基于增益光栅的单频自调Q激光器单频稳定性研究

研究发现,空间光束在增益介质中相互干涉,产生空间烧孔现象,形成增益光栅。简并的四波混频作用形成的增益光栅在谐振腔内多次振荡后,具有产生自调Q、自适应、窄化带宽和相位共轭激光输出的能力。在掠入射式结构的非互易式激光谐振腔中,采用脉冲抽运单块Nd…YVO4晶体,利用增益光栅的上述特性,分析了影响输出单频稳定性和输出能量的因素,通过优化非互易式器件消光比、增益区域大小、自交叉光夹角等条件实现了单脉冲能量为0.9mJ、脉宽为7.5ns、线宽为0.95pm的稳定的单纵模调Q输出。在本研究检索范围内,这是目前单块增益介质实现的最大能量,可为非互易式增益光栅激光器稳定的单纵模振荡的分析和优化提供参考。     

FBG椭圆边孔封装的静水压力增敏技术研究

针对光纤光栅（FBG）的静水压力增敏及压力温度交叉敏感问题,提出光纤光栅的椭圆型边孔封装结构。采用有限元方法分析了封装结构中光纤光栅的力学效应,在此基础上得到优化的椭圆封装结构,并通过实验检验了理论分析结果。研究结果表明：优化的椭圆边孔封装结构中光纤光栅的静水压力灵敏度比裸光纤光栅高了4 198倍,而温度灵敏度仅增加了3.4倍,与裸光纤光栅相比,压力温度交叉敏感降低了1 760倍。该研究结果对光纤光栅压力传感器的实用化研究有参考价值。     

用于毫米波产生的平衡输出单纵模双波长光纤激光器

报道了一种可用于生成毫米波源的单纵模双波长光纤激光器。该激光器采用保偏光纤布拉格光栅作为波长选择器件,其选出的两个波长是正交偏振态的,增强了偏振烧孔效应,有效减少了不同波长之间的竞争,得到稳定的双波长输出.利用复合腔的游标效应抑制多模振荡,实现激光器单纵模运转。双波长间隔约0.318 nm(39.8 GHz),边模抑制比(SMSR)大于50 dB.     

基于相移超结构光栅的ROF单边带调制系统

提出了一个利用相移超结构光栅构建的典型ROF单边带调制系统。改变倾斜角,光栅就会呈现不同的传播特性。将不同的相移插入光栅的不同位置就会得到不同的透射谱特性。因此该光栅可视为滤波器应用于单边带调制系统中。反射谱的负斜率特性使得低阶边带会经历更高的衰减。所以,仅仅使用一个相移超结构光栅就可以简单地实现双边带到载波单边带的转换。与此同时,还可以通过改变光栅的倾斜角优化光载波抑制比。在实验中,60 GHz的毫米波信号产生的同时光载波抑制比也由33.02 dB优化到1.31 dB,经过30 km光纤传输后的最小误码率可以达到1.966e-44,所以仅仅通过一个相移超结构光栅就可以大大提高链路性能。     

基于保偏光纤光栅的对称腔多波长掺铒光纤激光器

提出一种基于保偏光纤布拉格光栅(PMFBG)的对称腔多波长掺铒光纤激光器(EDFL).使用直接在保偏光敏光纤(PMPF)上写入的光纤布拉格光栅作为波长选择器件,利用激光谐振腔中的偏振烧孔效应(PHB),通过调整偏振控制器(PC),在室温下得到稳定的四波长激光运转.输出激光的边模抑制比(SMSR)达到50 dB,约一个半小时重复扫描时间内对应于每一波长的振幅变化差异均小于0.8 dB.     

正十边形光子晶体光纤布拉格光栅传感特性的研究

研究了正十边形对称结构光子晶体光纤布拉格光栅(PCFBG)特性,分析了不同空气孔层数以及不同占空比对布拉格光栅反射谱的影响.在此基础上,对正十边形光子晶体光纤光栅的传感特性进行了研究.研究表明:随着温度的增加,该光纤光栅的反射谱谐振波长明显向长波方向偏移;随着应力的改变,光纤光栅的反射谱谐振波长变化趋势不明显.该光栅具有对温度敏感,对应变不敏感的特点.这种空气孔排列为正十边形对称结构的光子晶体光纤光栅有望应用在光子晶体光纤光栅的传感领域中.     

窄线宽半导体激光器件

分布反馈半导体激光器的线宽一般较大，难以满足光纤传感等领域的要求。根据C.H. Henry于1982年提出的半导体激光器的线宽理论，通过适当设计DFB半导体激光器的腔长、耦合系数、微分增益、光限制因子，能有效地减小激光器的线宽。同时，空间烧孔现象也可限制DFB半导体激光器的线宽，为此需要合理设计光栅结构。在此基础上，DFB激光器的线宽能达到几十千赫兹的量级。此外，采用DBR结构或者外腔结构，也可以获得相当窄的线宽。     

MEMS交叉梳齿光栅设计和优化

采用MEMS技术设计和制造了一种由梳齿驱动器驱动的新型交叉梳齿光栅,同时优化了该光栅的驱动器结构,着重分析了优化驱动器结构对光栅机械特性和光学传感特性的影响,优化后的光栅相对于未优化时具有更大的位移、更好的光学传感特性。基于PolyMUMPs工艺制作了梳齿驱动器驱动交叉梳齿光栅,并逐步分析了该光栅的加工步骤。结合有限元分析软件,对该MEMS光栅的机械特性进行了分析。分析结果表明,在85V下,该光栅驱动器的位移为2.7μm,而实际测量的位移为2.1μm。通过对该光栅驱动器结构进行优化,得到在同等电压下优化后的光栅驱动器位移较未优化时有显著提高,在85V时,优化后的MEMS光栅驱动器的位移为4.3μm。根据傅里叶光学理论计算得到,该光栅的传感灵敏度与驱动器位移成正比,经过计算得到优化后MEMS光栅的光学传感曲线更加陡峭,具有更好的传感特性。     

提高超大光腔波导结构半导体激光器功率效率的设计考虑

对976 nm波段超大光学腔结构半导体激光器的外延和谐振腔设计进行了数值研究。在量子阱层的下方和上方设计了模式控制层,以抑制快轴高阶模的激射。通过能带结构的调控抑制了电子泄漏,调控使得电子势垒从p波导层到p包层增加。优化后的外延结构内部损耗为0.66 cm^-1,内部量子效率为0.954,远场发散角半高全宽为17.4°。对于谐振腔设计,提出了沿谐振腔线性电流分布结构,以减少空间烧孔效应,这使激光器在20 A时功率提高了1.0 W。采用超大光学腔外延结构的4 mm腔长、100 μm发光区宽度的单管芯片,在25°C连续电流注入下,21 W输出功率时达到约71%的高功率效率。     

正弦相位调制下多波长掺铒光纤激光器的研究

通过理论分析并实验验证了一种能在室温下实现稳定的掺铒光纤激光器(EDF)多波长输出的方法。通过在线形谐振腔中引入正弦相位调制器。抑制了由于掺铒光纤的均匀展宽效应引起的模式竞争，从而避免了在室温情况下不稳定的单波长激射。与此同时，线形谐振腔引起的空间烧孔效应也有利于抑制均匀展宽效应。通过取样光纤光栅(SBG)的选频作用，实验中观察到稳定的5个波长的同时激射，相邻波长间隔为0．8nm，符合ITU标准。     

一种基于FBG宽调谐的复合环形腔单纵模光纤激光器

报道了一种宽调谐单纵模光纤激光器。该光纤激光器采用环行器确保腔内激光的单向传输,可以有效消除空间烧孔效应;采用复合腔的Vernier效应选取单个纵模;利用未泵浦掺杂光纤的可饱和吸收效应,有效抑制光纤激光器的跳模现象;同时,利用自行研制的光纤光栅调谐装置,调谐激光器振荡波长。测试结果表明,该单纵模光纤激光器输出激光的线宽为0.7KHz,功率为10mW,波长调谐范围为20nm,且调谐过程中始终保持单纵模特性。     

基于萨格纳克环与光栅的双波长光纤激光器

报道一种基于保偏光纤的萨格纳克环与级联的光纤布拉格光栅的双波长掺铒光纤激光器,该激光器采用简单的线性腔结构,所用的萨格纳克环担当了梳状滤波器,光栅组构成了波长选择器件;在偏振烧孔的作用下,通过调整偏振控制器,激光器能够输出5种不同的激发模式,其中,双波长2种,单波长3种;所有的激发线具有小于0.3nm线宽,大于24dB的光学信噪比;同时,该激光器展示了较好的波长与峰值功率稳定性.     

基于衍射光栅耦合输出的一级分布反馈太赫兹量子级联激光器

对比研究了两种不同结构太赫兹波段的双金属波导一级分布反馈量子级联激光器(THz-DFB-QCL).提出并实现基于衍射光栅耦合输出的THz-DFB-QCL中,太赫兹波通过衍射光栅而非解理腔面形成出射.计算表明,优化衍射光栅的结构可实现约70%的激光输出效率和小于1%的反射率,激光发散角约为10°×50°.极低的反射率可以有效抑制反射波对腔内谐振的干扰,是获得单模激射的关键.实验上,利用衍射光栅耦合输出的激光器实现了频率约2.58 THz的稳定单模激光,边模抑制比达23 dB,光束分布与理论计算相吻合.得益于较好的衍射效率和光束准直性,相比于常规的解理腔面边发射激光器,通过衍射光栅耦合输出显著提升了激光功率.     

太赫兹二级分布反馈量子级联激光器中的模式竞争与功率特性

结合实验和理论计算研究了太赫兹二级分布反馈量子级联激光器中的模式竞争和功率特性.研究表明,激光器在整个动力学范围内均稳定地工作在横向及纵向的基模.横向基模的产生原因是脊条两侧的吸收边界有效提高了高阶横模的损耗.纵向基模的产生原因主要是谐振腔内基模与高阶纵模的电磁场分布交叠较大,并且频率接近,从而有效避免了增益在空间和频域的烧孔效应.此外,激光器的辐射效率随分布反馈光栅长度的增加而减小,导致只有在特定的光栅长度才能获得最大的输出功率.该工作有助于高性能单模太赫兹激光器及锁相激光器阵列的研制.     

1550 nm高效窄线宽光纤激光器

研制了一种采用双光纤光栅法布里-珀罗(FBG F-P)腔选模的线形腔结构窄线宽光纤激光器.激光器以高掺杂Er3 光纤为增益介质,结合非相干技术,利用全光纤型法拉第旋转器(FR)抑制空间烧孔效应,通过2个短FBG F-P腔选模,产生了稳定的1 550 nm单频激光输出.采用两端976 nm LD抽运方式,阈值抽运光功率为11 mW,在抽运光功率为145 mW时输出信号光功率为73 mW.光-光转换效率为50%,斜率效率达55%.采用延迟自外差方法精确测量光纤激光器线宽,实验中使用了10 km单模光纤延迟线,由于测量精度的限制,得到线宽小于10 kHz.研究表明,这种光纤激光器具有输出功率高、线宽窄和信噪比高的特点,可用于高精度的光纤传感器系统.     

光子晶体光纤长周期光栅的特性

将修正的矢量等效折射率模型和耦合模理论相结合,系统地研究了光子晶体光纤长周期光栅(PCFLPG)的特性.验证了光子晶体光纤长周期光栅的双谐振峰特性;定量地研究了光子晶体光纤结构参数如空气孔间距、相对孔径比和光栅参数如光栅周期、光栅长度、折射率调制深度和光栅啁啾量对光栅谐振峰强度和谐振波长的影响.研究结果为光子晶体光纤长周期光栅在光纤通信、光纤传感等方面的应用提供了理论依据.     

用光栅正负一级衍射效率之比反演光栅参数的数值模拟

用衍射光栅的正负一级的能量之比来弱化衍射光栅表面的粗燥,周期的细微畸变,介质分布不均匀等带给实际光栅与理想光栅之间的差异,弥补实际光栅单一级次信息在实验测量中在反应光栅结构参数的缺陷.文中用数值模拟的方法优化反演了几种浮雕面型光栅的结构参数,反演结果较理想,数值论证了该法的可行性.     

空间光谱仪光栅柔性支撑设计与分析

针对目前空间遥感器主支撑结构设计中难以同时保证光学元件刚度大、尺寸热稳定性好的问题,提出了一种具有柔性环节的支撑结构,有效地解决了影响基于空间环境的一种光栅光谱仪成像质量的力、热两个关键环境约束之间的矛盾。根据光学设计指标要求确定了光栅基板的结构形式,通过理论计算对柔性支撑的尺寸参数进行了灵敏性分析,得到了各尺寸对转角刚度的影响权重。通过优化柔性支撑件尺寸参数使光栅组件性能达到最优,利用有限元分析（FEA）软件对光栅组件在力、热耦合作用下的面形精度和动态刚度进行了仿真分析。结果表明,光栅及其支撑结构设计合理,满足空间应用要求,为柔性支撑的深入研究和应用提供了参考。     

抑制零级串扰的光栅横向剪切干涉测量

为降低传统光栅横向剪切干涉仪中双方孔空间滤波器带来的加工和装调难度,设计了一种基于9步式零级相位误差标定的光栅横向剪切干涉测量方法,只需采用可变空间滤波器即可抑制零级串扰对相移相位复原的影响。针对数值孔径为0.125的投影光刻物镜,完成了参数设计和原理验证系统的搭建。通过剪切相位复原和波前重构,实现了该物镜的波像差检测。结果表明:其波像差小于20.32nm。最后对该光栅横向剪切干涉仪进行重复精度实验,其重复精度的方均根值为0.1303nm,系统性能良好。     

玻璃变晶体的技术:偏振分束深刻蚀石英光栅

通过引入深刻蚀光栅结构,普通的石英玻璃可以表现出类似双折射晶体的偏振分光性能.这种深刻蚀光栅是一种亚波长光栅结构,仅存在两个衍射级次,通过光栅表面刻蚀深度的优化控制,实现不同偏振方向的光出射到不同衍射级次上,实现了偏振分光的功能.