台阶型微闪耀光栅面阵实现二维全混洗变换

基于台阶型微闪耀光栅衍射效率高、特征尺度小、集成度高和加工容易等特点,提出了利用台阶型微闪耀光栅面阵实现二维全混洗变换的方法。讨论了一维和二维全混洗的变换规则和数学定义;通过对刻蚀过程中各单元光栅的刻槽取向和周期的控制,使信号光满足所需要方向的闪耀输出,制作出一维和二维的微闪耀光栅面阵,在自由空间分别实现信号光的一维和二维全混洗变换。最后,比较与讨论了微闪耀光栅实现全混洗变换的方法。理论分析和实验结果均表明:该方法与传统的通过信号光矩阵的分割成像、放大、重组、叠加操作不同,它利用单一器件的衍射特性来控制信号光的取向和光强的分布,从而实现二维全混洗变换。因此,该方法具有光能量利用率高、控制简便、易操作和易集成的特点,充分体现了二维全混洗变换在光通信和光信息处理中具有的高空间带宽积和多自由度的特点。

自由空间的微闪耀光栅光开关

微光学元件在现代光学中具有重要的作用,通过制作8台阶的微闪耀光栅列阵,控制周期参数,利用其在空间的闪耀输出与级连,可以实现2×2、4×4以及8×8的光开关功能,光信号交换透明,无光电-电光转换过程。对微闪耀光栅输出信号的串扰分析表明,微闪耀光栅光开关可以有效的抑制串扰问题,在全光网络通信中具有一定的应用。

微闪耀光栅列阵实现全混洗变换研究

在8台阶、相位深度为2π的微闪耀光栅透过率函数的基础上,根据标量衍射理论分析了波长0.6328μm的He-Ne激光通过闪耀光栅发生菲涅耳衍射的复振幅分布,并得到了其满足1级闪耀输出的特点.将He-Ne激光通过8通道的微闪耀光栅列阵后菲涅耳衍射光场的分布规律与全混洗变换的特点相结合,得到微闪耀光栅列阵实现全混洗变换的周期公式.实验表明该微闪耀光栅列阵能够实现全混洗变换.

应用于甲烷气体检测的闪耀光栅设计与研究

针对CH4气体浓度检测,设计、计算了应用于CH4气体浓度检测的微闪耀光栅的结构,并给出了相关参数。通过PCGrate软件模拟了光栅的衍射效率,证明所设计微闪耀光栅能够满足CH4检测所需的1.331μm波长的分光要求。在此基础上设计了基于闪耀光栅分光原理的简明分光装置,并对各分光元件装置进行分析,分析结果表明:微分光闪耀光栅可应用矿井、汽车尾气排放检测等领域的多种气体浓度检测,并实现甲烷气体浓度的较高灵敏度测量。

可重排无阻塞全混洗光网络光学实现方法

针对全混洗互连网络在光通信和光信息处理中的应用,提出一种利用二元光学方法制作的深浮雕微闪耀光栅列阵构建全混洗(Perfect Shuffle,PS)光互连网络的方法。该方法通过逆混洗(Inverse Perfect Shuffle,IPS)和左混洗(Left Perfect Shuffle,LPS)的串联,构成多级的可重排、无阻塞的Omega网络,采用二分图法(Bipartition Graph)依次确定各级节点开关的状态(直通或交叉),最后通过偏振分光棱镜(Polarizing Beam Splitter,PBS)、半波片(λ/2 wave plate)和PSPlate的组合,得到可重排、无阻塞的Omega网络交换模块。理论分析和实验结果表明该模块可以实现N=8输入信号按任意序列输出,不会发生路径冲突。该方法实现的全光交换和排序具有自由空间交换、交换透明、串扰小、带宽高的特点,在光通信以及信号处理中具有一定的应用。

自由空间三维全交叉光网络的实现方法

将二维的全交叉网络映射成三维的空间结构,利用2×4的微闪耀光栅列阵实现竖直和水平面上的交叉连接,直通则通过平面镜反射完成。通过偏振光分光棱镜、半波片、微闪耀光栅列阵、全反镜、半反半透镜和空间光调制器的集成,设计了三维的全交叉交换网络模块,在自由空间实现了光信号的交换、组播和广播等功能。该模块具有交换透明、交换速度快等特点。

自由空间二维榕树网实现方法

鉴于榕树网在自由空间光子交换网络中具有重要的应用价值,分析了榕树网的特点和4×4二维榕树网的空间拓扑结构,通过偏振光分光棱镜、微闪耀光栅阵列、平面反射镜、半反半透镜和液晶空间光调制器的集成,构建二维的榕树交换网实验模块,利用微闪耀光栅的衍射特性,控制每块微闪耀光栅的周期,以实现入射光信号不同方向的闪耀输出,最终完成二维榕树网自由空间水平和竖直方向上的交叉互连,直通则由平面镜反射实现。对二维榕树网实验模块的功能分析表明,该实验模块理论上可以完成4×4二维面阵内光信号(或数据)的排序、交换、组播、广播、矩阵变换等操作,具有交换透明、速度快、空间带宽高等特点,在全光交换和光通信中具有一定的应用。