基于开口圆环结构的太赫兹分束器设计

提出了一种基于开口圆环结构的太赫兹分束器,其由两种单元结构组成,这两种结构的区别在于是否存在底层连续金属层,这两种结构的顶层金属图案由开口圆环组成,介质层为聚酰亚胺薄膜。通过改变开口圆环的开口大小和半径排列构成了8×8的相位梯度超表面。当太赫兹波分别沿-z轴方向和+z轴方向垂直入射时,电磁波会被分成沿x,y轴对称但能量分布不同的四束波,两种入射模式能够得到两种不同的分束比。在0.7 THz下,当太赫兹波分别沿-z轴方向和+z轴方向垂直入射时,其分束比分别为0.8∶1和1.9∶1,实现对分束比的调谐。此分束器具有体积小、成本低的优点,可应用于太赫兹通信、太赫兹成像和太赫兹隐身等领域。

星间通信系统高精度分光镜的研制

随着星间通信系统的迅速发展,数据传输的精度要求不断提高。分光镜作为系统的核心元件,其光谱特性和面形精度直接影响整个系统的传输精度。本文基于薄膜干涉理论,选取Ta_(2)O_(5)与SiO_(2)作为高低折射率膜层材料进行膜系设计,采用电子束蒸发的方式在石英基板上制备高精度分光镜。同时根据膜层应力补偿原理建立面形修正模型,修正分光镜面形。光谱分析仪检测结果显示,分光镜在入射角度为21.5°~23.5°内,1563 nm透过率大于98%,1540 nm反射率大于99%。激光干涉仪检测结果显示,分光镜反射面形精度RMS由λ/10修正至λ/90(λ=632.8 nm),透过面形精度RMS为λ/90。

基于亚波长光栅辅助定向耦合器的集成铌酸锂偏振分束器

绝缘体上铌酸锂(LNOI)是实现高速光子集成回路(PICs)的理想平台。通过充分利用铌酸锂(LN)的优势,LNOI平台能够实现高速电光和高效非线性光学集成器件。偏振分束器(PBS)作为分离和组合两种正交偏振光模式的关键无源器件之一,在实现片上偏振复用系统并提升光通信系统数据传输容量方面发挥着至关重要的作用。近年来,基于不同结构的PBS已经被成功实现,其中,基于亚波长光栅辅助定向耦合结构的PBS表现出优异的器件性能和紧凑的器件尺寸。本文基于氮化硅-铌酸锂异质集成的间接刻蚀方案,实现了一种亚波长光栅辅助定向耦合结构的高性能PBS。仿真结果表明,当波长在1500~1600 nm时,器件的偏振消光比均大于24.49 dB。实验数据进一步证实,当波长在1500~1580 nm时,器件偏振消光比均大于18.06 dB。

模块式四芯光纤信道分束器及其性能测试方法

针对传统多芯光纤分束器与多芯光纤连接方式的不足,如拆卸困难和测试方案需额外引入测试分束器等问题,采用双包层光纤束拉锥法制备了四芯光纤信道分束器。为了方便器件的测试和连接,在单模光纤和四芯光纤的尾端分别制备了LC/PC型的活动连接器,从而形成了单个模块式的四芯光纤信道分束器;同时,提出了一种针对该模块式器件的镜像反射式测试方法。这种测试方法仅需要一个LC/PC活动连接器式反射器,就可以轻松完成器件的插入损耗和芯间串扰的测试。测试结果表明,所制备的四芯光纤信道分束器性能优异,其最大插入损耗和最大芯间串扰分别为0.84 dB和-46.32 dB。

大角度高消光比偏振分光镜的设计

偏振分光镜作为核心光学元件,在液晶显示和投影系统中得到广泛应用。其性能的优劣直接影响图像的质量和光能的利用率,其中,光源的入射角度对偏振分光镜的性能影响很大。依据偏振分光镜的设计原理,对倾斜入射时S、P分量的反射带宽展开研究,通过对偏振分光镜影响因素的分析,针对大角度入射的问题,选取与基底匹配的高低折射率材料,并采用针插法改变等效折射率和相位,设计并制备了偏振分光镜,实现440~650 nm范围内,光源为平行光时,消光比大于1000∶1,且光源的发散角度在-10°~+10°范围内,S光平均反射率小于1%,P光平均透过率大于80%。

基于序列二次规划算法的超小尺寸微纳波长分束器的逆向设计

微纳波长分束器是光子芯片中一种重要的分光器件.本文运用序列二次规划智能算法,设计了尺寸为1.5μm×1.5μm的多个超小波长分束器,其中Y型双通道分束器可同时实现TE/TM模式的双波长分束,TE模1140和1200 nm两波长的传输效率分别为80%和81%,消光比分别为18.1和16.3 dB,TM模传输效率分别为70%和67%,消光比为18.3和15.9 dB;T型分束器实现了光束的180°相向分离,待分波长1100和1170 nm的传输效率均达到了88%,消光比分别为16.6和15.0 dB,是目前尺寸最小的片上波分器;十字型三通道分束器实现了波长间隔为50 nm的分束,待分波长1100,1150和1200 nm传输效率分别为73%,66%和70%,消光比分别为17.2,13.8和13.8 dB;非对称三通道分束器分束波长间隔仅为20 nm,待分波长1200,1220和1240 nm的传输效率分别为61%,56%和57%,消光比分别为10.8,7.9和8.9 dB.本方法的设计周期短、设计效率高,且所设计的结构简单、易加工,本方法适用于多种片上集成元器件的设计,为微纳片上集成光子器件的设计提供了一种新思路.

780 nm波段高分光比消偏振分光片的制备及测试

消偏振分光片是空间光学中的重要分光元件,为了实现780 nm波段激光在大分光比条件下的稳定分光输出,设计并制备了一种高分光比消偏振分光片。使用TFCalc软件仿真设计了双面消偏振分光膜系,通过离子束辅助电子束热蒸镀技术制备了消偏振分光片样品。然后,使用透射电子显微镜、分光光度计对所制备样品进行了测量表征,得到了分光片的实际薄膜结构及透射光谱,光谱结果显示该分光片的透射率接近98%,s偏振光与p偏振光的透射率偏差小于0.3%。最后,搭建测试光路对分光片进行变偏振方向、变波长及长时间稳定性等测试。实验结果表明:该分光片在目标波段内的透射率接近98%,偏振方向大范围变化时透射率偏差小于0.2%,波长在772~792 nm内变化时透射率波动小于0.12%;10 h长时结果显示,当平均时间为100 s时,分光比与透射率的Allan方差分别为1.41×10-3和4.12×10-5。所提出的消偏振分光片具有良好的消偏振性能,可直接应用于光学测试计量和量子传感探测等精密测量领域。

基于模拟退火算法下多位相型达曼光栅分束器的设计

针对传统达曼光栅分束器衍射效率与光强度均匀性低等问题,提出了一种基于模拟退火算法下多位相型达曼光栅分束器的设计方法;基于标量衍射理论,对多位相型Dammann光栅分束器的相位结构设计进行研究;在原二值型突变点坐标的基础上,使用模拟退火算法对光栅一个周期内的位相结构进行离散、调制,并合理的控制目标函数来对相位结构进行优化设计;其次,以9×9点阵Dammann光栅分束器的位相结构设计为例进行仿真分析,得到了衍射效率为85.3%、光强不均匀性为0.0952%、均方根误差为8.2×10-5的位相型分束光栅;最后,进行实验验证,得到衍射效率达到73.5%、光强不均匀性达到10.0%、均方根误差达到0.255;结果表明,该方法具有优越性和实用性,为实际应用中三维测量结构光的产生提供了理论基础。

基于直接二进制搜索算法设计的超紧凑In_(2)Se_(3)可调控功率分束器

多模干涉耦合器结构的功率分束器拥有大带宽、较好制造鲁棒性等优势,长期以来受到人们的关注.本文提出的是一种基于相变材料In_(2)Se_(3)的超紧凑可调控功率分束器,尺寸仅有2.4μm×3.6μm,采用1×2的多模干涉耦合器结构,在不改变其他结构参数的情况下,采用直接二进制搜索算法对器件进行优化,仅通过In2Se3的a态与β态的可逆相变,利用两种晶态之间的高折射率对比度实现了不同的功率分束比.与其他可调控的功率分束器相比,本文设计的这种功率分束器结构紧凑、调控简单,并且具有较好的鲁棒性.利用该器件在1540—1560 nm的波长范围内实现了1∶1,1∶1.5,1∶2三种分束比,插入损耗分别小于0.27,0.13和0.17 dB.证明了这种基于相变材料In2Se3的超紧凑可调控功率分束器在光子集成电路上应用的可能性.

光楔分光中波红外Fizeau型干涉仪光学系统设计

针对中波红外波段胶合立方型分束镜分光局限的问题,本文提出基于光楔分光的中波红外Fizeau干涉仪光学设计方案。在3.39μm工作波长下,为降低干涉系统回程误差,提升测量准确度,采用了两次反射折叠准直光路结构,既保证良好的准直波前,同时优化设计光楔兼顾干涉成像波前。设计采用ZnSe、CaF_(2)材料,干涉仪准直镜为单片平凸非球面结构,成像镜由双分离式球面镜构成,经蒙特卡罗模拟公差分析,准直镜0.1°视场内准直波前PV优于λ/4,归一化出射孔径内角像差优于3.01×10^(−5)rad;干涉成像光路归一化视场成像波前PV优于λ/5,在25 lp/mm处MTF值优于0.38,干涉系统最大成像畸变优于0.11%;在标准面0°视场放置,被测表面倾斜0.05°内干涉系统回程误差小于λ/50。基于光楔分光的中波红外Fizeau干涉仪为中波红外干涉仪光学系统设计提供了新的思路。

一种六角点阵结构的金线填充偏振分束器

目的基于光子晶体光纤的特殊结构,设计一种六角点阵结构的金线填充偏振分束器。六角点阵结构和金线填充设计有利于获得高双折射,使其具有更小的耦合长度,有利于器件小型化。方法利用矢量光束传播法设计,并对偏振分束器的特征性能参数进行了数值计算分析。结果当偏振分束器的周期Λ=1.14μm,相对孔间隔比d/Λ=0.733,椭圆率为0.78时,该光子晶体光纤偏振分束器的长度为369.24μm,在1.55μm处消光比为-37.8 dB,低于-10 dB消光比的带宽为18.9 nm。结论计算结果表明,通过金线填充的光子晶体光纤,获得了短耦合长度、宽工作带宽的偏振分束器。

13．9nm Laminar 分束光栅的研制

利用全息-离子束刻蚀工艺制作了工作波长为13.9 nm的Laminar分束光栅。光栅的线密度为1 000 lp/mm,槽深13 nm,占宽比0.43,Au膜厚度为40 nm左右;当工作波长为13.9 nm,入射角为81.2°时,其0级与-1级衍射光衍射效率乘积的最大值为8.1%,同时0级与-1级衍射效率亦接近,约为27%和30%。实验结果表明,研制的Laminar光栅可用于13.9 nm激光的分束,能够获得>7%的分束效率。

冰洲石-玻璃组合三元结构平行分束偏光镜

为了既节省稀有昂贵的冰洲石晶体材料,又实现偏振光的大剪切差输出,采用冰洲石晶体与光学玻璃组合的方法,给出一种新型平行分束偏光镜的设计。该棱镜为ZBaF3玻璃中间夹冰洲石晶体薄片的三元结构,并由大折射率液态胶合剂溴代萘胶合而成。理论分析和实验测试表明,该棱镜消光比优于10-3,且可以实现大的横向剪切。

1.55μm相干激光测风雷达平衡式探测接收实验

研究了用于相干激光测风雷达信号接收的平衡式探测接收技术.推导出了平衡式相干探测过程的数学模型和信噪比表达式,并通过仿真软件对该模型进行了模拟仿真.在同等输入条件下,当平衡式相干探测系统的最佳分束比范围在[0.293,0.707]时,其信噪比比普通相干探测的信噪比高.此外,平衡式探测接收还具有判断风向的功能,最后通过实验验证了仿真结果.

量子保密通信用的光精密控制强衰减技术

光衰减技术是一种重要的光学技术 ,它在许多领域有重要的应用 在量子密钥分配中采用光衰减技术可获得单光子序列 ,这是量子保密通信的基础 用线性分束耦合器形成多个输出口 ,将光强的时序衰减变为光强沿输出口的空间分布 ,研制出了量子保密通信用的精密控制强衰减器 。

13.9nm软X射线激光用大面积多层膜分束镜研制

基于分束镜反射率和透射率的乘积为衡量标准的原则,设计了13.9nm软X射线激光干涉测量所需的多层膜分束镜,用磁控溅射法在有效面积达10mm×10mm,厚100nm的氮化硅窗口上镀制Mo/Si多层膜,实现了分束镜制作。用表面轮廓仪实测分束镜面形精度达到nm量级,同步辐射反射率计测试表明,分束镜的反射率和透射率乘积约4%。

基于双探测器的手持式激光测距仪系统设计与实现

针对传统激光测距仪测距精度低、成本高以及速度慢等问题,设计一种基于双探测器的手持式激光测距仪。该测距仪使用分束镜实现光路内校准,设计检相电路将信号相位转变为带有相位信息的直流电平,并使用CORDIC数字计算方法求解相位,最后应用基于超定方程组的测距解模糊算法求解待测距离,对3台双探测器测距仪和2台K60测距仪以精度0.18 mm进行测距比较试验。研究结果表明：与传统测距仪相比,光路内校准可以消除电路附加相移,检相算法简单快速,解模糊避免对最优距离的搜索,因此提高了测距精度和测距速度。在0-60 m的测程内,3台双探测器测距仪的平均测距时间小于1.8 s,平均测量误差小于2 mm,测量标准差小于1 mm。与K60系列测距仪相比,双探测器测距仪测距精度和测距速度都有较大提升,验证了该设计方案的可靠性。

新型小尺寸窄带偏振分光器在光纤通信中的应用

在光纤通信中,为了在不改变调制波长范围的基础上仍能实现更多数据通道的波分复用,设计了一种新型的小尺寸窄带偏振分光器,用于对现有的数据通信网络进行扩容以及提高光信号的信噪比。在该分光器上蒸镀了两种新设计的膜系,一层是窄带滤光膜,另一层是偏振分光膜。采用TFCalc软件仿真,设计结果中窄带滤光膜的带宽约为0.4nm,偏振分光膜在1 530~1 560nm范围内对p光的通透性能优于99.8%。基于以上膜系设计在BK7光学玻璃上实际制备两组膜系,实验采用Agilent 8164-A型光波测量系统对经过膜后的光进行光谱分析。结果显示,窄带滤光膜的实际带宽优于0.4nm,增益平坦度小于-0.05dB,相比现有常见的0.8nm滤光膜具有更窄的带宽,可以实现在调制波长范围不变的条件下增大波分复用的数据通道总量。偏振滤光膜的实际p光透光率为99.6%,相比仿真值略低,但仍优于设计要求,相比传统分光器的光信号强度保留效果更好,具有更高的信噪比。综上所述,该分光器具有更好的应用价值和实用意义。

一种新型光子晶体波导定向耦合型超微偏振光分束器

将两个二维空气孔光子晶体波导平行放置,两波导之间由三排空气孔相隔,构成一个定向耦合器.数值分析了TE(磁场平行于空气孔)和TM(电场平行于空气孔)偏振态光波在该定向耦合器中的传播行为.结果表明,减小耦合区两波导间的一排介质柱的半径,TE模的耦合长度减小,而TM模的耦合长度不变.基于此结构,设计了超微偏振光分束器,整个器件的尺寸为10.1μm,与已报道的24.2μm的结果相比,该器件具有更小的器件尺寸和更高的输出效率.

分光镜对外差激光干涉仪非线性的影响

外差干涉仪的非线性误差不仅由激光源的椭圆偏振态或者非正交线偏振态引起,也由非理想的光学器件引起,其中分光镜是一个重要的误差源。除了通常熟知的偏振漏光,还分析偏振分光镜中可能存在的另一个误差,即偏振分光的正交性,介绍这种误差和其他各种原因(包括激光源的椭圆偏振态或者非正交线偏振态)对外差干涉仪非线性误差的影响,给出检测和区分两类不同频率混叠误差的方法。通过试验证实,偏振分光镜的漏光误差对外差干涉仪非线性的影响通常是可以被忽略不计的。试验研究还发现,与传统的理论假设相反,非偏振分光镜比偏振分光镜对外差干涉仪的非线性误差有着更严重的影响。