金属多包层波导的红外传输特性

利用高斯光束激励一个非对称的五层金属波导结构,分析了其传输特性和透射谱。首先,数值求解了该波导的本征方程得到波导支持的模式类型以及各模式的截止情况。进而利用高斯光束激励该波导,根据高斯光束的角谱分布和模式耦合效率得到不同模式的振幅表达式,并通过场分布方程得到出射口的平均功率流密度从而得到透射谱。研究结果显示当中心层介质折射率每增加0.02,透射谱的极大值和极小值对应波长的相对距离偏移可达35 nm,表明该波导可用于探测中心介质的传感器,为波导在传感探测方面的应用提供了理论参考。

基于波导调制器的全保偏光纤微振动传感器

为了解决干涉型光纤传感器中光源频率调制深度与干涉仪光程差的相关性,以及压电陶瓷(PZT)调制的高频限制和非线性效应,设计了全保偏光纤马赫一泽德干涉仪结构,引入保偏光纤波导相位调制器替代常见的光源调制及PZT调制,采用低噪声单频保偏光纤激光器作为光源,通过相位载波零差解调方法,实现了微振动信号的保真拾取．通过波导调制器的引入,增加了系统的灵活性和频响范围,并使灵敏度达到了10-5rad／Hz1/2量级。

正三角形波导的图像传输特性

对正三角形波导中的图像传输问题进行了理论分析与探讨,推导出正三角形波导的自成像周期,并借助于数值方法模拟其图像传输特性。数值结果表明:在1／3自成像周期截面的输出图像分成三个与输入图像一致的图像,其对称位置的图像相对于输入图像依次发生120°的旋转。

硅包层质子交换条形光波导的频率响应

退火质子交换工艺已成为一种制备低损耗铌酸锂光波导的重要技术。但目前对该类光波导传输特性的研究还不多。利用半矢量光束传播法,对硅包层X切退火质子交换铌酸锂条形光波导的频率响应特性进行了数值分析。给出了几种波导结构参数下的计算结果。结果表明,波导传输模式的衰减特性与波长相关。波导的衰减特性,可以通过调整波导表面中心处折射率增量,硅包层厚度,及缓冲层的折射率和厚度来控制。硅包层光波导可以用来制作光频滤波器。

含左手材料和单负材料三层平板波导中TE模的传输特性

研究了以左手材料为衬底和单负材料为覆盖层三层平板波导中TE模的传输特性,为波导器件的设计提供了理论支持。导出了归一化有效厚度H与归一化频率v的关系,数值计算分析了三层平板波导的传输特性。结果表明,该三层平板波导TE模具有以下特性:1)当导波层与衬底或覆盖层磁导率的比值增大时,归一化有效折射率b随频率v的变化率减小。2)当不对称因子a趋近于0时,b随v单调变化;当a较大时,在截止频率附近,TE_1、TE_2、TE_3、TE_4和TE_5模出现双值现象。3)当a增大时,H-v曲线从左向右移动。4)对于TE_0模,H出现负值。

改进长周期波导光栅折射率传感特性的研究

提出了一种附加高折射率覆盖层的长周期波导光栅折射率传感器结构。通过模拟外折射率变化所引起的高阶模式等效折射率的改变以及该高阶模式与基模相耦合的谐振波长的漂移,研究了长周期波导光栅对外界环境折射率的传感特性。模拟表明,高折射率外覆盖层的加入会使得原有的覆盖层高阶模式发生重组,高阶模式等效折射率和模式耦合的谐振波长随之发生跳变。此时,长周期波导光栅外折射率传感器的敏感度和工作范围将极大地提高。

光波导计算中全矢量-罚项有限元方法新解

数值求解光波导模式的方法,矢量元方法应用比较普遍,能够消除伪模,但由于矢量元的构造和求解过程比较烦琐,而用传统的节点有限元方法求解全矢量波动方程时,在得到物理模式的同时,也出现了伪模。本文在传统的罚项节点有限元方法的启发下,从麦克斯韦方程组本身的物理意义出发,导出了伪模的产生源,并对传统的罚项做了改正,大大提高了数值解的质量;尽管没有彻底消除伪模,它相对于矢量元方法优越的地方,体现在解(本征值)的精度,模场的特性,和高的数值稳定性等方面。

基于对称型齿波导及纳米盘的类EIT和慢光效应

设计了一种新型的基于金属表面等离子体激元(SPPs)的亚波长金属-绝缘体-金属(MIM)型类电磁诱导透明(EIT)系统,该系统由一个直波导及其两边对称的齿形腔和纳米盘耦合而成。利用耦合模式理论对结构进行分析,并通过时域有限差分方法(FDTD)进行数值模拟。当齿形腔和纳米盘的共振频率相近,可以获得类EIT效应,改变齿形腔的长度和纳米盘的半径可以调节透明窗的位置。该装置可以用作高性能的类EIT滤波器,透过率高达77.5%,半高宽低至35.5 nm,群指数高达65,为高度集成光网络提供了一种新的方法,可应用于波长选择器、超快开关、光存储等设备。

双面金属包覆单轴晶体波导的偏振转换研究

利用转移矩阵方法计算了双面金属包覆单轴晶体波导结构中的色散曲线、反射谱。结果表明,双面金属包覆结构使波导可以被自由空间光场激发;单轴晶体的光轴取向能对该结构中的波导模式进行调控,使入射光波中的E_y、E_z分量发生相互转换耦合,从而在波导层中形成杂化模。通过调节耦合金属层厚度可控制出射光偏振状态,实现TE线偏振入射光向TM线偏振反射光的转换以及线偏振入射光向圆偏振反射光的转换。

具有可控模式特性的类楔形表面等离子体波导

表面等离子体波导能够突破光的衍射极限,提供亚波长的模式局域性。由于其独特的性质,表面等离子体波导引起了广泛的关注。但是,之前报道的各种表面等离子体波导基本没有涉及到波导结构的可调谐性.这里,我们提出了一种类楔形表面等离子体波导,用有限元方法(FEM)研究了该表面等离子体波导的模式特性。该类楔形表面等离子体波导可以实现超深的亚波长的模式局域性,通过改变波导的结构参数,我们可以对波导的模式局域性和传输损耗进行调控。

负折射率及零折射率光纤的光学特性

研究了芯层折射率为正、包层折射率为负的光纤导模光学特性,通过色散曲线分析比较了与常规光纤的不同,表现为低阶的简并的模式更少,单模存在的区域更多。分析了当包层折射率趋于零时的光学特性,发现与前两种光纤的光学特性都不同。分析发现当包层的介电常数ε和磁导率μ有一个为零时,在V较小的区域各自出现了一条单模,与常规光纤的HE_(11)模特性有很大不同,其色散曲线偏离方式与常规光纤相反,且出现了无模式存在的区域。

金属椭圆表面等离子体波导传输特性研究

设计了一种高折射率基底的椭圆表面等离子体波导,基于有限元法对此波导支持的基模的能流密度分布、有效折射率、传播长度、有效面积与几何参数、结构之间的关系进行了分析.能流密度分布表明能量主要集中分布在两个金属椭圆柱之间的中心区域,在金属与锗基底、基底与基底之间也存在能量.通过调节两个椭圆的中心距离及其两个半轴的大小,可以实现此波导模式传输特性的分析。工作波长确定时有效折射率随中心距的增大而减小,而传播长度增大。

基于色散傅里叶变换的孤子脉冲建立与放大研究

基于色散傅里叶变换技术研究了反常色散腔内传统孤子和正常色散腔内耗散孤子建立时的孤子动力学过程。为探究脉冲在光放大器中如何随放大功率演变,实验和模拟研究了这两类孤子经放大器放大后的动态变化。结果表明,这两类孤子的光谱在建立时会经历不同的振荡过程,传统孤子光谱会由能量有剧烈振荡的调制拍频状态过渡至稳定,耗散孤子光谱则会由无序调制状态平稳展宽至稳定。在放大器中,随着放大器泵浦功率的上升,传统孤子光谱中心能量将被转移而展宽,耗散孤子光谱则在保持谱宽不变的情况下在边沿出现尖峰。这些锁模光纤激光器和光放大器中的动态孤子非线性现象在超快激光及其放大系统中有着潜在的应用价值。

光子晶体光纤液压传感技术研究进展

基于光子晶体光纤(PCF)的液压传感技术具有灵敏度高、抗干扰能力强、适应恶劣环境等优点,具有重要的研究意义和广泛的应用前景,因此受到研究人员的特别关注。在简要介绍PCF液压传感基本原理的基础上,重点回顾了几种典型的PCF液压传感技术,即双折射PCF液压传感技术、PCF光栅液压传感技术、法布里-珀罗(Fabry-Perot)´腔PCF液压传感技术、双芯PCF液压传感技术,分别介绍了这四种液压传感技术的原理与技术方案,并对各自的性能进行了分析、比较和总结。最后简要归纳了PCF液压传感技术的研究现状及未来发展趋势。

光子晶体光纤压力传感器输出信号监测技术研究

光子晶体光纤压力传感器在各种压力环境监测中具有极其重要的作用.文章提出了光子晶体光纤压力传感器系统模型和输出信号检测方案,设计了一种用多片高速运放并联的方式来对PCF压力传感器输出电信号的放大,采用双极型定时器5G555新型整形电路对PCF压力传感器输出电信号进行有效的整形,为了满足PCF压力传感器对信号的相位和幅频特性以及计算工具的条件等多方面的因素,提出了一种用MAX293实现的无源BiQuad滤波电路对传感器输出电信号进行滤波.采用我们提出的放大、整形和滤波电路系统可以优良检测PCF压力传感器输出信号.

熔锥型单模光纤耦合器模型的优化研究

在弱导和弱耦合近似条件下,对光纤耦合器的几何形状做近似处理,并采用连续函数进行描述。根据Snyderd的局部模式理论,采用三角波与高斯波的变系数叠加函数对光纤耦合器纵向各区域的光模场分布进行描述。利用局部模耦合理论和变分法计算分析光纤耦合器纵向各区域的传播常数和耦合系数,讨论耦合系数与结构参数和波长的关系。计算表明:光纤耦合器熔锥区对光纤耦合器中的光功率耦合行为的影响不可忽略,光纤纤芯半径和包层半径对耦合区和熔锥区的耦合系数的影响成相反趋势。因此,可以通过合理控制耦合器的结构参数,制作出宽带平坦光纤耦合器。

基于微滴腐蚀微纳光纤Farby-Perot谐振腔的折射率传感特性

为实现高精度和高灵敏度的折射率测量,采用微米级氢氟酸液滴化学腐蚀的方法制作非对称的微纳光纤Fabry-Perot(FP)谐振腔,具有波导尺寸小、损耗低、双折射率高和腔Q值高等优点.不同正交偏振方向的谐振模式对外界折射率变化具有不同的响应,沿光纤快轴和慢轴方向的模式折射率灵敏度分别为133.8 nm/RIU、117.1 nm/RIU,快慢轴方向的温度灵敏度均为0.012 nm/℃,通过光谱仪监测两束偏振光的波长差可实现温度独立的折射率测量。采用不同FP腔参数的光纤传感器进行实验研究,结果表明光纤FP传感器腔直径越小,腐蚀占腔长比越高,其折射率灵敏度越高。

本征型光纤倏逝波化学传感器的研究

为了克服传统光纤化学传感器的不足,提出了基于倏逝波原理的本征型光纤化学传感器。根据光线理论数值分析了传感器几何结构参数,溶液折射率与灵敏度的关系。通过化学腐蚀方法制备出不同参数结构的传感器,进行实验系统设计,并用不同浓度亚甲基蓝溶液对这些传感器进行了实验研究。实验结果与数值计算结果一致,传感区纤芯越细,越长,其灵敏度越高。

高功率宽带掺铒光纤超荧光光源研究

研究了高掺杂铒光纤构成的双程后向结构超荧光光源输出特性,高掺杂铒光纤在制作超荧光光源方面具有输出功率高和带宽宽的优点。通过模拟得到在一定泵浦功率下获得最大输出带宽的最佳掺铒光纤长度。利用980 nm半导体激光器泵浦优化得到的10 m长的Lucent-LRL光纤,并用自制光纤圈反射镜构成双程后向结构,获得了26 mW的高功率宽带超荧光输出。

基于偏振模干涉的光纤光栅动态应变解调系统

基于保偏光纤中正交偏振模干涉,提出了一种简单、新颖的光纤光栅动态应变解调系统,并且通过实验证实了该方案的可行性。该解调系统光学核心部分仅由一段带有反射镜的高双折射光纤和一个光纤起偏器构成。实验中动态应变解调分辨率达到了0.5nε/(Hz)^(1/2),频率范围为0.1～7.9kHz微纳幅度振动信号获得了保真拾取。实验表明,该系统适合宽频率范围、微纳幅度的动态应变检测,为光纤光栅传感提供了一种简单、经济、适用范围更广的解调方案。