微流光纤传感器:从功能集成到功能设计(特邀)

随着微流控技术的日趋成熟,将微流控芯片技术和光微流方法在微结构光纤中进行交叉融合,已经逐渐形成了一个新的发展方向。简要综述了这一技术是如何从初期的利用微结构光纤的特殊结构,进行简单的功能集成,拓展到如今基于特殊需求进行光纤的功能设计的新阶段,以实现在微结构光纤内部构造微流控感测系统的目的。该方向的发展,不仅促进了光波导与微流物质检测技术相结合,还为实现不同检测原理在微结构光纤内的高灵敏度光纤微流传感器技术开辟了新方法与新途径。

太赫兹波束可调谐的编码超表面设计

编码超表面可以通过编码序列设计对波束进行灵活调控,文中提出一种基于二氧化钒(VO_(2))的可调谐太赫兹编码超表面.设计中借助可调谐单元与不可调谐单元,通过VO_(2)由绝缘态到金属态的相变,在0.97 THz处实现了多种远场波束的动态切换.此外,还设计了双频带太赫兹编码超表面,在0.97和1.97 THz两个不同频率下均可实现双波束.这项工作为设计可调谐编码超表面、实现波束间灵活调控开辟了一条新的途径,将在通信和雷达领域具有广泛的应用前景.

Ho:Sc2SiO5可饱和吸收体被动Q开关Tm:YAlO3激光器

报道Ho:Sc2SiO5(Ho:SSO)晶体作为一种新型可饱和吸收体用于被动Q开关Tm:YAlO3(Tm:YAP)固体激光器.在793 nm激光二极管端面泵浦下,Ho:SSO被动Q开关Tm:YAP激光器产生稳定的微秒脉冲输出,发射激光波长为1.88μm.实验获得了130 mW的最大平均功率和5.2μJ的单脉冲能量输出,脉冲宽度为1.87μs,重复频率为25 kHz.通过引入声光调制器,设计搭建了基于Ho:SSO晶体混合调Q的Tm:YAP激光器,有效压缩了脉冲宽度至百纳秒量级.实验获得了最小213 ns的脉冲宽度,且在4 kHz重复频率下最大单脉冲能量达到34μJ,这项工作表明了新型Ho:SSO晶体作为1.9 m波段可饱和吸收体的实际应用潜力.

基于As_(2)S_(3)玻璃拉锥光子晶体光纤的超连续谱技术

为了探索硫系玻璃光纤器件在中红外波段超连续光源的潜在应用,自主制备了一种硫系玻璃光子晶体光纤,该光纤由组分为As_(2)S_(3)的纤芯和呈六边形排列的空气孔的包层所组成。利用波长为2.87μm,重复频率为42 MHz,脉冲宽度为173 fs的中红外光纤激光器为泵源,利用拉锥硫系玻璃光子晶体光纤研制了中红外超连续谱。经过优化As_(2)S_(3)光子晶体光纤的拉锥直径后,其腰身直径为55μm,长度为3 cm。在该拉锥光纤中实现了-20 dB水平的光谱覆盖范围为2 000~5 500 nm的超连续光谱,实验结果和理论计算结果一致性较好。

基于环形电磁矩超材料的可调谐太赫兹吸收器

本文提出一种反向开口双金属谐振环超材料集成微流通道的可调谐太赫兹波吸收器.数值分析了超材料环形电磁矩的高效激发,讨论了环形电磁矩的共振吸收谱对微流介质层的介电参数与磁参数调控的响应.采用可电控液晶材料注入微流通道的方案,通过太赫兹透明电极施加外部电场控制液晶折射率变化,实现太赫兹超材料吸收器工作频率的大范围动态调谐.频率移动量超过100%的共振带宽,相对调谐量(△f/f)可高达15%,频率调谐呈现良好的线性操作特征和近100%吸收率的完美吸收性能.所提出的可调谐太赫兹吸收器在太赫兹探测和微流生化传感领域具有广阔的应用前景.

基于亚波长金属耦合腔光栅的太赫兹传感器

提出一种亚波长金属耦合腔光栅结构的太赫兹传感器。采用亚波长矩形腔结构单元,设计了谐振腔级联耦合的金属亚波长光栅。利用谐振腔与光栅导模共振的相干耦合作用,产生高品质因数的类电磁诱导透明模,形成腔诱导太赫兹波异常反射现象。异常反射模表现出显著的局域场共振增强效应,大大提升太赫兹波对分析物的感测能力。数值仿真表明,太赫兹波正入射的传感灵敏度可达到6-22 THz/RIU,品质优值可高达55-152,同时具有宽达50°工作角的太赫兹感测能力,可适应大孔径角太赫兹波束的传感操作。

面向分布式传感的散射增强光纤研究进展

基于光纤后向散射的光纤传感技术具有全分布、长距离等特点,在诸多领域受到广泛关注,被认为是一种变革性技术。散射光随着传输距离增加逐渐减弱,信噪比降低导致感知性能下降,成为限制其在长距离应用的主要因素。通过光纤掺杂、写入弱光栅等方式增加光纤散射强度可以有效缓解该问题。然而对于数千米的超长距应用,散射增加意味光纤损耗的增强,通过增加散射来提升信噪比的方法失效。本课题组提出一种增加光纤后向散射强度但不增加光纤本征损耗的散射收集能力增强光纤。本文分别从增强光纤散射能力和增强后向收集能力两个方向总结了散射增强光纤的几种方法,论述了各种方法的优缺点,并进行了简要展望。

太赫兹超表面中的连续域束缚态

连续域束缚态(BIC)是发生在辐射连续域频率范围内且被完全局域的共振,具有无限大的Q值,光与物质之间产生强相互作用,该现象对新型功能器件的发展至关重要。在太赫兹超表面中引入BIC机制,为定制高Q值共振提供了新的思路。从BIC的分类、形成机制、基本性质等方面对BIC进行了简要描述,重点介绍了BIC在THz超表面中的新应用,如高灵敏度传感、手性增强、光谱编码、近场成像。此外,BIC携带拓扑电荷,由偏振矢量缠绕圈数定义,这样的电荷只能通过改变系统参数来产生或湮灭。BIC的拓扑性质也为拓扑光子学新现象的发现提供了新的可能,BIC现象的研究可以为光学和光子学领域带来更多的发展。

基于光纤布拉格光栅的残余应力测试技术研究进展

残余应力广泛存在于材料和构件的加工制造过程中,其对材料和构件的工程性能,特别是疲劳寿命、变形、尺寸稳定性、耐蚀性和脆性断裂有显著的影响。为了给材料和构件的强度分析和加工变形预测提供理论依据,残余应力的测试和评估一直是当前制造业研究的重点,随着新型材料及其加工工艺的发展,对残余应力测试技术也提出了更高的要求。简述现有残余应力测试技术,重点聚焦光纤布拉格光栅在残余应力测试应用的进展,分析了存在的问题,展望了未来发展的趋势。

多芯光纤形状传感研究进展

多芯光纤在空分复用方面独特的优势引起了人们越来越多的关注,在光纤传感领域也有了更为广泛的应用。多芯光纤形状传感是一种新的光纤感测技术,该技术通过多芯光纤感知被测对象形状和位置的变化,无需依靠其他视觉辅助手段,此外,该技术还具有结构紧凑灵活、不受电磁干扰、易集成安装、传感器无电学连接的优点,可用于航空航天、工业机械和大型建筑等领域的结构监测、地理环境和线缆管道监测、介入治疗追踪等。为此,介绍了多芯光纤的种类及其关键器件的制备方法,并且对多芯光纤形状传感的原理与技术进行了分析,最后综述了多芯光纤形状传感的研究进展,讨论了多芯光纤形状传感当前挑战和未来展望。

陶瓷激光器研究进展

本文总结了YAG陶瓷激光器和倍半氧化物陶瓷激光器在高功率激光、超快激光以及中红外激光领域中的研究成果。通过回顾陶瓷激光器的研究进展,不仅揭示了激光陶瓷材料在固体激光器中的应用价值,还探讨了陶瓷激光器目前所面临的问题。最后对陶瓷激光器的未来发展方向做出展望。

增材制造在特种石英光纤制备中应用的研究进展

光纤构成了当今世界通讯的主干网络,已成为人类活动的底层构架。近年来,物联网万物互联对光纤传输带宽的需求急剧增加,光纤功能更是从单一的信息传输扩展到了信息传输和感知一体化,特种石英光纤是实现该目标的一个重要组成部分,其研发成为了热点。特种光纤的复杂结构和多组分掺杂给其高效制造提出了挑战。本文围绕增材制造技术在特种石英光纤高效制备方面的难题、探索及进展进行总结梳理,首先重点报告在基于紫外光固化的增材制造技术路线下,如何克服大尺寸石英增材制造中陶瓷化和塌缩的难题,发展适合的增材技术用于制备特种石英光纤预制棒,以拉制出所需的特种光纤。然后介绍直接墨水书写与选择性激光熔融等不同增材技术用于石英光纤预制棒制造的近期进展。最后对增材制造在石英光纤制造中存在的问题和未来发展趋势进行简要讨论与展望。

基于定向耦合器的双芯模式转换器

提出了一种基于定向耦合器的双芯模式转换器,实现了基阶(LP模式)向高阶(LP模式)转换。利用有限元法和光束传播法建立了模式转换器理论分析模型,探究光纤参数对模式转换器转换性能的影响。数值模拟结果表明,当该模式转换器消光比大于20 dB时,带宽可达到320 nm,且其消光比大于10 dB,带宽达到400 nm时的转换率达99.7%。与传统模式转换器相比,该模式转换器结构简单,并且具有转换率高和宽带宽的优点,进而适合应用在光通信系统中。