Er^(3+)掺杂硼硅酸盐玻璃的近红外发射特性研究

利用高温熔融法合成了掺Er3+硼硅酸盐玻璃。测量了样品的吸收光谱,由J-O理论得到了强度参数Ωλ(λ=2,4,6)及一些相关参数。用970nm光激发测量了10～300K之间的近红外发射光谱。利用McCumber理论拟合得到了1.53μm发射的受激发射截面,并与测量得到的发射光谱线形符合较好。由受激发射截面和发射光谱得到的半高全宽分别为59和56nm。利用能级简化模型讨论了样品的红外变温发射光谱,提出了增大1.53μm发射带宽的途径。

多信道接入微谐振环波长选择开关特性

对一种新型结构微谐振环波长选择开关的特性进行了研究.分析了器件的工作状态和相应的开关操作,利用新型光强传递函数公式,对器件不同工作状态的光谱响应和不同开关操作的开关响应进行了数值模拟,讨论了耦合系数和损耗对光谱响应和开关响应的影响.结果表明,该器件可以实现三个信道同时接入、两个信道同时接入、单信道接入以及无信道接入等四种方式的信号波长选择性接入.多信道接入方式的开态串扰性能变差,关态的串扰性能不受影响.实现器件上述接入方式之间转换的开关操作可以分成三类,开关操作达到最佳关态串扰时的小微环折射率变化值都在6.0×10-3左右,而实现完全开关时的小微环折射率变化值小于8.0×10-4,表明易于通过热-光效应实现开关操作,并且温度调制的控制容差较大.损耗对器件开关特性的影响结果表明可根据损耗的实际数值,优化信道关闭时的微环折射率取值.

离子束溅射制备“日盲”紫外诱导透射滤光片

对"日盲"紫外诱导透射滤光片进行了理论设计与分析,并分别优化了离子束溅射法沉积ZrO2、SiO2和Al薄膜的工艺。利用反射与透射光谱反演获得了ZrO2和SiO2薄膜的光学常数,并由JGS1/SiO2/Al/SiO2/air(SAS)样品的变角度椭偏光谱反演精确获得了Al薄膜的光学常数。在此基础上,采用离子束溅射沉积方法并利用上述3种薄膜材料优化制备了"日盲"紫外诱导透射滤光片,测量了滤光片的光谱性能。光谱性能分析表明,滤光片的峰值波长位于264nm,峰值透过率大于60.0%,透过峰带宽(FWHM)约为13nm,在300～350nm波段的截止度达到了2.6OD。研究认为制约离子束溅射制备"日盲"紫外诱导透射滤光片性能的主要因素是Al金属膜的溅射沉积速率以及沉积Al膜时腔体中残余的O2含量。

a-SiN_xO_y∶Er^(3+)薄膜的光致发光

采用射频 (RF)反应共溅射法制备了 a- Si Ox Ny∶ Er3+薄膜 ,在不同温度下进行退火处理 ,并测量了样品的可见及红外发光 PL谱 ,观察到 Er3+ 在 5 5 0 nm、5 2 5 nm和 15 32 nm的发光以及基质在 6 2 0 nm和 72 0 nm的发光 .发现退火能明显增强 Er3+ 的发光且对可见和红外发光的影响不同 ,讨论了退火明显增强 Er3+ 发光及退火对可见和红外发光影响不同的机理 .测量了 Er3+ 可见发光的变温 PL谱 ,讨论了退火对 Er3+ 不同能级辐射跃迁几率的影响 .根据基质发光随退火温度的变化 。

电子束蒸发和离子束溅射HfO_2紫外光学薄膜

HfO2薄膜在紫外光学中具有十分重要的地位,不同方法制备的HfO2薄膜特性不同,可以满足不同的实际应用需求。本文分别利用电子束蒸发和离子束溅射方法制备了用于紫外光区域的HfO2薄膜,并对薄膜的材料和光学特性进行了表征与比较。通过对单层HfO2薄膜的实测透射和反射光谱进行数值反演,得到了HfO2薄膜在230～800 nm波段的折射率和消光系数色散曲线,结果表明两种方法制备的HfO2薄膜在250nm的消光系数均小于2×10-3。在此基础上,制备了两种典型的紫外光学薄膜元件(紫外低通滤波器和240nm高反射镜),其光谱性能测试结果表明,两种不同方法制备的器件均具有较好的光学特性。

气相质子交换LiTaO3光波导及其特性

本文利用苯甲酸气相质子交换技术制备了LiTaO3光波导，测量了Z-切LiTaO3光波导的参数（交换深度d和表面折射率增量△nc）和X-切LiTaO3光波导的红外吸收谱，给出了光波导层的折射率分布，并与液相质子交换热退火光波导的结果进行了比较。实验结果表明：非寻常折射率分布与热退火液相质子交换方法制备的LiTaO3光波导基本相近，但表面非寻常折射率增量（△nc）更大，其折射率分布更接近于高斯型。

扩展BANYAN网络的可重构无阻塞8×8矩阵光开关

在分析CROSSBAR网络(CN)和BANYAN网络(BN)结构的基础上,提出了一种新的扩展BANYAN网络(EBN)可重构无阻塞结构。以8×8矩阵光开关为例,分析了EBN结构的两种形式及其可重构无阻塞特性,给出了开关单元驱动逻辑。从理论上计算了SiO2波导EBN结构矩阵光开关的光学损耗和功耗。对于8×8开关,插入损耗为3.3 dB。按理论计算设计制作了8×8矩阵光开关,测得波导传输损耗为0.1 dB/cm,光纤-波导耦合损耗为0.5 dB/point。光开关插入损耗为4.6 dB,平均串扰为-38 dB,平均偏振相关损耗为0.4 dB,开关平均功率为1.6 W,响应时间约为1 ms。实验结果与理论计算基本符合。

降低AWG插入损耗和串扰设计新方法(英文)

在AWG器件的设计中引入了抛物线型的楔形波导结构,根据过渡区理论优化了引入的抛物线型楔形结构的形状和尺寸.采用抛物线型楔形结构代替直线型楔形结构,AWG的插入损耗降低了2 dB左右.在优化参数时使输出/输入波导间距与阵列波导间距取不同的值,并使输出/输入波导间距适当增大,而阵列波导间距取较小值,这样使得串扰降至-30 dB以下且插入损耗保持在低水平.运用光束传播方法给出器件的输出光谱并证实了理论上预想的结果.

光纤温度传感器的研究和应用

分析了光纤温度传感器在温度探测中的优势,综述了光纤温度传感器的发展现状和应用。分别介绍了分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、干涉型光纤温度传感器、光纤荧光温度传感器和基于弯曲损耗的光纤温度传感器的工作原理和研究现状,详细介绍了各种传感器的特点及各自的研究方向。

多基地周视红外搜索系统的目标定位与精度分析

针对周视红外搜索系统对目标的搜索定位问题,提出了一种新的目标定位模型,推导了定位误差公式。在建立这种目标定位模型的推导过程中,分析了影响目标搜索定位的主要因素,如搜索站站址误差,各站对目标定位的方位角误差、俯仰角误差以及目标距离等。采用矩阵分析并利用提高数据冗余的方法推导了目标的三维坐标及相对各搜索基地的距离值的表达式,由此加快了计算目标定位误差的处理速度。最后,通过仿真试验并利用定位误差的三维几何分布(GDOP)图分析了三站、正方形四站、菱形四站及五站模式的周视搜索系统对目标的定位误差及分布规律。结果表明,针对周视红外搜索系统,这种新的算法中正方形四站模式与其它几种模式相比具有最高的精度。

稀土氟化物Y_(0.97)Er_(0.03)F_3纳米材料的制备及上转换发光

通过燃烧法和控温热反应法制备了稀土氟化物纳米材料,利用XRD和TEM对样品进行了分析和表征。测量了发射波长为980nm激光二极管激发下所得纳米材料的上转换发光性质。

ArF准分子激光对氟化物高反射薄膜的诱导损伤

为了研究特定模式下氟化物高反射薄膜的损伤机理,采用相衬微分干涉显微镜、原子力显微镜和台阶仪对不同工艺条件下制备薄膜的损伤区域逐步进行对比分析,在薄膜沉积温度增加后,随着薄膜体内聚集密度的增加,薄膜激光损伤阈值有所提升;对于规整膜系,体内驻波电场强度分布对薄膜损伤也有较大影响。结果表明,根据薄膜损伤形貌和损伤深度综合推断,制备的高反射薄膜损伤是由薄膜体内的聚集密度和电场强度分布所共同引起。该实验结果为下一步继续研究高性能激光反射薄膜打下了基础。

基于弯曲损耗的光纤温度传感器

为了推导多模光纤弯曲损耗与弯曲半径、环境温度的关系,采用了WKB法求解非均匀直光纤的传播模数,并将弯曲光纤的有效折射率、弯曲光纤截止传播常数和光纤的热光效应同时引入到非均匀直光纤有效传播模数中。利用多模光纤进行实验验证,研制出测温灵敏度为0.1/℃、测温范围为10℃～70℃的光纤温度传感器。结果表明,弯曲损耗随弯曲半径的增大而减小,随环境温度的升高而减小,可以利用弯曲损耗测量环境温度。

质子交换LiTaO_3光波导特性及晶格常数变化

采用气相质子交换方法，在Ｚ－切ＬｉＴａＯ３晶体表面制备平面光滑波导层。样品制备采用２４５℃苯甲酸气体，在 ＬｉＴａＯ３晶体在－Ｃ和＋Ｃ表面交换 ８～２０ 小时。质子交换层在 ＬｉＴａＯ３表面形成，并用棱镜耦合测量波导样品。然后在ＨＦ：ＨＮＯ３酸中用化学方法腐蚀波导层，并用电子显微镜观测光波导层与衬底界面的形貌。用Ｘ射线衍射法，测量ＬｉＴａＯ３质子交换光波层的晶格常数变化。用双晶Ｘ射线测量质子交换（ＰＥ）和退火质子交换（ＡＰＥ）波导层晶格常数的变化。样品的Ｘ射线衍射曲线表明，ＰＥ和ＡＰＥ波导晶格常数的变化不同。实验中，还测量了有无极畴反转ＬｉＴａＯ３晶格常数的改变。

红外警戒系统的探测概率计算

提出了一种新的红外警戒系统的探测概率计算方法。针对给定参数的光学系统,建立了计算过程的数学模型,模型显示未知目标在不同运动状态下的瞬时探测概率密度与警戒系统的转速、目标运动速度及距离成正比关系。以人眼为接收器,分析了大气透过率、目标与背景对比度以及杂波对瞬时探测概率的影响。给定目标的一般参数如亮度、飞行速度范围及与背景温差,给定系统的虚警率,仿真实验结果表明:与传统的计算方法相比,该新方法在物理探测概率方面能较好地反应警戒设备的性能,并且能反应目标距离、搜索时间、观察次数的影响。

聚合物阵列波导光栅的制作技术

研究了聚合物阵列波导光栅AWG制作的几个关键技术。首先,为了克服反应离子刻蚀过程中单独使用光刻胶作掩膜而导致的光波导形状和尺寸偏离设计的缺点,采用了光刻胶与金属掩膜相结合的双掩膜技术进行器件制作。详细介绍了双掩膜技术制备聚合物AWG的过程,并得出铝膜作为掩膜的最佳厚度为100nm左右。测试给出了使用和没有使用双掩膜的对比结果,该结果表明使用双掩膜技术制作的波导质量明显好于单独使用光刻胶作掩膜制作的结果。其次,采用蒸气回溶技术来减小反应离子刻蚀产生的波导表面和侧壁的起伏,从而降低了波导的散射损耗。结果表明,蒸气回溶技术使所制作的波导表面的均方根粗糙度从41.307 nm降低到24.564 nm。

聚合物微型谐振环波分复用器

研制出用于现代光通信密集波分复用(DWDM)系统的微型谐振环波分复用器(MRRWM)。微环与信道波导采用垂直耦合的方式,利用耦合模理论对器件参数进行了优化设计,设计出模板,并研制出符合器件光学性能要求的聚合物材料。利用反应离子刻蚀技术完成了硅基板上单级和八级的器件制作,波分复用器的中心波长为1.55μm,输出波长间隔Δλ=1.6 nm,中心微环半径R=131.95μm,相邻微环半径差ΔR=500.0 nm,器件测试结果表明实现了微环谐振输出。

193nm薄膜激光诱导损伤研究

概述了193nm薄膜激光诱导损伤的研究进展。通过对紫外到深紫外波段几种典型薄膜损伤形貌的介绍,对比分析了193nm薄膜激光诱导损伤的可能原因。指出在该波段的氧化物薄膜损伤中,吸收是导致薄膜大块损伤的重要因素,而氟化物的薄膜损伤则是由沉积过程的膜层局部缺陷造成。根据薄膜样品的损伤分析表明,薄膜的某些制备参量与激光损伤阈值相关联。为提高薄膜元件的抗激光损伤能力,分别从薄膜材料的选择、膜系设计的完善以及沉积工艺的优化等3个方面出发,总结出改善薄膜激光损伤阈值的方法。

193nm光学薄膜激光量热吸收测试及系统校正

高精度测量薄膜的吸收系数对于激光光学薄膜研究具有重大意义,而激光量热计是一种可靠灵敏的光学器件吸收测量工具。本文介绍了激光量热计的基本原理与实验装置。考虑到193nm波段的测量应用,讨论了系统的校正操作,包括能量探测器、样品热容、温度漂移、杂散光及热传导校正,以提高测量精度。

中小口径次镜支撑结构的动力学性能分析

针对口径在800mm以内的中小口径次镜支撑结构,采用有限元分析方法,利用Ansys软件对其梁片的厚度、长度及在支撑结构中的位置进行了一阶谐振频率及轴向变形分析。仿真结果表明在遮拦比一致的情况下,系统口径的增加导致次镜支撑结构的一阶谐振频率下降很快。当口径较小时,不同支撑结构的刚度都较好,由此引起结构谐振频率变化不大但都能很好的满足要求,因此可以选择加工工艺最简单的结构。而当口径较大时,不同结构的谐振频率差别较大,其中最高的为四翼偏置结构,但在不同口径时,几种结构的谐振频率的数值变化规律是相同的。当口径超过650mm时改变梁片厚度,结构的一阶谐振频率会相应变化,其中变化最大的为三翼对称结构,对相同的梁片厚度四翼偏置结构的谐振频率最高且轴向变形最小。