基于涡旋高斯光束的自成像效应数值实验

涡旋光束的传输动力学行为是光学领域研究的热点之一。该文采用理论分析与数值模拟相结合的方法,研究了经典光学涡旋、非对称幂指数光学涡旋和对称幂指数光学涡旋三类不同涡旋高斯光束的传输行为。结果表明,在自由空间中三类光学涡旋高斯光束均可产生整数、分数自成像效应,其自成像距离与无光学涡旋高斯光束产生的自成像现象的复现距离一致。自成像平面上光场结构由一系列周期性阵列光束构成,其光强分布与涡旋相位的拓扑荷数和幂指数阶数密切相关。对于所施加的三类光学涡旋,阵列波束表现出了圆环、螺旋及花瓣型三类不同的光场分布,但是其相位分布基本保持不变。该研究为系统认识周期性涡旋光束的演化动力学行为,以及获得新颖的结构光束提供了新的思路和方法。

变形高阶贝塞尔光束的传播和自成像效应

从产生高阶贝塞尔光束的典型光路着手,通过将高阶贝塞尔光束分解为高阶贝塞尔余弦光束和高阶贝塞尔正弦光束,利用柱坐标下的Collins公式,分析了变形高阶贝塞尔光束的解析表达式和在自聚焦透镜中的传播。得到了变形高阶贝塞尔光束的一般解析表达式,自由空间的自成像过程,和在自聚焦透镜中传播的特点以及它们在高阶贝塞尔余弦光束和高阶贝塞尔正弦光束波数横向分量差异为0.005 K时的数值模拟。结果证实了变形高阶贝塞尔光束具有无衍射特性及自成像效应。

基于自成像效应七平行光子晶体单模波导分束器

在完整的二维光子晶体中引入线缺陷,就形成了光子晶体波导。将七光子晶体单模波导的相互耦合看成一个多模干涉系统。在多模干涉系统中,本征模的色散曲线相交并出现简并模,简并模之间存在强烈耦合并导致模式的分布方式重新发生变化。本文基于自成像效应的波导多模偶合,提出了一种二维光子晶体波导四端口分束器。采用时域有限差分法和平面波法作为研究工具,TE模为研究对象,从理论上分析了这种器件的特性。结果表明,通过调节介质柱半径R,来改变耦合区电磁场的相位分布,从而控制四个输出端口的能量分布。

基于自成像效应波导耦合的光子晶体分束器

文章采用时域有限差分法和平面波法作为研究工具,在耦合长度L=7a的条件下研究了光在输出端口的透射率和反射率。结果表明,通过引入额外的介质柱改变耦合区电磁场的相位分布,可使3个输出端口的强度达到均分;并且这种结构的分束器具有很高的输出效率,最高可达到99.5%,这些特性使这种器件在波分复用等方面具有很大的潜在运用价值。

双光栅结构光学自成像效应位移检测应用研究

随着精密机械制造、高性能半导体器件加工等领域对位移检测要求的不断提高,对于高性能微型位移传感器件的需求日益迫切。基于微纳光栅光学自成像效应,提出了一种双光栅结构的光学位移检测方法。研究了~6.5μm周期微纳光栅的光强空间分布,分析了双光栅结构光强透过特性,并在实验中实现了1mm位移范围内的正弦信号输出。通过对输出信号进行100倍电学细分,最终实现灵敏度为64.5nm的位移检测。所提方法具有光路简单、结构紧凑、稳定性高的特点,可用于集成化高性能微位移传感器件与系统等应用。

基于自成像多模干涉光子晶体波导的耦合特性

模拟计算了二维三角形光子晶体波导自成像多模干涉的耦合特性。提出两种不同结构的二维光子晶体分束器,基于自成像多模干涉效应,用有限时域差分法数值计算和分析了这两种分束器的特性。研究发现其中一种分束器的反射率低于10-4,透射率可高达0.9999,而另外一种分束器的反射率为1,透射率为0。分析发现,造成这种现象的物理原因是多模干涉区的自成像效应,这种多模干涉在光子晶体光学集成电路中具有重大的潜在应用价值。

基于自成像多模干涉的光子晶体波导1×2分束器

通过模拟计算研究了二维三角形光子晶体波导自成像多模干涉的耦合特性,提出了一种二维光子晶体1×2分束器。基于自成像多模干涉效应,用有限时域差分法对这种分束器的特性进行了数值计算和分析。研究发现,这种分束器的透射率可高达96%,造成这种现象的物理原因是多模干涉区的自成像效应,这种多模干涉在光子晶体光学集成电路中具有重大的潜在应用价值。

5平行光子晶体多模波导的耦合特性及应用

为了模拟计算研究2维三角形光子晶体波导自成像多模干涉的耦合特性，提出一种2维光子晶体2端口分束器。基于自成像多模干涉效应，采用有限时域差分法，数值计算和分析了这种分束器的特性。结果表明，这种分束器每个输出端的反射率低于0．002，透射率可高达0．498，造成这种现象的物理原因是多模干涉区的自成像效应。这种多模干涉在光子晶体光学集成电路中具有重要的潜在应用价值。

基于自映像的光子晶体波导分束器的设计

通过研究2维正方晶格光子晶体波导多模干涉的自映像效应,优化设计了一种新型1×2光子晶体波导分束器,采用时域有限差分法对其传输特性进行模拟分析。设计过程中,根据多模干涉耦合区中周期出现的双重像的位置确定两个单模输出波导的位置,通过在分束器输入和输出耦合区的连结处设置介质柱,改变输入和输出耦合区中的模场分布,实现模式匹配,从而明显减小分束器的反射损耗。计算结果表明:设置的介质柱归一化半径分别为0.08和0.177时,对于波长为1.55μm的入射光,该分束器的透射率可高达93%。

基于全内反射光子晶体多模波导偏振无关型光分束器

研究了全内反射在光子晶体多模波导中的作用,利用常规的耦合模理论对对称入射时的多模干涉行为和自映射现象进行了讨论和分析.研究表明,输入光场依然能沿着多模导光区高效的传输,这种结构中的光场传输是由全内反射和布喇格反射的联合作用而决定的.设计了一种全内反射偏振无关型光分束器,这种分束器在集成光学中具有重大的潜在应用价值.

基于多模干涉光子晶体波导1×4超紧凑分束器

本文基于自成像效应的波导多模耦合,提出并且数值计算了一种1×4超紧凑分束器。将七光子晶体单模波导的相互耦合看成一个多模干涉系统,当入射波长λ=1.55μm时,这种分束器耦合区的长度只有3.92μm。通过调节耦合区介质柱半径R,来改变耦合区电磁场的相位分布,从而控制四个输出端口的能量分布。这种分束器在光子晶体集成电路中具有重要的潜在应用价值。

Talbot长度的测量

提出了用动态叠栅条纹光电信号的调制度测量 Talbot长度的方法 ,并阐述了实验原理 ,给出了实验结果 .

Design of multimode interference optical switches with area modulation

Based on the self-imaging effect, multimode interference (MMI) optical switches with area modulation were proposed. The field transfer matrix was introduced to analyze the MMI switches. As an example, the phase modulation parameters of a 3 × 3 MMI switch for different switching cases were obtained by solving the field transfer equation. And the finite-difference beam propagation method (FD-BPM) was used to confirm the analytical results.

宇称时间对称光学体系设计及光传输数值实验

采用光纤时间复用技术,利用耦合光纤环路设计宇称时间对称光学体系方法,通过Matlab软件研究了增益/损耗系数、光纤耦合系数、相位调制参数对该类光学系统能带结构的影响,并模拟了点光源光束和周期光场在该类系统中的传输特性。结果表明,通过适当选择系统参数可观测到光场分布和泰伯长度不同的自成像现象,最终形成了一套宇称时间对称光学体系的设计及光传输数值模拟实验方法,为系统认识该体系的特性及光波传播动力学行为提供了新的思路。

光子晶体波导定向耦合功分器的设计

将相互耦合的3平行光子晶体单模波导看成一个多模干涉系统,通过研究二维正方晶格光子晶体波导多模干涉的自映像效应,优化设计了一种新型1×2光子晶体波导定向耦合分束器,采用时域有限差分法对其传输特性进行模拟分析。设计过程中,根据多模干涉耦合区中周期出现的双重像的位置确定两个单模输出波导的位置,通过改变输出波导和耦合区连结的一个介质柱位置构成波导微腔结构,改变耦合区中的模场分布,实现模式匹配,从而明显减小分束器的反射损耗。计算结果表明,移动介质柱距离输出单模波导和多模波导连结处1.85a位置处时,对于波长为1.55μm的入射光,该分束器的透射率可高达99.04%。

微光学及其应用研究

信息光电子产业已成为经济发展中最引人注目、最有活力的产业之一。研究新型的、具有自主知识产权的信息光学技术，对于发展我国的信息光电子产业具有重要意义。微光学器件及应用是信息光电子产业中一个重要的发展方向。微电子的快速进步，以及飞秒激光的迅速进展，为新的信息光电子技术提供了发展空间，是目前重要的前沿学科方向之一。

基于多模干涉1×4光分束器的优化设计

设计了一种基于二维三角晶格光子晶体多模干涉效应的1×4分束器,根据多模干涉自映像效应,在二维光子晶体波导内交替出现双重像和单重像,由双重像的位置确定四个单模输出波导的位置。通过在侧向单模输出波导与多模耦合区域的连接处设置介质柱A、B,并有效调节介质柱A、B的半径,四端口均匀输出时均衡性为0.01 dB。该分束器透射率高达99.6%且输出能量可自由调节,还可实现光束的大角度分离。