四端口微纳光纤制作及特性研究

针对通过双光纤直接拉伸法获得的腰区直径达到波长甚至亚波长尺度的微纳光纤耦合器(OMC)进行了制作与实验研究;实验结果显示,当OMC的腰区直径小于2.5μm,其腰区耦合功能将消失,OMC将成为具有合束和分束功能的四端口微纳光纤(FPOM);通过在线监测样品拉制过程、工作稳定性测试、波长扫描等实验方法,分析并界定了OMC和FPOM的光学特性差异;采用基于光吸收制热效应的全光调制方法,分别对OMC和FPOM的光调制能力进行测试分析;FPOM具备稳定的光学传输特性,其分束比对波长、温度、传输光功率波动等物理参量不敏感,可用于微纳光子器件的集成;而经过结构优化设计的OMC不但可以用于温度、振动等传感研究,还具备作为全光调制器的潜力。     

用非线性光纤连接的长周期光栅对的光开关特性

提出用一根掺铒光纤连接两个对称的长周期光纤光栅(EDF-LPFG)对构成的新型全光开关.数值模拟了在交叉相位调制下对应于不同抽运功率的信号光的透射谱;还研究了在不同光栅的有效折射率调制幅度和光纤吸收系数下,信号光透射率随抽运光功率的变化.导出了器件的阈值开关功率公式.EDF-LPFG对光开关的阈值开关功率比单LPFG光开关的开关功率降低了5个数量级,不到25 mW.     

基于双向二级喇曼抽运的偏振控制研究

为了发展具有实用价值的受激喇曼全光偏振控制方法,根据光纤中受激喇曼散射矢量理论和光纤随机双折射效应设计了基于双向二级喇曼抽运的全光偏振控制方案,构建了偏振吸引理论模型,采用严格数值迭代算法对该偏振控制方案进行了仿真分析,并完成了偏振控制方案最佳工作性能的优化设计。结果表明,当信号光波长为1550nm、功率为0.1mW、一级抽运光和二级抽运光的功率分别为1W和4W、其偏振态都为（0,1,0）、光纤长度为3km时,信号光偏振度可达0.85以上,且信号光强度波动低于35%。该方案有效降低了作用光波功率、减弱了信号光输出强度噪声,并提高了信号光输出偏振度。     

线-圆双偏振态光束抽运有机聚合物全光开关

为了有效降低偶氮苯聚合物薄膜全光开关信号的本底,提高全光开关信号的调制深度,利用线偏振光合成圆偏振光的原理,设计了一种新的线-圆双偏振态光束抽运光路。实验用532 nm光作为抽运光,632.8 nm的He-Ne激光作为探测光。532 nm的光先分为功率相等但偏振正交、相位差为π/2奇数倍的两束线偏振光,然后再合成一束抽运光。通过调制其中的一束来实现线偏振与圆偏振抽运光之间的转换,从而实现样品光致双折射的产生与擦除。以掺杂分散红1(DR1)的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜(PMMA)为样品进行实验。结果表明,用此光路,样品全光开关信号的调制深度达到92%,远远高于传统的单一线偏振光束抽运光路的实验结果。     

光纤无线通信系统中用高非线性光纤实现全光频率上转换

研究了一种基于高非线件光纤(HNLF)中交叉相位调制效应的全光频率上转换射频耦合到光纤无线通信(ROF)系统.数值计算结果表明,由于交叉相化调制引起的调制不稳定性.波长1.54μm,重复频率为40 GHz的抽运光可使波长为1.56μm,载有速率为2.5 Gbit/s的非归零码作为下行链路数据的弱信号光光波分裂,产生与载波距离为40 GHz且与载波相干的两个一阶调制边带,抽运光脉宽、抽运光功率和光纤长度对载波与边带功率差有较大影响.仿真实验结果证实了以上原理,速率为2.5 Gbit/s的数据信号在高非线性光纤中被上转换到40 GHz毫米波上.信号光功牢为0 dBm时,得到的优化光纤长度为600 m,抽运光功率为17 dBm.     

基于碲化铋纳米片的全光可控调Q光纤激光器

通过光学自组装方法制备了碲化铋可饱和吸收器件,并获得了该器件的非线性光学响应特性。将可饱和吸收体引入掺铒光纤激光器中,在抽运功率为170mW时,获得中心波长为1564.94nm,脉冲宽度为2.91μs的激光输出。通过外加连续光对非线性吸收器件进行调制,实现了脉冲持续时间和重复频率可调控的调Q光纤激光输出。     

超快速低功率有机光子晶体全光开关

全光开关是一种重要的光子器件,在光计算、光互联和超快速信息处理等领域都具有非常重要的应用前景.光予晶体具有独特的光子带隙特性,能够有效地控制光子的传输状态,因而成为制备集成光子器件的重要基础.光子晶体全光开关的三个重要指标分别是:超快速时间响应、低抽运功率和高开关效率.由于通常的非线性光学材料,如半导体材料,其三阶非线性光学系数相对较小,这就使得光子晶体全光开关的抽运功率在GW/cm2的量级.如此高的抽运功率严重制约了光子晶体全光开关的实际应用.     

拉曼增益对回音壁模式光学微腔的全光调制

基于光通信系统对于全光调制和全光开关等的需求,从理论上和实验上研究了拉曼增益对回音壁模式光学微腔系统共振模式的全光调制。理论分析表明,拉曼增益能够补偿回音壁模式光学微腔系统的损耗,进而改变微腔系统的耦合机制,在不对微腔系统做任何机械性移动的前提下实现对系统共振透射率的连续调制。实验中采用光纤锥耦合的二氧化硅微芯圆环腔,利用560W的低功率泵浦光引发的拉曼散射,波长为1 545.7 nm的信号光实现了13.5 dB的调制度,使得系统的耦合机制由欠耦合转化为临界耦合。     

基于微纳光纤全光相位调制器的PGC解调系统

基于光源内调制法的相位生成载波(PGC)解调系统中存在因干涉仪臂差及光源快速调谐引入环境相位噪声和光源相位噪声等问题,为此,建立了基于微纳光纤全光相位调制器的新型PGC解调系统。为满足PGC解调技术应用要求,设计了基于光吸收致热效应的微纳光纤全光相位调制器,调制带宽可达10kHz以上。在此基础上,构建了光纤水听器PGC解调系统,并进行了模拟水声信号的测试解调研究。实验结果显示,该系统可以对3kHz以下水声信号的进行良好解调。     

基于非线性色散光纤的全光波长变换

理论推导了基于光纤中四波混频效应的全光波长变换效率公式,利用OptiSystem成功模拟出了基于非线性色散光纤的全光波长变换.通过调整抽运光与信号光的频率差、抽运光功率、光纤衰减系数、光纤的有效面积等参量,获得了变换效率为15.4dB的变换光.     

高效率纤芯同带抽运铒镱共掺光纤放大器

搭建了输出1535nm激光的铒镱共掺光纤放大器,通过注入1064nm信号光以抑制Yb离子波段处的放大自发辐射光,放大后的1535nm最大功率为3.2W。然后利用1535nm激光进行了1570nm种子光纤芯同带抽运铒镱共掺光纤放大实验,研究了在不同功率的抽运光时放大器的输出功率和光谱。当种子光功率为80mW,铒镱共掺光纤长度为5m,1535nm抽运光为2.1W时,放大器最大输出功率为1.22W,斜率效率为58.4%。同时进行了常规的976nm包层抽运1570nm种子光的对比实验。基于同一种子光和相同长度的增益光纤,常规抽运方式的斜率效率为23.7%。实验结果证明了同带抽运方式具有更高的转换效率。     

低功率抽运光纤参量振荡器的时钟提取抖动性能

采用两次光调制技术将非归零(NRZ)码数据转换成归零(RZ)码光信号后,利用光纤参量振荡器(FOPO)结构实现了较低光功率抽运下的参量波长转换和时钟提取功能。实验表明,对于波长转换间隔为1.6nm的10Gbit/s时钟提取,优化的输入抽运光功率范围是8～14dBm;当输入信号的幅度抖动和相位抖动分别大于2.28mV和3.5ps时,该时钟提取系统可实现抖动抑制功能,其输入/输出抖动转移曲线斜率约为0.29和0.16。     

基于硫系光纤交叉相位调制的波长转换研究

全光波长转换器(AOWC)是全光通信网络的关 键器件,它是实现光波长路由的必要手段。本文提出了一种 基于硫系光纤交叉相位调制的波长转换方案。将信号光和探测光同时输入普通硫系光纤产生 XPM,然后用光带通滤波器(BPF) 滤得转换光的单个边带,从而实现相位-强度转换,还原出数字信号。本文详细分析了系统 的工作原理,并通过仿真,验证了 方案的可行性。该方案只需1m长度的光纤就能产生显著的XPM,对输入光信号峰值功率的要 求低,信号光可由40 Gb/s的归 零码数字信号驱动MZM调制获得,而不需要特殊的高功率超短脉冲激光。波长在1550 nm处的转换光信号眼图性能良好, 与原始信号相比,只有大约1dB的功率代价。该系统的波长转换的距离可达25 nm。该方案实现简单,不需要因为色散对硫 系光纤做特殊处理,适合于高速光传输系统,具有极大的应用前景。     

光纤放大器侧向多点抽运耦合的研究

在微棱镜侧面抽运耦合的基础上提出利用缠绕光纤的方法，将光纤进行并排缠绕到一跑道型的物体上，利用微棱镜将抽运光进行侧面多处抽运耦合进入光纤，利用粒子数速率方程和信号光及抽运光的传输方程进行了相关的数值模拟，分别讨论了在端面抽运和侧面抽运两种方式下，各处抽运功率相同和总抽运功率相同时增益随光纤长度变化的情况，发现多点耦合的确能够有效地提高信号光的增益。讨论了弯曲损耗和过剩抽运光对信号光增益的影响，结果表明光纤的弯曲半径不要太小以致于产生太多的损耗从而导致增益降低，而剩余的抽运光可忽略不计。这种方法不仅为微棱镜的制造和实验操作带来了方便，而且有效地提高了光纤放大器信号光的输出增益。     

MoS2/WSe2-PVA薄膜热光全光调制器(特邀)

全光调制器在全光信号处理和通信等全光应用中起着重要的作用。主要研究了基于MoS2-PVA薄膜实现的全光调制器。此外,也验证了WSe2-PVA薄膜也可实现全光调制。该器件利用热光效应,结合偏振干涉实现了全光调制,得到了长时间稳定输出的调制信号。将980 nm的脉冲信号作为控制光,MoS2或WSe2吸收光产生热量,使薄膜的折射率发生改变,从而改变1 550 nm信号光的偏振态,实现980 nm控制光对1 550 nm光的调制。得到的MoS2-PVA薄膜全光调制器的上升沿时间为526 s。     

基于微纳光纤环的多波长锁模光纤激光器

提出了一种基于微纳光纤环的多波长锁模光纤激光器,该光纤激光器由"8"字形激光腔和微纳光纤环两个部分构成。光纤激光器锁模机制是基于非线性放大环形镜的等效可饱和吸收作用,并在单向激光腔一侧加入微纳光纤环,该环是由单模光纤火焰拉锥后扭曲制成的。由于不同波长的光在通过微纳光纤环扭曲区域时会产生相位差,从而导致了多波长锁模现象。实验中,通过增加抽运功率和调节偏振控制器获得双波长的锁模脉冲。该多波长锁模光纤激光器具有全光纤结构,在光传感、光学测量、微波光子学、光信号处理、太赫兹波产生和波分复用光传输系统等领域都有着非常重要的应用。     

正弦型相柑位调制对闲频光展宽抑制的研究

理论分析了双抽运光纤光参量放大POPA系统中抽运光相位调制对闲频光光谱展宽的影响,提出可以采用多个耦合的低频正弦信号对两路抽运光进行反相相位调制,在提高受激布里渊散射(SBS)阈值的同时抑制闲频光光谱的展宽。通过采用300MHz与900MHz的耦合信号作为调制信号,实验演示了该方案的可行性,得到无展宽的闲频光。比较了传统PRBS信号作为调制信号的方案,发现采用正弦调制信号对系统器件的性能有更好的容忍度。     

全光纤锁模腔结构的全光时钟提取实验研究

分析并实验验证了一种全光纤锁模激光器结构的全光时钟提取方案。方案中,采用高非线性光纤(HNLF)替代传统结构中的半导体光放大器(SOA),利用光纤中的交叉相位调制(XPM)效应实现腔内的非线性调制,避免了以SOA作为非线性光调制器件的锁模激光器全光时钟提取方案中,由于载流子恢复时间较长从而限制工作速率的缺点,以达到突破"电子瓶颈"的目的。理论分析了光纤中交叉相位调制的特性以及环形锁模腔的时钟提取原理,并通过实验,从40Gbit/s的光归零码(RZ)信号中提取出了高质量的光信号时钟。该方案可以直接在更高速率条件下工作。     

高功率侧面抽运耦合器及其应用研究

抽运耦合器是高功率光纤激光器的关键无源光器件,可以将多路抽运光高效率地耦合进双包层光纤中,从而为光纤激光器提供所需的抽运功率,所以抽运耦合器是研制高功率光纤激光器首先要解决的问题。采用氢氧焰熔接方法,研制了一种高功率侧面抽运耦合器,在最大抽运功率为100 W时,耦合效率94%,信号光插入损耗0.15 d B,附加损耗0.2 d B,主光纤分光比99%,方向性22.5 d B。利用该耦合器搭建了百瓦级光纤激光器,当总抽运功率为185 W时,在1080 nm处获得的激光输出为103 W,光-光转换效率为56%。该高功率侧面抽运耦合器可用于输出功率为百瓦级和千瓦级的高功率光纤激光器。     

基于MOPA结构的1064nm单频光纤激光器

为了抑制受激布里渊散射效应, 提高单频窄线宽种子源的放大功率, 采用主振荡功率放大器结构, 并对光纤长度、纤芯直径和抽运参量进行优化, 实现了42W的1064nm信号光输出。实验中, 一级放大采用914nm半导体激光器作为抽运源, 增益光纤芯径10μm, 长度8m;二级放大采用976nm半导体激光器作为抽运源, 增益光纤芯径20μm, 长度2.4m。在种子光功率40mW、一级放大的抽运功率6.8W、二级放大的抽运功率85W时, 得到了42W的1064nm信号光输出。结果表明, 光光转换效率约49.4%, 偏振消光比27.5dB; 输出信号光中心波长1064.5nm, 线宽约70MHz, 保持了种子光的单频特性。在42W连续输出时没有观察到受激布里渊散射, 继续增大抽运功率, 有望实现更高功率的放大。