连续波输出功率111.27 mW的G波段四端口平衡式倍频器

利用新颖的四端口平衡式二倍频原型,开发了215~230 GHz频段的肖特基变容管倍频器,并具备更加优秀的变频效率和功率容量。同时,所提出的倍频架构能够实现奇次谐波和四次谐波的本征抑制,并且其中采用的二极管管结数量相对于传统平衡倍频结构提升了两倍。因此,这种四端口倍频电路可以实现更好的转换效率和双倍的功率处理能力。在室温下,当输入功率为196~340 mW时,该倍频器具有约39.5%的峰值转换效率(@218 GHz),即使在较高的频率下,该倍频器也被证明是高功率太赫兹波信号产生的理想解决方案。

260 GHz GaN高功率三倍频器设计

基于GaN太赫兹二极管芯片,采用非平衡式电路结构,设计了一款260 GHz三倍频器。采用GaN肖特基二极管芯片提高电路的耐受功率和输出功率;采用“减高+减宽”的输出波导结构抑制二次谐波;采用高低阻抗带线结构设计了倍频器的输入滤波器和输出滤波器。测试结果显示,该三倍频器在261 GHz峰值频率下,实现最大输出功率为69.1 mW,转换效率为3.3%,同时具有较好的谐波抑制特性。

基于枝节回收的石墨烯三次谐波倍频器的研究

提出了一种枝节回收下的石墨烯三次谐波倍频器,并与不加枝节回收时石墨烯三次谐波倍频器进行了对比分析。石墨烯在电磁场激励下产生很强的非线性特性,偶次谐波输出功率被抑制,三次谐波输出功率增强。在680~1100 MHz工作频率下,枝节回收可有效提高石墨烯三次谐波输出效率。当射频输入功率为14 dBm时,有枝节回收与无枝节回收的倍频器相比,倍频损耗减小了11.12 dBm。

双端腔Ⅱ类倍频产生四组份纠缠光场

量子纠缠是执行量子计算和构建量子通信网络的关键资源,制备与操控纠缠态光场是实现量子信息处理的基础要素.本文提出了利用双端光学腔倍频产生四组份纠缠态的理论模型,从耦合波方程出发得到Ⅱ类倍频过程的传输矩阵,通过腔内自再现方程和输入输出传输矩阵理论研究了输出的两束倍频光的噪声特性;对于两束倍频光和两束基频泵浦场,利用多组份纠缠光场的充分必要判据PPT方法(positivity under partial transposition criterion)分析了最小辛本征值与泵浦功率及分析频率之间的关系,研究结果表明基频泵浦光与倍频光之间存在四组份纠缠.

基于外腔面发射激光器腔内三倍频的可调谐紫外激光器

紫外激光器具有频率高、波长短、单光子能量大以及空间分辨率高等特点,在精细加工、生命科学、光谱学等许多方面应用前景广阔.本文报道了一种基于外腔面发射激光器腔内三倍频的可调谐紫外激光器.该激光器采用了W型谐振腔,并插入双折射滤波片作为偏振和波长调谐元件,通过Ⅰ类相位匹配的LBO晶体对980 nm基频光进行倍频产生490 nm蓝光,再通过Ⅰ类相位匹配的BBO晶体对9.80 nm基频光和490 nm倍频光进行和频获得327 nm紫外输出.当LBO和BBO晶体的长度都为5 mm时,在环境温度为15℃,泵浦功率为47 W的条件下,实验输出的327 nm紫外激光功率达到538 mW.选择厚度为2 mm的双折射滤波片作为调谐元件,可获得的紫外激光器输出波长的连续调谐范围为8.6 nm.该紫外激光器同时显示了良好的光束质量和较好的功率稳定性.

高转换效率腔内倍频外腔面发射蓝光激光器

高功率高光束质量的蓝色激光在激光显示与照明、水下通信和成像、有色金属加工等许多领域具有广泛应用前景.本文利用增益芯片底部的高反镜分布布拉格反射镜、折叠镜以及后端反射镜构成V型谐振腔,通过腔内插入非线性晶体LBO,获得了高转换效率的高功率、高光束质量蓝光输出.实验研究了非线性晶体的长度、基频激光的线宽、倍频走离角的补偿等不同因素对外腔面发射激光器腔内倍频蓝光输出功率的影响.在LBO的Ⅰ类相位匹配条件下,当晶体长度为5 mm,所用双折射滤波片厚度为1 mm时,获得超过6 W的491 nm波长蓝光输出,x和y方向的光束质量M2因子均为1.08,倍频转换效率为63%.

截止频率1.2 THz的GaN肖特基二极管及其三倍频单片集成电路

通过设计不同掺杂浓度和厚度的GaN低掺杂外延层,制造了两款SiC基GaN肖特基势垒二极管(Schott⁃ky barrier diode,SBD)。结果显示在低掺杂层厚度为80 nm,掺杂浓度为8×10^(17)cm^(−3)条件下制备的GaN SBD截止频率高达1.2 THz。基于该SBD管芯制备了平衡式三倍频单片集成电路,室温下三倍频电路在305~330 GHz频段内连续波饱和输出功率大于10 mW,带内最大输出功率达25 mW,最高倍频效率达到3.3%。

基于对差分结构的320 GHz三倍频器

结合高频特性下肖特基二极管有源区电气模型建模方法,实现了一种基于对差分结构的320 GHz三倍频器,相比于传统的平衡式和非平衡式电路,这种结构可以在降低工艺复杂度的同时使电路的功率容量增加一倍,更好地满足现代通信系统对大功率太赫兹频率源的需求。为了提高电路在高耗散功率下的仿真精度,使用符号定义器件在电路仿真软件中建立起新型的电-热自适应模型,最后按照场路结合的迭代方式完成整体电路设计。测试结果表明设计的三倍频器在123~200 mW的驱动功率下可以实现最高8.8%的转换效率,最大输出功率为17.27 mW;在305~384 mW的驱动功率下可以实现最高7.2%的转换效率,最大输出功率为27.33 mW,为高功率太赫兹器件的高效设计提供了有益借鉴。

光斑形状对BBO晶体四倍频效率的影响

BBO晶体是一种被广泛应用于激光倍频、混频、光参量振荡等光学领域的非线性频率变换晶体。但是由于该晶体在四倍频过程中具有较大的走离角,会使产生的倍频光与基频光逐渐分开,降低了四倍频转换效率。文章模拟了在532~266nm倍频过程中,入射光斑形状为圆形和矩形时对BBO晶体四倍频效率的影响。计算结果表明,采用矩形光斑入射到BBO晶体表面可以延长有效倍频孔径长度,减小走离效应对倍频光的影响,明显提升四倍频效率。

腔内倍频454 nm脉冲蓝光Nd∶YLF激光器

面向海洋激光应用,针对LD端面抽运的紧凑型准三能级Nd∶YLF晶体激光器实现454 nm蓝光激光脉冲输出特性开展了实验研究。设计了两种方案,电光调Q法和增益调制法,获得454 nm蓝光脉冲激光输出。在增益调制方法中,当重复频率为100 Hz时,Nd∶YLF晶体激光器腔内倍频获得了最大功率为3.16 mW的454 nm蓝光脉冲激光输出,脉冲宽度约为418 ns。而在电光调Q方法中,100 Hz的重复频率下,腔内倍频454 nm蓝光脉冲输出平均功率最大为23.62 mW,脉冲宽度约为66 ns,倍频效率约为3.7%。该研究为获得高重复频率、百纳秒脉宽的紧凑型蓝光454 nm波长脉冲激光提供参考。

悬浮电容H桥级联逆变器二倍频功率分配策略

悬浮电容H桥级联逆变器具有输出电压电平数量多、开关频率低等优点,但是单相逆变器输出功率含有二倍频功率波动,直流侧需要采用大容量电容进行滤波。这里利用调制波分解调制技术提出3次谐波注入策略,在维持悬浮电容电压平均值控制的同时,通过分析计算3次电压谐波与基波电流的关系,将二倍频功率在H桥逆变单元与悬浮电容H桥之间进行分配,降低直流输入侧电压纹波,减小了直流侧电容的需求。这里通过实验对所提3次谐波注入策略进行了验证,表明该方法可以实现对二倍频功率的分配,降低输入侧电压波动。

外调制倍频光生毫米波技术的研究进展

目前,随着光电子芯片技术的高速发展,高频毫米波通信已成为目前宽带接入网络中的重要发展技术;因为采用外调制倍频方案的光生毫米波系统兼具收发毫米波信号的高效性和稳定性,且能充分利用现有电信网络中的光纤资源,因此,在实际中具备潜在应用价值。综述了光生毫米波倍频基本原理、典型倍频仿真或实验方案及其相关测试结果的研究进展;考虑到马赫-曾德尔调制器(Mach-Zehnder Modulator,MZM)作为倍频光生毫米波的关键电光器件,因此,分析了其中的关键工作参数;最后,对光载无线通信(Radio over Fiber,RoF)系统中光生毫米波技术的应用前景进行了展望。

基于三平行MZM的无滤波16倍频毫米波生成方案

为了提高生成毫米波倍频数的同时降低系统复杂度,提出了一种基于三平行马赫-曾德尔调制器的无滤波16倍频毫米波生成方案。该方案利用两个并联的马赫-曾德尔调制器产生载波和8阶光边带,通过调节第三个马赫-曾德尔调制器的直流偏置电压抑制载波,经光电探测器拍频得到16倍频毫米波信号。对16倍频毫米波产生的原理进行了详细分析,并通过仿真对方案的可行性进行了验证,其光边带抑制比和射频杂散抑制比分别为29.7 dB和24.6 dB。根据仿真结果分析了调制深度的偏移、消光比、MZM-3的直流电压偏移及MZM-1与MZM-2射频信号相位差对系统的影响,结果显示在一定的偏差范围内系统仍可获得良好的性能。

基于GaAs肖特基二极管单片集成技术的330~400 GHz三倍频器

基于砷化镓肖特基二极管研制了工作频率为330~400 GHz的三倍频器。在三倍频电路中,通过将二极管管芯排布方向与信号传输方向垂直,形成了无偏置反向并联型结构,实现对偶次谐波的抑制和对奇次谐波的增强,提高了三倍频器倍频效率。为减小电路封装误差,采用单片集成技术将二极管和外围电路集成在25μm厚的砷化镓衬底上实现三倍频芯片。并将芯片封装入一体设计的屏蔽腔中构成了波导-悬置微带线结构来减小电路损耗。实测结果显示,在330~400 GHz范围内,当输入功率为22 dBm时,三倍频器输出功率大于5.5 dBm,并有优于7 dBm的峰值输出功率。

170GHz二倍频器2路功率合成技术研究

文章研究并实现了基于170GHz二倍频器2路的功率合成。采用三维电磁场仿真设计并实现了E面T型功分/功合器。功率分配器采用WR10标准波导,80GHz~95GHz频带内,插入损耗在0.2dB左右,端口2和端口3之间隔离度在6dB左右。输出功率合成器采用WR5标准波导,160GHz~185GHz频带内,插入损耗在0.4dB左右,端口2和端口3之间隔离度在6dB左右。采用GaAs肖特基二极管单片集成技术设计并制备单路二倍频器,以满足一致性要求;基于170GHz二倍频器2路功率合成的测试结果表明,输入功率在600mW~800mW之间,163GHz~178GHz的输出功率在110mW~264mW,合成效率在80%以上。在171GHz的频点下,峰值输出功率可达264mW,峰值合成效率达到92%。

可调谐DFB激光器泵浦的PPLN绿色倍频光源

为研制脉冲宽度、重复频率以及输出功率可调谐至单光子级别的可见光波段高重频纳秒级窄脉冲光源,提出了一种基于增益调制型DFB激光器和PPLN晶体的绿色倍频光源设计方案。通过自制的纳秒级高速驱动电路以脉冲方式驱动DFB激光器产生固定波长的泵浦源;利用光纤半导体衰减器调节衰减量,调制泵浦光强度;采用PPLN晶体作为非线性晶体材料,通过其可调谐特性得到准相位匹配的绿色倍频激光输出。实验结果表明,DFB激光器输出的泵浦光功率和中心波长稳定,脉冲宽度1.02 ns~10.25 ns、工作频率1 Hz~10 MHz连续独立可调,泵浦光功率衰减至-44.61 dB时工作于532.96 nm波段的绿色倍频光输出脉冲平均光子数约为384 N,倍频光-光转换效率9.3%。

基于MgO:PPLN晶体的1554.8nm倍频器

为满足风云四号气象卫星搭载的闪电成像仪图像定位精度检验的光源需求,设计了一台基于两级主振荡功率放大器结构(MOPA)和掺氧化镁的周期极化铌酸锂(MgO:PPLN)晶体倍频技术,中心波长为777.4 nm,连续输出功率为1.5 W的激光器。采用反向940 nm off-peak泵浦方式较好地抑制了光放大器中自激放大辐射(ASE)和受激布里渊散射(SBS)效应,主放大器光-光转换效率达37.2%,获得了输出光功率为15 W,信噪比为59.6 dB,线宽为323.4 kHz,相对强度噪声为-145 dBc/Hz的单频窄线宽激光。在理论分析所用MgO:PPLN晶体倍频效率、温度调谐带宽以及可接收的波长带宽基础上,采用单通倍频方式获得了功率为1.5 W的777.4 nm连续光。

全固态Nd:GdVO_(4)四倍频228 nm深紫外激光器

在室温下实现全固态Nd:GdVO_(4)激光器四倍频228 nm深紫外脉冲输出。本文采用LD端面泵浦912 nm Nd:GdVO_(4)、声光调Q技术和LBO/BBO级联倍频产生228 nm脉冲激光,并通过理论和实验优化激光器参数设计,最终在LD泵浦功率为23.5 W时,重复频率在10 kHz下,获得了平均功率为14 mW的228 nm深紫外光输出,其脉冲宽度为59 ns,光斑呈椭圆形。

KTP倍频Nd:YVO4/GdVO4级联拉曼激光器研究

以c切Nd:YVO4为自拉曼晶体,c切Nd:GdVO4作为拉曼晶体,KTP腔内倍频,采用声光调Q,实现基于两种拉曼晶体共有的259 cm−1次级频移的脉冲二阶斯托克斯光1129 nm激光的有效振荡和腔内倍频,首次获得有效564 nm黄绿脉冲激光输出。在5.83 W的入射泵浦功率下,脉冲重复率为10 kHz时,564 nm激光最高平均输出功率226 mW,脉冲宽度为5.7 ns。

窄线宽光纤激光腔外倍频532 nm研究进展

窄线宽532 nm在高反金属材料加工、荧光检测、紫外波段和中红外波段激光的产生等领域均有广泛的应用。近红外波段1064 nm光纤激光腔外倍频产生的532 nm具有噪声低、效率高,光束质量好和功率稳定性好等优点。本文从常见的腔外倍频结构和晶体出发,对四种常见倍频晶体的有效非线性系数、激光损伤阈值进行分析对比;重点总结了窄线宽光纤激光单通双折射晶体、周期性极化晶体产生绿光;角度匹配、温度匹配下外腔谐振倍频产生532 nm激光的研究进展。讨论了腔外倍频中两种结构的特性和应用场景。