考虑光强分布的光通信光栅列阵光束整形方法

光栅单元阵列由大量的单元组成,每个单元的大小和形状都需要精确控制,以确保光束的整形效果。然而,在光通信过程中,光强分布的变化会导致光栅列阵中每个单元的响应度不一致,从而引起每个单元接收到的光信号出现差异,进而影响光束的整形效果。因此,提出一种考虑光强分布的光通信光栅列阵光束整形方法。以光通信光栅列阵中的最常用的列阵波导光栅为例,通过阵列波导结构中的阵列波导的芯区宽度、芯区折射率、包层折射率、波导周期宽度等参数,结合波导中的传播常数受到光束波长和折射率影响,得到阵列波导的归一化本征方程,将其结果结合匀化洛伦兹函数得到入射光和出射光的光强分布,通过计算得到光通信光栅列阵光束入射光及出射光的映射函数,利用函数调整光学参数,实现光通信光栅列阵光束整形。实验结果表明:该方法对光通信光栅列阵光束的整形效果好,整形光束的能量利用率高,光束不均匀性小。

基于SSH模型拓扑边界态和角态的实现

拓扑光子学的研究在光学通信领域具有重要的研究意义。为了实现拓扑边界态和角态,基于Su-Schrieffer-Heeger(SSH)模型,构建了二维正方形光子晶体结构,通过有限元软件仿真计算了该结构的能带,分析了对应的模式和拓扑相位。在此基础上实现了具有拓扑保护性质的边界态和角态,产生了相对带隙宽度为35%的较宽带隙,并通过频域仿真,验证了拓扑边界态具有单向传输特性和抗干扰的能力,拓扑角态能够把光波约束在角点的位置。结果表明:基于SSH模型设计的光子晶体结构能够实现高性能的拓扑边界态和角态,具有设计简单,容易实现的特点。

O波段硅基二氧化硅密集波分复用AWG设计及制备

O波段波分复用器是数据中心高速互连关键器件,采用相对折射率差为0.75%的硅基二氧化硅光波导材料,设计并制备了O波段48通道平顶型密集波分复用阵列波导光栅芯片,采用金属合金架固定阵列波导光栅芯片,金属螺杆随温度变化收缩或伸张,可补偿阵列波导光栅芯片响应谱波长随温度产生的飘移,实现-5℃到65℃温度范围内响应谱稳定输出,采用非归零和4电平信号两种调制方式进行高速信号传输。测试结果表明,封装后的阵列波导光栅的插入损耗在-5.31~-6.59 dB之间,通道间隔0.676 nm,1 dB、3 dB带宽分别为0.41 nm、0.55 nm,相邻串扰、非相邻串扰分别为29.4 dB、29.2 dB,偏振相关损耗小于0.67 dB,-5℃到65℃变温下中心波长漂移由7 pm/℃减小到0.6 pm/℃,26.56 Gbps非归零及53.12 Gbps 4电平信号调制传输眼图消光比分别大于5.5 dB和3.6 dB。

等离子体处理制备柔性低损耗ABS/Ag太赫兹空芯波导及其传输可靠性研究

等离子体处理ABS管提升了ABS/Ag镀层太赫兹空芯波导的性能。胶带法测试结果表明,等离子体处理后,银镀层的附着力由5级提升至2级。等离子体处理后的ABS管内表面银层的均匀性和致密度更高,高质量的银层有利于降低波导的损耗。未经等离子体处理的4.2 mm内径的ABS/Ag镀层空芯波导在0.3 THz和0.1 THz时的直线损耗分别为0.72 dB/m和1.47 dB/m,等离子体处理后其损耗分别降至0.70 dB/m和1.44 dB/m,且波导能够在冷热环境中稳定传输太赫兹波。等离子体处理后的样品在超过200小时的湿热老化和16次的高低温循环老化试验后直线损耗升高小于0.1 dB/m,而未经等离子体处理的样品的损耗升高大于1 dB/m。研究结果表明,等离子体处理后的ABS/Ag镀层太赫兹空芯波导损耗更低、传输可靠性更高、耐老化性更好,可用于构建下一代通信、传感及太赫兹成像系统等。

基于夹层氮化硅波导的可见-中红外超连续谱特性研究

提出一种低厚度氮化硅-蓝宝石-氮化硅夹层波导结构。利用其色散波辐射现象和中红外相位匹配条件,结合波导脉冲传输模型,讨论了夹层波导不同物理尺寸对相位匹配点和光谱展宽的影响,数值模拟获得了0.5~4μm的超连续谱展宽,并且在-40 dB水平下具有更远中红外色散波产生。通过该模型,详细解释了非线性波导脉冲传输的潜在机制。理论模型分析表明,通过优化氮化硅及蓝宝石夹层的物理尺寸,进而改变相位匹配条件,可以在较宽的波长范围内控制色散波的位置。

基于氮化硅微腔的2μm波段孤子光梳研究

本文研究了氮化硅微腔在2μm波段的光学频率梳产生。通过几何设计对氮化硅波导进行色散调控,选取合适的总线波导尺寸,从热吸收理论出发,讨论氮化硅微腔不同调制频率下的热折射噪声。以非线性薛定谔方程为基础模型,研究不同色散作用下的腔体演变过程。数值结果表明,氮化硅在2μm波段能够更清晰地观察系统的滞后状态转变,即系统向稳定域转变过程的弛豫振荡现象,同时在高阶色散的作用下,腔体能够更快地向稳态孤子转变,这为研究呼吸孤子提供了方案。

周期调制四通道光学波导的宇称-时间对称特性调控和动力学研究

光学系统中周期调制主要是通过周期性变化的复折射率材料来实现,类似于周期驱动系统的量子隧穿行为,宇称-时间(PT)对称光学波导系统中光的传播可以通过周期调制来进行有效操控.本文设计了一种通过周期调制波导与增益型-耗散型波导交叉放置调控PT对称性的物理模型,在高频近似下讨论了周期调制对体系能谱的影响,最后结合解析和数值的方法揭示了光在非厄米四通道光学波导中的动力学演化.结果表明,与以往周期调制波导与增益型-耗散型波导平行放置的四通道光学波导体系相比,不仅可以通过周期调制调窄完全实能谱的存在范围,且可以更早地观测到实能谱.此外,调制参数变化时,四通道波导的相对光强和光学周期更为稳定.该理论研究给出了一种更为高效、稳定的调控PT对称的构型.

基于Adam算法的光学相控阵输出光束校准方法

基于微纳集成的光波导相控阵芯片是近年来激光雷达技术领域的研究热点.随着激光雷达系统空间分辨这一实际应用需求的不断提高,作为激光雷达系统中的光束控制器件,光波导相控阵需要扩大阵列规模以提升输出光束的空间分辨率.同时也为光波导相控阵输出光束的优化校准带来了困难,现有算法不仅光束校准质量不高,且校准效率较低.为此,本文将Adam算法应用于光波导相控阵输出光束校准系统中,通过建模仿真比较了Adam算法与现有SPGD算法和GS算法在光束校准层面上的优劣.同时,搭建实验系统实现了高质量的光束校准,根据校准结果,在Adam算法校准下光波导相控阵输出光束的主旁瓣比优于15.98 dB,对16×16光波导相控阵输出光束校准达到收敛所需的迭代次数低于600次.这一算法在光波导相控阵输出光束校准方面的应用,能够提高光波导相控阵的控制精度和效率,拓展光波导相控阵在激光雷达技术、数字全息技术和生物成像技术等方面的应用.

波长调制型PMMA光波导SPR传感器敏感单元设计

光波导表面等离激元共振(SPR)传感器具有尺寸小、免标记、易集成等优点。文章设计了一种基于波长调制方法的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)脊型波导SPR传感器,并对其关键参数进行了优化。结果表明,该敏感单元在待测液折射率为1.33~1.45的范围内能够稳定工作,在高折射率检测区,传感器展现出了高达10220nm/RIU的灵敏度和173RIU^(-1)的高品质因数。

太赫兹传输波导器件研究进展

随着太赫兹技术的发展,太赫兹传输波导器件的研究成为待解决的重要问题之一。太赫兹波位于微波与红外光之间,寻找高效的传输、耦合器件一直是研究人员的目标。主要介绍了太赫兹传输波导研究现状,并总结了各类型太赫兹波导的优势与不足。根据材料与结构分别对金属波导、介质波导的研究进展进行了分析。其中金属波导包括裸金属线波导、微结构波导、空芯波导以及平板波导,介质波导包括介质空芯波导、多孔芯波导以及微结构波导。最后分别对太赫兹传输波导未来需要解决的研究方向进行了展望。

带空气狭缝倒置结构的脊型硫系光波导后向受激布里渊散射研究

受激布里渊散射效应具有光谱线宽窄、频率稳定和增益方向敏感等优点,常用于激光器,慢光产生和微波光子滤波器等.本文基于As_(2)S_(3)硫系玻璃、以SiO_(2)为衬底设计了一种亚微米尺寸的带空气狭缝倒置结构脊型波导结构,具有高达8.22×10^(4)W^(–1)·m^(–1)的后向受激布里渊散射增益系数.研究显示在该结构的同种光学和声学模式下,更小的声光场有效模场面积具有更高的后向受激布里渊散射增益系数.还分析了硫系玻璃的光学损耗对后向受激布里渊散射的影响,发现当波导长度超过最优值后,斯托克斯光波功率开始下降,而增大泵浦光功率不仅可以提高斯托克斯光波功率的极大值,同时还会增大波导长度的最优值.当所输入的泵浦光功率为20 mW时,受激布里渊散射增益达到100 d B波导长度仅需要2 cm,这非常有利于光子器件的片上集成.

高双折射光子晶体光纤的设计与传感特性分析

为了提高光纤的双折射率以及传感灵敏度,提出了一种基于椭圆形孔阵列的光子晶体光纤,通过空气孔调制光纤的折射率分布,有效的提高了光纤的双折射率,并基于全矢量有限单元分析法,研究了光纤色散、限制损耗以及温度传感特性。仿真结果表明,孔阵列椭圆率为2时,光纤的双折射率高达1.92×10^(-2),且限制性损耗低至10^(-10) dB·km^(-1)数量级,同时色散约为-15.54ps·km^(-1)·nm^(-1)。通过填充液体增敏的方式,有效提高了光纤基模的热光系数,热光系数高达9.5×10^(-5)/℃,可用于高灵敏度光纤温度传感。

基于复合结构微光纤曲率传感器研究

提出了一种基于熔锥型多模微光纤(MMMF)马赫-曾德尔干涉的曲率传感器,该曲率传感器通过将105多模光纤(MMF)两端与普通单模光纤(SMF)进行电弧熔接,并对MMF进行熔融拉锥,构成了单模光纤-多模微光纤-单模光纤的复合结构。实验研究了拉锥长度分别为12000μm,16000μm两种腰锥直径不同的微光纤,并进行曲率传感测量。实验结果表明:随着传感器曲率的逐渐增大,传输光谱出现很明显的蓝移现象,可通过监测透射谱谐振波谷波长的漂移实现曲率灵敏度的测量,传感器的灵敏度随着腰锥直径的减小而增大,在拉锥长度达到15000μm,2.545~3.136 m^(-1)的曲率测量范围内可获得最大的曲率灵敏度为-20.267 nm·m^(-1),具有较好的线性拟合度。该传感器具有结构简单,易于制造,灵敏度较高,价格低廉等优点,可广泛应用于桥梁、建筑等土木工程的曲率传感领域。

面向通感一体系统的耐弯三芯光纤

为了同时兼顾狭小空间下的光纤数据通信与环境感知,设计并制备了一种面向通感一体系统的耐弯三芯光纤。该光纤采用三角形纤芯排布和深掺氟折射率沟道结构,标准外径为125μm,优化了O波段(1260~1360 nm)的传输特性,具有与G.657.A1光纤相似的布里渊增益谱(BGS)分布。测试结果表明:在1310 nm波长处,芯层的平均损耗为0.58 dB/km,平均芯间串扰低于-50 dB/km;当最小弯曲半径R=10 mm且缠绕50圈时,光纤的弯曲损耗低于0.1 dB。

轴向非均匀等离子体波导激光离轴导引研究

高强度的可调谐太赫兹源是许多应用的理想之选,通过向轴向非均匀等离子通道倾斜注入弱相对论激光,探究激光束在轴向非均匀等离子体波导中的离轴导引效应及其影响。在离轴模型下,微小的偏轴入射角度变化可显著影响光束中心的振荡相位和振幅。随着轴上电子密度梯度的增加,光束中心振荡的周期变短。相比激光准直入射,离轴初始位移和离轴角度会引起光强的周期性振荡,而轴上电子密度梯度的增加会导致逐渐增强的发散性振荡。对比圆对称激光离轴导引,发现非圆对称激光束宽的离轴导引下激光光强的聚焦-散焦现象才会受离轴入射位移和角度的调控。厘清了非均匀等离子体通道对离轴入射激光导引的影响参数,可以在电子密度上升阶段调制参数,使激光场聚焦,从而提高太赫兹辐射强度和可调谐性能。

多芯光纤关键性熔接技术研究

利用长度为10 km的长距离传输七芯光纤模拟实际干路,对多芯光纤熔接技术进行了实验研究,并通过传输性能测试分析进行了熔接参数优化。实验结果表明:多芯光纤的熔接质量直接影响光纤传输损耗和串扰;熔接质量受光纤端面的处理质量、光纤重叠量、放电时间、电极间距等参数的综合影响。实验中通过程序控制多个熔接参数关联性优化,实现了典型值小于0.35 dB的低损耗七芯光纤熔接,且串扰小于-41 dB,可以更好地满足工程干路铺设的应用要求。

一种Z切钛扩散铌酸锂光波导图形的制备方法

Z切铌酸锂晶体具有明显的热释电效应,该效应会影响在其表面光刻钛扩散波导图形的质量,进而影响波导的光参数。本文创新性提出一种Z切钛扩散铌酸锂光波导图形的制备方法,通过引入导电薄膜,有效地削弱了热释电效应的影响,进一步提升了Z切钛扩散铌酸锂光波导的图形质量,最终制备出的Z切钛扩散铌酸锂光波导传输损耗仅为0.09dB/cm,50mm长光波导芯片光纤到光纤的平均插入损耗仅为1.84dB,片内非均匀性优于±5.9%。

8英寸晶圆低损耗厚氮化硅波导的工艺开发

在8英寸晶圆上制备氮化硅膜厚度超过400 nm时,产生的拉伸应力会使薄膜产生裂纹,为此,采用大马士革工艺,通过低压化学气相沉积分两步沉积、抛光氮化硅薄膜,同时结合棋盘格结构,减小应力,降低薄膜出现裂纹的风险。使用此方法成功在8英寸晶片上制造了截面尺寸为800 nm×0.8µm的氮化硅波导。两步沉积过后进行两次退火处理,可以进一步降低波导损耗,通过采用cut-back的方式测试波导传输损耗在1550 nm处为0.087 dB/cm,在1580 nm处为0.062 dB/cm。波导的弯曲损耗在半径为50µm时为0.0065 dB,在半径为80µm时仅为0.006 dB。

面向OCT应用的氮化硅波导基超宽带片上光源

光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)技术具有非侵入、高分辨率、可实时成像等优点,在生物医学、材料学及红外传感等众多领域被广泛应用。设计了一种基于氮化硅(Si3N4)的脊形悬空光波导,基于时域有限差分法对所设计波导的主要结构参数进行了优化,并研究了该波导中产生的超连续谱特性。数值模拟结果表明,在脊宽=750 nm、脊高=700 nm、平板厚度=200 nm以及上覆层高=150 nm的优化结构下,当入射泵浦光波长为1.3µm,峰值功率为2 kW,和脉宽为50 fs时,基于该光波导可以产生波长覆盖可见光至中红外(703~4014 nm)的宽带超连续谱。这一结果对于促进片上集成宽带光源在生物医学等领域的应用具有重要作用。

基于色散调制的硒化砷条型波导的超连续谱产生

研究了基于色散调制硒化砷条型波导超连续谱的产生,通过调整波导结构参数,使零色散点转移到通信波长附近,在1.55μm波长处获得反常色散。波导长度为10 mm,波导横截面面积为500 nm×800nm,获得1.55μm波长处的非线性系数为48.754W^(-1)·m^(-1)。利用脉宽为579fs、重复频率为50 MHz、峰值功率为70 W的光纤激光脉冲在波导中产生了带宽600 nm的超连续谱。研究结果提供了一种使用常见激光泵浦平面波导实现集成片上超连续光源的途径。