新型DVD／CD—R兼容型集成平板光盘头的研究

传统光盘系统是基于普通分立元件组成，不仅大大增加了组装成本及组装复杂性，同时还降低了系统的可靠度。基于平板光学的新型DVD／CD－R兼容集成光盘头系统并对其中的关键器件消色差波片进行了分析。在此系统中，光线沿着Z字型在平板玻璃基底中传播。通过集成的平板合分束器、消色差波片、分色光栅等器件完成双波长光束的合光、偏振态旋转、分光等功能。经测试，此系统对635nm和780nm光束的能量利用率为24.84%和32.06%，具有较高的能量利用率和集成度以及较小的体积和重量。     

高芯片偏振消光比铌酸锂多功能集成光学器件

分析了铌酸锂多功能集成光学器件的偏振消光机理,设计和制作了高芯片偏振消光比的铌酸锂多功能集成光学器件。器件采用切断部分输入直波导后在切断端面选择性镀阻光膜的结构以截断射入衬底的辐射光,与芯片耦合后实现了高于85dB的芯片偏振消光比。制作的器件插入损耗小于3.5dB,分光比为48/52~52/48,半波电压Vπ小于3.5V,尾纤偏振串音小于-33dB;在-55~+85℃全温范围内,损耗变化量小于0.2dB,分光比变化小于1%,尾纤偏振串音小于-27dB,能够满足工程化应用需要。     

一种用于DWDM系统的薄膜型微小偏振分束器

讨论了一种用于DWDM系统中的光开关、偏振无关隔离器等单元器件中的微小薄膜型偏振分束器制造的关键技术.光学膜层采用数学多重优化设计方法;采用Monte Carlo允差分析原理分析膜层的容差,以便选择更易制备的膜系;计算膜层的Macleod极值灵敏度,得到所选膜系各个膜层的误差要求;模拟光学监控过程,以制定相应的膜厚监控策略.设计了实用的棱镜胶合装置,得到了较高技术指标的PBS棱镜.结果表明,棱镜的光学冷加工,是器件制造的基础;光学薄膜的设计与制备是器件制造的关键,也是难点;棱镜的胶合是器件不可忽视的环节.     

用于ArF光刻机偏振照明系统的沃拉斯顿棱镜的设计

ArF光刻机偏振照明系统中需要采用偏振器件(沃拉斯顿棱镜),根据传统技术选用在193nm波长透明材料设计沃拉斯顿棱镜,其分束角较小,或者分束角大时棱镜较长。为了解决这些实际问题,利用折射定律分析推导了由正晶体构成沃拉斯顿棱镜的分束角公式,还分析推导了由两种正晶体构成沃拉斯顿棱镜的分束角公式。经过分析比较,由两种正晶体构成沃拉斯顿棱镜的分束角比由单一正晶体构成沃拉斯顿棱镜有较大的提高。设计了一种用于193nm波长的分束角达到约10°的偏振分光沃拉斯顿棱镜,另外还设计了一种用于193nm波长的仅仅输出一束线偏振光的沃拉斯顿棱镜。这两种棱镜采用两种正晶体制作,棱镜长度适中,有利于偏振照明系统装置整体的紧凑化。     

基于DMD的红外目标模拟器偏振分光系统

数字微镜器件（Digital Micromirror Device,DMD）由于具有高帧频、高空间分辨率、高温度分辨率以及大动态范围等特点,成为红外景象生成最常用器件。为避免红外目标模拟器光学系统中照明系统与投影系统相互遮挡和碰撞,需要在系统中加入分光棱镜,而普通分光棱镜具有光能利用率低的缺点。为解决这一问题,提高红外目标模拟器光能效率,从物理光学基本理论出发,提出了一种基于偏振原理的分光方法并设计了偏振棱镜,大大提高了系统的光能利用率,得到了满意结果。     

利用消杂散光的偏振光技术提高光学读出红外成像检测灵敏度

在基于刀口滤波技术的光学读出的非制冷红外成像技术中,光学元件的反射会在CCD靶面引入杂光光斑,使得检测到的光强信号中FPA的像所占比例降低,因此降低了光学检测灵敏度。采用偏振光学读出系统,即在光路中添加偏振片、四分之一波片,利用对透过光和反射光的偏振方向有选择的偏振分光棱镜代替原有分光棱镜,用偏振光原理消除光路中光学元件的反射杂散光,使FPA像在CCD靶面接收到的光强中所占比例大幅度增加,进而提高光学检测灵敏度。偏振光路检测实验结果显示,检测灵敏度比非偏光实验提高了约47%,与理论分析值一致。     

双路上／下载光分插复用器

提出一种新颖的双路上/下载光分插复用器结构设计方案,可实现高速的密集波分复用(DWDM)全光通信网中两路不同波长信号同时上/下话路功能.该上/下载光分插复用器由偏振分束组合棱镜、λ/4波片、直角棱镜、全反镜和偏振光调制器组成.当光信号进入上/下载光分插复用器后,各信号光首先被分解为P-偏振光分量和S-偏振光分量,通过控制偏振光调制器的状态,改变输入到上/下载光分插复用器中各信号光P-偏振光分量和S-偏振光分量的转换状态,并在主光路输出端口和下载光路输出端口将各信号光的P-、S-偏振光分量重新合并后,实现与偏振无关的光信号输出.该上/下载光分插复用器结构可上/下载任意一路波长信号或同时上/下载两路波长信号,灵活性强,具有光学元件少、结构紧凑、易于光学装配和调试等特点.(PD4)     

正交级联液晶偏振光栅的收发分离结构设计

正交级联液晶偏振光栅可实现光束大范围偏转,在空间激光通信与激光雷达等领域具有广阔的应用前景,其大部分应用领域均需要同时发射激光与接收激光,如何解决发射光与接收光分离的问题尚未见报道。针对这一问题,文中根据1/4波片、1/2波片以及液晶偏振光栅理论推导了线偏振光源经过被动液晶偏振光栅层以及正交级联液晶偏振光栅后偏振态的变化,验证了出射光偏振态与光束偏转角度的可逆性。采用偏振分光棱镜、1/4波片、1/2波片、正交级联液晶偏振光栅等器件设计了一种可实现发射光与接收光偏转与分离的光学结构,构建了测试系统,最后通过测试结果证明了理论的正确性与结构的适用性。     

光纤通信用的集成光学器件

光纤通信用的集成光学器件是未来光通信网的核心器件。发达国家已研制开发了各种集成光学器件,如光调制器、光开关、光耦合器、光隔离器、光衰减器、波形尺寸转换器、分光器、滤波器等,有的产品已批量化和商品化,市场十分广阔。     

双面金属波导电光调制特性研究

金属包覆介质光波导的独特光学性质，使得其在光通信和生物技术等领域的研究和应用具有了比较重要的意义．本文对采用棱镜耦合结构的双面金属包覆聚合物波导器件进行了理论和实验研究，该器件由棱镜、上层金属薄膜、极化聚合物、缓冲层和下层金属薄膜五层结构组成．实验中，一束经偏振后的激光束入射到棱镜的底面，通过对器件进行角度扫描，检测反射光强，得到衰减全反射谱．     

金属-电介质复合材料中非局域效应诱导的偏振分光器

基于具有强非局域效应的金属-电介质多层膜结构提出了三种偏振分光器.当多层膜结构的平均介电常数为零时,横电偏振电磁波对应的等频率曲线为一很小的圆,而横磁偏振电磁波对应的等频率曲线则为两支抛物线,这是由表面等离激元诱导的非局域效应引起的.利用该多层膜结构在不同偏振电磁波下等频率曲线表现出巨大差异这一特性,提出了三种偏振分光器,其中包含厚度远小于波长的超薄偏振分光器.这些结果有望在偏振选择吸收体以及集成光子器件中有潜在应用.     

金属-电介质复合材料中非局域效应诱导的偏振分光器（英文）

基于具有强非局域效应的金属-电介质多层膜结构提出了三种偏振分光器.当多层膜结构的平均介电常数为零时,横电偏振电磁波对应的等频率曲线为一很小的圆,而横磁偏振电磁波对应的等频率曲线则为两支抛物线,这是由表面等离激元诱导的非局域效应引起的.利用该多层膜结构在不同偏振电磁波下等频率曲线表现出巨大差异这一特性,提出了三种偏振分光器,其中包含厚度远小于波长的超薄偏振分光器.这些结果有望在偏振选择吸收体以及集成光子器件中有潜在应用.     

离子交换玻璃光波导工艺与集成光学器件研究

针对目前国内集成光学技术的现状,对离子交换玻璃基集成光学技术进行了研究,目标是在建立起一个离子交换玻璃基集成光学制作平台,并在此基础上研制出低成本的光通信用光功分器.通过对玻璃基离子交换工艺进行的研究,包括电场辅助离子交换、电场辅助退火、K+离子掩膜工艺等,成功制备了具有低传输损耗和优良偏振相关损耗的掩埋式光波导;通过对基于Y分支器的光功分器结构的优化,成功研制了1×4、1×8、1×16、1×32的功分器,器件的主要性能指标已经"达到同类产品的国际水平".此外,还进行了新型光学器件制作方面的研究.     

三波长自由切换激光系统

针对工程应用中对多波长激光源的使用需求,提出了一种可自由切换三种波长输出的激光系统。高稳定、高光束质量抽运源通过由电光晶体和偏振分光棱镜组成的波长切换装置,实现首次波长切换;光参量振荡器输出的闲频光和信号光通过由机械调控的光学陷阱实现二次波长切换;再采用光路折叠和合束镜多波段镀膜技术,最终实现共光路三波长激光自由切换输出。当抽运功率为14 W时,信号光和闲频光功率超过5 W,光光转换效率为35.9 %。三种激光的输出功率不稳定度均小于2 %。两次波长切换都可在全温度范围内进行,能量关闭程度接近100 %,切换速度分别为纳秒级和毫秒级。经过监测,系统能够长时间稳定工作,具备工程应用能力。     

一种高性价比小型生化分析仪用分光光度计的研制

为了克服传统分光光度计中棱镜和凹面光栅等分光器件的光谱分光效率低、分辨率不高和光通量小等缺点,采用平面光栅作为色散器件,采用线阵电荷耦合器件(CCD)结合外设互换(PCI)总线高速数据采集卡作为光谱检测系统,并且利用虚拟仪器技术成功研制了一款高性价比小型生化分析仪用分光光度计,同时自制了一套交叉非对称式(CT)型单色仪作为该分光光度计的分光装置。通过实验证明,该小型分光光度计可以实现紫外和可见光波段吸光强度为1000(a.u.)的探测,光谱测量范围可达300~800 nm,波长分辨率可达1 nm,波长重复性优于0.5 nm,在波长为360 nm处的杂散光小于0.5%,波长准确度优于±0.5 nm。相比其他同类分光光度计,该分光光度计不仅具有后分光、光谱多通道并行分析等优点,同时能优化光路成像系统,提高光谱测量准确度和降低成本。     

一种新型的再入式集成光学光纤陀螺研究

给出了一种改进型的再入式集成光学光纤陀螺方案,在保持再入式集成光学光纤陀螺低成本、高温度稳定性、小型化特点的条件下,通过偏振转换集成光学多功能器件(TMIOC)的使用,有望消除光纤环多次再入的本征损耗,减小总光损耗,提高信噪比,并可实现无光放大器(SOA)的高灵敏度光纤陀螺系统。TMIOC器件的位相调制器部分(PM)采用退火质子交换波导(APE),实现天然的高偏振特性;PS是采用双模耦合方式实现的偏振模分离器。分离比达到20dB;PT是声光模转换器,实现TE和TM偏振模的相互转换,转换效率达到99％以上,声波功率小于20mW。目前的器件指标适合较长的光纤长度和较少的再入次数,满足高灵敏度光纤陀螺系统的要求;通过提高器件指标,如进一步提高响应速度,降低插入损耗,可实现较短的光纤长度和较多的再入次数的小型化、高灵敏度、低成本的第二代光纤陀螺系统的制作。     

多入射方向的偏振分光棱镜的结构及其应用

多入射方向的偏振分光棱镜的结构,不同于传统偏振分光棱镜的立方体结构,使得入射光从不同方向入射到分光面上,通过合理的结构设计,使入射光在分光面上达到分光的角度要求,达到分光的目的。另外,这种新型的多入射方向的分光棱镜的结构可以有效地降低偏振分光棱镜的厚度,扩大偏振分光棱镜的适用范围。本文基于硅基液晶显示技术在HMD系统上的应用介绍了多入射方向的偏振分光棱镜的结构及其应用效果。     

非偏振分光棱镜的偏振敏感度测量

非偏振分光棱镜(NPBS)的偏振相关性会对外差干涉仪、偏振干涉仪和激光干涉仪等干涉系统的非线性误差、偏振误差和测量精度等带来不可忽视的影响。首先对NPBS偏振敏感度的4个特征参数的测量原理进行介绍，接着基于NPBS偏振敏感度测量系统进行一系列实验并对实验结果进行分析。NPBS的s光与p光分量的透射比和反射比基于圆偏振光入射并同步测量透/反射光中s、p偏振方向的强度来实现，以抑制光源抖动及光电探测器响应不一致性对测量结果的影响。在相位偏振敏感度测量方面，基于偏振测量系统对透/反射光的斯托克斯分量S₂、S₃进行测量，获得NPBS的s光与p光的透/反射相位差。3个NPBS样品的重复性测试实验结果表明：上述非偏振分光棱镜的偏振敏感度测量方法对NPBS透射比和反射比的测量精度(最大偏差与测量平均值之比)为-0.08%～+0.08%，重复性优于0.1%，对NPBS透射相位差和反射相位差的测量精度为-0.84%～+0.84%，测量重复性优于1%。对NPBS样品在不同入射波长和入射角度下的偏振敏感度进行了测量，结果显示：在1540～1560 nm范围内，被测...     

ZrO2/SiO2棱镜偏振膜的膜系优化设计与制备

对以K9玻璃为基底,采用ZrO2和SiO2为高低膜料来制备棱镜偏振膜,并进行膜系优化设计.设计指标为:波长540nm处满足Tp>99%,Ts13H3LH为最佳膜系.测试结果表明,此膜系完全满足设计指标,偏振性能优良.探讨了参考波长对偏振膜工作带宽的影响.     

摘要

本文主要阐述玻璃光学集成线路制造技术的进展.讨论了两种主要光波导制造技术,即玻璃离子交换法和硅基底沉积二氧化硅法,并介绍了玻璃光学集成器件的若干应用及光纤连接和器件封装诸问题.由于需要大量价格便宜的分束器,促进玻璃波导器件制造技术的发展.在相当长的时间已经用微光学器件或熔石英光纤耦合器生产高性能被动式光学器件.虽然现在用上