一种双弧弯曲折叠波导慢波结构,大幅提升了行波管对工作电流的聚焦能力,基于两种新型结构的创新研究,完成了千瓦级W波段行波管设计。     

大气信道下窄线宽激光器对相干通信系统性能影响研究

在空间下行相干激光通信系统中,激光器的线宽大小会影响通信系统的性能,而窄线宽激光器能有效降低激光器线宽引起的激光器相位噪声,目前已经成为相干激光通信系统的首选。光信号在大气信道传输时,大气湍流会引起光信号强度和相位的波动,从而进一步影响系统的通信性能。针对上述问题,基于四相移键控(Quadri Phase Shift Keying, QPSK)通信系统的工作原理,进一步考虑窄线宽激光器线宽和大气湍流引起的光信号强度和相位的波动,给出了空间下行QPSK通信系统误码率模型。并基于该模型,数值仿真分析了窄线宽激光器对空间下行相干激光通信系统性能的影响。结果表明：大气湍流不仅严重影响系统性能,也会弱化激光器线宽对系统性能的影响。而对于大气湍流影响而言,其引起的相位波动要大于光强波动的影响。此外,随着通信速率增大,激光器线宽对于系统性能影响也会随之降低。文中对于空间下行相干激光通信系统的优化设计和调试具有一定的实际参考意义。     

基于铌酸锂薄膜的Y波导集成调制器设计

近年来,基于薄膜铌酸锂（TFLN）平台的高性能电光调制器以其小体积、低能量损耗等特点受到广泛关注。本文提出了一种新的具有垂直电极结构的Y波导铌酸锂薄膜电光调制器。研究了调制器的半波电压与缓冲层厚度之间的关系,优化了Y波导的设计参数,最后设计得到插入损耗<5 dB, 半波电压<1.5 V的高性能调制器。本文不仅为基于TFLN平台的小型化波导的设计和实现提供了思路,而且为制造高性能和多功能的电光调制器提供了实验依据。     

全固态医用窄线宽皮秒激光器研究

输出窄线宽、超短脉冲的全固态激光器在医疗美容、加工业领域的发展潜力巨大。本文开展了被动调Q微片激光器的研究。采用LD泵浦Nd:Ce:YAG、Cr:YAG微片键合晶体的方案。激光器输出脉冲的重复频率为10 Hz,脉冲宽度被压缩至503 ps,最大脉冲能量为197μJ,能量的均方值稳定性为3%,输出激光峰值波长为1 064.53 nm,光谱线宽为0.06 nm。光束质量M2因子在x和y方向上分别为1.32和1.29。     

中红外4 μm波长下MgF2晶体脊形光波导的制备及特性研究（特邀）

为了研究离子与中红外晶体相互作用的机理,探索中红外晶体光波导的制备和性能,采用离子辐照技术结合精密金刚石刀切割,在MgF₂晶体材料中制备了深度17.5 μm、宽度14 μm的脊形光波导。采用SRIM软件模拟了C5+离子辐照MgF₂晶体的电子能量损伤和核能量损伤的过程,分析了波导的形成机理;模拟了波导的折射率变化,并对波导的近场模式进行了实验测量和理论模拟;采用热退火处理来降低波导的传输损耗,将传输损耗降低为0.4 dB/cm;微拉曼光谱证明离子辐照过程并未对MgF₂晶体波导区造成较大的晶格损伤。该工作表明,离子辐照技术结合划片机精密切割是一种十分成熟的脊形波导制备手段,制备的MgF₂晶体脊形光波导在中红外集成光学和光通讯领域具有广泛的应用前景。     

玻璃波导有效折射率的原位测量（特邀）

飞秒激光直写玻璃波导是快速制备三维集成光子芯片的一种重要手段,波导有效折射率的准确测量对于设计光子器件意义重大。设计并制备了一种断臂马赫-曾德尔干涉仪（MZI）结构对玻璃波导有效折射率进行原位精密测量。激光在断线区域和波导内的有效折射率不同,在传输相同长度下产生一定的相位差,最终导致不同的干涉结果。对断臂MZI结构的相位干涉结果进行处理,得到激光直写玻璃波导的有效折射率为1.504+7.7×10?4。利用RSOFT软件光束传播算法对器件进行模拟仿真,仿真结果与实验吻合良好。该精确测量玻璃波导有效折射率的方法对于提升光子芯片设计与制造能力具有重要意义。