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。

低偏振超宽光谱分色膜设计与制备

可见/红外超宽光谱分色片是星载中分辨率光谱成像仪Ⅲ型光学系统中的重要光学薄膜器件。利用诱导透射原理,采用金属-介质膜系结构加非对称等效导纳匹配层,实现了45°入射时0.4~1.05μm光谱高效透射,1.35~13μm波段光谱高效反射,从而将入射光束分配到不同的光路。同时通过消偏振控制设计,获得了可见近红外波段低偏振灵敏度(LPS)。所研制的分色片可见近红外波段平均透射率大于85%,LPS小于4%;短波及长波红外波段平均反射率大于90%。

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。

基于分束器的光学偏振保真传输

光的偏振作为光的基本禀性之一,在光信号获取分析应用中至关重要.光学分束器作为搭建探测光路/光学系统的常规元件,其对光偏振信息的保真传输效果会极大地影响整个探测系统的偏振检测能力.通过光学透反射理论分析,基于光学分束器设计出了同时满足反射保偏和透射保偏功能的光路.实验证明该光路的偏振保真度高达95%以上.此光路设计方案具有成本低、调节灵活、功能性强等特点,为偏振光的分析和应用提供了更多的可能性.

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。

基于相变材料的偏振分束器开关

光开关是光子集成电路中用于可重构光传输网络的重要部件之一,功能丰富,性能优异的光开关一直是重要的研究方向。本文提出了一种基于相变材料(PCM)的偏振分束器(PBS)光开关,器件由两个平行的直波导构成,其中一个硅波导中嵌入PCM,能实现当PCM在非晶态时,将输入的TE_(0)和TM_(0)分离。而在晶态时,入射光以较低损耗通过硅波导。该开关仅有14*4μm的紧凑尺寸,耦合长度仅为7.1μm,非晶态时,TM和TE偏振的ER分别高达19.9 dB和19.4 dB,IL分别低至0.2和0.1 dB。晶态时,TM_(0)和TE0直接通过Thru端口。TM_(0)和TE_(0)的插入损耗分别是0.6 dB和0.2 dB。

双芯介电手性圆保偏光纤分束器

目前,由线偏振分束器和1/4波片所组成圆偏振保持的分束器应用在光纤系统中具有难以避免的对准误差。本文提出了一种基于双芯介电手性光子晶体光纤的圆保偏光纤分束器,仿真结果表明,在弱手性背景(δ=27.6°/mm)下,该偏振分束器在中心波长为1.55μm时的长度可低至57.46 mm,中心波段的消光比ER=41.25 dB并且在ER>20 dB的光谱宽度为14 nm,该分束器可以应用于光学集成、光纤通信和光纤传感等领域。

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.

智能眼镜影像系统宽光谱广角度分光膜的研制

依据光学薄膜理论,建立膜系优化评价函数,利用软件优化膜系,实现0°～75°入射宽光谱P光分光膜的设计.选择H4和MgF2作为高低折射率材料,采用电子束及离子辅助沉积技术,来制备该分光膜.通过对膜层厚度误差分析,用晶控片单独控制相对敏感度较高的膜层,解决了薄膜制备过程中不能精确控制膜厚误差的问题.运用逆向分析法对实验测试结果进行模拟分析,通过改变膜厚修正因子,使P光透射光谱曲线更加平滑.光谱测试表明P光垂直入射平均透过率为60.3%,满足系统使用要求.

大功率高光斑均匀性半导体激光复合光源

为了获得具有更高输出功率和良好光斑分布均匀性的半导体激光光源,根据半导体激光优良的偏振特性,利用偏振分光棱镜将2束大功率激光束合成为一束更大功率的光束,通过一个发射系统投射。在光束合成前采用非球面光学系统对每个激光器慢轴方向的光束进行扩束,使其与快轴方向光束发散角基本一致。实验证明,此种半导体激光复合光源具有良好的光斑均匀性,其输出功率是2个半导体激光器输出功率之和,完全满足激光制导等军用系统对激光功率和光斑均匀性的要求。

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。

迈氏腔光纤激光器的相干合成

为获得高功率和高亮度光纤激光输出,设计了利用一块45°半透半反分束镜作为干涉元件,构建迈氏腔结构,使两路光纤激光器在输出端相干相长,从而实现相干合成输出的方案。从理论上分析了此方案的锁相机理,并在实验中成功实现了两路光纤激光器的相位锁定,使合成输出激光在自由空间传播,获得了功率约为360mW的相干合成激光输出,功率合成效率约为73%,合成输出后的激光束在轴上光强获得了大幅度提高。本方案结构简单,利用了光纤耦合器干涉锁相的原理,但却避免了光纤耦合器承受功率低的缺点,所有元件均可承受高功率,因此可实现更高功率的相干合成激光输出,是一种有前途的高功率光纤激光器相干合成方案。