CALCULATION OF INFRARED OPTICAL CONSTANTS FOR CO_2 LASER HOLLOW WAVEGUIDE MATERIALS

A simple method was deduced for calculat-ing optical constant, optical loss and transmittance per meter of hollow-core optical fiber using data analysis method, ge-ometerical optical and electromagnetic theory. The method was used to study the Na2O-ZnO-GeO2-SiO2-PbO and Sb2O3 sysem. The glasses have nr<1 region. When the core diameter ao is 0. 5mm, the hollow waveguides of the Sb2O3-containing . glass is predicted with minimum loss of 0. 8 dB/m at 940cm-1

吸收式气敏传感空芯光纤的设计和制备

研发了红外波段吸收式气敏传感空芯光纤.空芯光纤的内面镀有银膜和介质膜,在目标波长提高反射率从而降低损耗.银膜和介质膜分别采用化学银镜反应法和液相镀膜法成膜.优化介质膜的材料和膜厚,光纤在可见光到中红外波段实现了低损耗特性.空芯光纤不仅可以用作气体传感的光吸收气室,而且也可用作红外光的传输媒介.初步实验结果显示这种空芯光纤可以替代普通的气体吸收气室,实现传感系统小型化.

高性能Ag/AgI红外空芯光纤的研究

采用液相化学镀膜法研制了内面镀有银膜和碘化银膜(Ag/AgI)的高性能空芯红外光纤.分析了绿色导航光和红外激光同时低损耗传输的光纤结构参量.长度1m、内直径0.7mm的Ag/AgI空芯光纤不仅在红外有低损耗传输特性,而且首次在波长530nm处获得了7dB/m的低传输损耗特性.满足可见光作为导航光的同轴传输要求.通过分析和改进实验工艺参量,有效降低Ag和AgI薄膜的表面粗糙度.给出了高性能Ag/AgI空芯光纤的介质镀膜的具体工艺参量.

用于红外图像传输的柔性空芯光纤束

采用聚碳酸酯毛细管作为红外空芯光纤的基管材料,制作了内直径为320微米的细径红外空芯光纤.内面镀有光滑银膜的聚碳酸酯毛细管,在近红外和中远红外波段获得了平坦的损耗-波长响应特性.用224根镀银聚碳酸酯空芯光纤,制作了长度40mm,截面积约50m2的红外图像光纤束.利用该红外光纤束成功进行了加热电阻丝的红外热图像传输实验.红外聚碳酸酯空芯光纤束具有柔韧性强、无毒等特点,在医疗及工业领域有广阔的应用前景.

医用CO_2激光传输用空芯波导的研制

本文作者设计并制备了一种新型的CO2激光传输用空芯波导。除了6μm-9μm处的基团吸收外,这种空芯波导在整个中红外区域的损耗都很小。在10.6μm波长处的损耗约为O.4db/m,传输能量为10W时,可以稳定传输20分钟以上,基本上可以满足CO2激光在医疗中的应用。

聚酰亚胺/银红外空芯波导的研制

设计并制备了一种新型的聚酰亚胺／银空芯波导，其实验工作的重点是聚酰亚胺薄膜的制备。采用改进的液相工艺，我们在石英毛细管内制备了表面光滑均一的银膜，然后，再将折射率非常接近理论最佳值（ ）的聚酞亚胺膜涂覆在银管内。通过控制聚酰亚胺膜的厚度，可以对银空芯波导在特定的波长处有降低损耗的作用。除了 ６～９μｍ处的基团吸收外，这种空芯波导在整个中红外区域的损耗都很小。在 １０．６μｍ波长处的损耗为０．４ ｄＢ／ｍ，传输能量为 １０ Ｗ时，可以稳定传输 ２０ ｍｉｎ以上，基本上可以满足 ＣＯ２激光在医疗中的应用。

射频激励扩散冷却全金属矩形波导CO_2激光器的实验研究

对新型百瓦级射频激励扩散型冷却全金属矩形波导CO2激光器进行了实验研究,实验中采用了CASE-I平行平面腔,试验结果表明,在采用10%透过率的输出镜时,激光输出最大功率达到146 W,电光转换效率达到17.3%.单位增益体积提取的激光功率达到9.46 W/cm3.

Ge－Ag－Ni空心波导锥形耦合器

透镜耦合器的耦合系数对横向错位十分敏感，因而容易受震动等环境条件的影响。介绍了一种把ＣＯ２激光器的１０．６μｍ辐射耦合到Ｇｅ－Ａｇ－Ｎｉ空心波导的锥形耦合器，以及该耦合器的设计和制作，并对两种耦合器的耦合系数进行了对比分析。结果表明，在抗震和长期稳定性方面。

用于红外激光传输及光纤传感应用的矩形Y_2O_3-ZrO_2单晶光波导

通过精确的切割和良好的抛光 ,从Y2 O3 稳定的ZrO2 块状单晶制得可用于红外激光传输及光纤高温传感的高品质Y2 O3 ZrO2 单晶矩形光波导 .获得的矩形波导截面大于 1mm× 1mm ,长度在 4 5mm～ 6 5mm之间 .波导的光学性能比用常规LHPG系统生长的Y2 O3 ZrO2 单晶光纤优越得多 ,在 90 0nm波长处的光学损耗小于 0 .0 3dB cm ,对 1.0 6 μmNd :YAG激光脉冲的损伤阈值为 0 .98MW cm2 ,并且能耐受 2 30 0℃的高温 .实验结果表明 ,这些波导有望在红外激光传输和 2 0 0 0℃以上的高温光纤传感等领域得到应用 .

波导激光器的研究进展与展望

首先综述了气体波导激光器、空芯光纤气体激光器和固态波导激光器的发展史,然后分别介绍两类激光器的工作原理,最后根据两类激光器的发展现状对未来的研究进行了展望和分析。

碳化硅内膜空芯传能光纤的研究

为了改进空芯传能光纤对10 6μm处CO2激光的传输性能,研制了具有SiC内膜的新型空芯玻璃波导,利用SEM和FTIR等技术分析了反应条件对SiC膜层结构、物相的影响,并测试了光纤的性能.结果表明:温度是影响SiC膜层的重要因素;制得的孔径为950μm,长为2 5m的SiC传能光纤理论损耗约为0 7dB/m,实际传输损耗为0 74dB/m;SiC的吸收蜂有蓝移现象.

片上红外气体传感技术的研究进展(特邀)

片上集成的光波导气体传感器具有体积小、重量轻、功耗低、无需光路校准等优点,近年来光学气体传感器逐渐由体积较大的分立系统向片上集成系统演变。中红外波段的气体吸收系数大,但二氧化硅在中红外波段的损耗较大,所以常用的绝缘衬底上的硅材料体系不适用于中红外波段。因此,片上气体传感器需要采用硫系玻璃、锗等中红外透明材料来拓宽工作波段。同时,波导结构直接影响了气体对光的吸收,而且气体传感技术也会影响传感器性能。本文总结了基于红外吸收光谱的片上气体传感器的最新进展。介绍了片上气体传感方法、波导材料、波导结构、片上气体传感的理论和实验进展。阐述了矩形波导、狭缝波导、悬浮波导、微环谐振波导和光子晶体波导在片上气体传感领域的应用现状。最后对基于红外吸收光谱的片上气体传感器进行了展望。

渐变太赫兹椭圆-双曲线形连接器的理论分析

为了实现太赫兹高斯光束与双曲线形金属波导的高效耦合,设计了一个渐变的椭圆-双曲线形金属波导连接器。此波导连接器的输入端是矩形的,输出端是椭圆-双曲线形的。在渐变的过程中,矩形金属波导的TE_(01)模逐渐转变成双曲线形金属波导的椭圆偏振模。根据WKB近似,这个缓慢渐变的波导消除了反射和散射,TE_(01)模和椭圆偏振模的耦合效率可以高达94%。最终,经过这个渐变连接器,高斯光束和双曲线形金属波导的耦合效率可以提高到69.1%。

硅波导中近红外激光的热效应

基于厚度达到毫米量级的双面金属包覆波导,采用波长为1 550 nm的近红外激光入射到该波导金属耦合层上,激发波导中的超高阶导模后,通过定点观测反射光强度的振荡变化,研究近红外激光在硅片产生的热效应.研究表明,耦合进波导的近红外激光被吸收,热效应导致硅片的折射率改变,激光热效应作用随激光功率增大而增强,并且激光热效应在50%工作点时作用最明显.

基于衬底集成空心波导的气体检测性能研究

由衬底集成空心波导(iHWG)与傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)结合组成的气体检测系统具有体积小、响应快、光路设计灵活、机械稳定性好等优点,能够用于污染气体实时在线检测。iHWG的几何参数如波导长度、横截面宽度和波导形状很大程度上影响了FTIR-iHWG系统的检测性能。基于空心波导的传输理论,理论分析了不同几何参数对iHWG传输特性的影响。以体积比浓度为100×10^(-6)的NO_(2)气体作为样本气体,设计了四种不同几何参数的iHWG,实验验证了理论分析的正确性。结果表明,同等条件下,横截面宽度越大的波导,其系统检测性能越高;对于不同形状的iHWG,直线型iHWG系统检测性能更好。此研究结果将为iHWG的进一步优化设计提供借鉴。

内窥镜的红外激光传输用柔性空芯光纤的研制

通过理论计算确立了多功能介质-金属结构空芯光纤的结构参量,优化了液相镀膜法的有关条件,明确了具体制作参量。制作了以聚碳酸酯毛细管为基管的,高柔韧性的,可同时低损耗传输红外目标波长激光和可见导航光红外的空芯光纤。对光纤传输性能进行了测试。在2.94μm波长的Er∶YAG和0.63μm波长的红色半导体激光器的直线损耗分别为0.4 dB/m和3 dB/m。组装在医疗内窥镜中的柔性空芯光纤,在先端以0.9 cm半径135°角弯曲时,对Er∶YAG激光仍有近70%的传输效率;绿色导航光在内窥镜中的的损耗值为11 dB,绿色指示点在内窥镜的视窗中清晰可见。结果表明此种光纤在内窥镜的激光传输方面有重要的应用价值。

微纳结构光纤光谱学

微纳结构光纤光谱学是指以空芯微结构或微纳光纤为样品池,光和物质在纤芯内部或表面进行相互作用的光谱学技术。本文回顾空芯和微纳光纤导光的基本原理,介绍气体、液体样品池构建的理论和方法,综述基于光谱吸收、光热、光声、荧光、拉曼等效应的微纳结构光纤光谱学的最新进展及今后可能的发展方向。微纳结构光纤对光场的束缚能力强、模场能量在空气中的比例高,可实现光和物质在其中的高效、长距离相互作用。微纳结构光纤样品池的采用,可提升传统光谱学系统的性能或构建新型的光谱学系统;应用传输光纤与其他光学元器件进行柔性连接,可促进光谱学仪器和传感器的小型化和实用化。

一种高品质中空金属光波导

讨论了高品质中空金属光波导的工作原理及其制作工艺，制备了以金和银作为波导材料的中空波导管，并对空芯以及充入不同透明液体的液芯波导的透光特性进行了测试。结果表明：与中空介质波导相比，中空金属波导具有光传输损耗低、透过率对波导弯曲与失调不甚敏感等优点；而液芯金属波导的透光效率与透明材料的折射系数无关。文中描述了在特定波段内“中空光纤”的原理，并报道了Ｈｅ－Ｎｅ和ＣＯ２激光在中空金壁波导传输的实验结果。分析结果表明高品质中空金属波导具有重要应用价值。

基于亚毫米尺度金属包覆波导的脉冲展宽

利用自由空间耦合技术,用超短脉冲激发亚毫米尺度对称金属包覆波导中的超高阶导模,提出一种脉冲展宽的新方法。由于超高阶导模的强色散性质,经过短距离的传输,即可使脉冲宽度迅速展宽。理论分析表明,1 ps的光脉冲在光波导中传输毫米量级距离后,脉冲展宽因子可达到1000倍。

太赫兹金属平行平板波导TE1模式有效折射率的近似表达式

对太赫兹金属平行平板波导的最低阶横电(TE1)模式进行理论研究,并且在真实金属参数的条件下,推导出一个适用于太赫兹金属平行平板波导TE1模式有效折射率的近似表达式。首先对TE1模式进行基于有限元方法的数值模拟,并且将模拟结果与近似表达式所得的数值进行对比,验证理论推导的可行性。接着由误差分析表明所推导的近似表达式在整个太赫兹波段具有很高的精确度,并且具有适用频率范围广的特点。模拟仿真结果表明,该近似表达式对TE1模式的分析具有高度的适用性,将对金属平行平板波导的研究和应用起到一定的促进作用。