压力作用于LiNbO3脊形波导的模场分析

为了实现基于光弹效应的光波导压力和加速度传感器,需要了解光弹波导中的模场变化。根据晶体的光弹效应理论,分析了在压力作用下M-Z结构LiNbO_3脊形波导中折射率的改变,采用三维FD-BPM法对光弹波导中的导模场进行仿真,并运用光波导的电磁理论对仿真结果进行分析。由仿真及分析结果得出:在压力的作用下,波导的折射率增加,波导中导模光场增大,并且波导对光波能量的约束作用增强。     

玻璃基硅光波导的研制

采用硅-玻璃键合和选择性腐蚀技术研制出了玻璃上硅(SOG)光波导材料。所研制出的光波导材料表面质量主要取决于所用绝缘体上硅(SO I)材料。当所用SO I材料为基于SIMOX技术的材料时,表面RM S粗糙度为3nm左右,自相关长度为100nm左右。采用SOG材料所制作出的脊型光波导的传输损耗与相应的SO I材料上制作出的光波导相当。这种光波导材料既具有SO I材料的众多优点,还可以在器件制作中同时实施硅的下界面处理,同时它采用玻璃作为波导的下限制层,得到较厚的下限制层。     

高偏振消光比铌酸锂波导调制器光路设计

设计了一种新的光路结构,用于提高LiNbO_3波导相位调制器的偏振消光比。光路特点是,在质子交换波导3dB功分器的输入端同基构造了Ti-LiNbO_3波导模式分离定向耦合的结构以实现TE导模与TM模分离,Y分支波导位置下沉以避免前向TM辐射模的窜扰。效果表现为,与保偏光纤端耦合寄生的TM辐射模得到了有效抑制,寄生的TM导模被定向疏散。1 550nm波长的BPM仿真运行表明,设计光路的偏振消光比达到87dB以上。     

太赫兹波段的taper型多模干涉耦合器

随着通信技术的飞速发展,传统微电子行业出现瓶颈,人们更多地寄希望于集成光路来实现新的突破。硅基光子学因其自身材料以及制造工艺等方面的优点而备受关注。其中,硅基耦合器作为重要的硅基无源器件,是实现光的片上合束和分束的关键。多模干涉（multimode interference, MMI）耦合器具有损耗低,工艺容差性大且带宽较大等优点,是一种常用的集成光学器件。从MMI耦合器的自映像成像原理出发,利用导模传输分析法（guide-mode propagation analysis, G-MPA）对MMI中的模场分布情况进行分析,成功设计出基于470 μm高阻硅晶圆的太赫兹波段的taper型多模干涉耦合器。通过时域有限差分法（finite difference time domain method, FDTD）仿真优化其参数,实现了93.8%的耦合效率。     

空气孔硅光子晶体偏振无关3 dB分光器

提出并成功设计了基于自准直马赫-曾德尔干涉仪(SMZI)的空气孔硅光子晶体偏振无关3dB分光器。介绍了采用偏振透射谱匹配的方法,SMZI可以实现偏振无关分束的基础理论。通过连续改变SMZI两臂的光程差,基于匹配两个偏振的透射谱,成功实现了在归一化频率下将TE偏振和TM偏振的入射自准直光束进行1∶1分光。最后,利用时域有限差分数值模拟软件计算出来的TE偏振瞬时磁场分布图和TM偏振瞬时电场分布图验证了自准直光束的分光情况。结果显示:如果将工作波长定在1 550nm,该偏振无关3dB分光器大小仅为16.7μm×16.7μm。由于具有尺寸微小、结构简单并使用单一硅材料等特性,该分光器有望应用于集成光路中。     

光纤迈克尔逊干涉仪的理论与应用分析

介绍了光纤传感器,特别是干涉式光纤传感技术的优点。给出了光纤Michelson干涉仪系统的结构。重点给出了光纤Michelson干涉仪系统中信号光与参考光干涉原理以及影响干涉光强因素的理论分析。详细阐述了单模光纤偏振控制器结构、工作原理以及其对光纤Michelson干涉仪系统传感臂偏振态的控制。最后,给出了光纤Michelson干涉仪系统的应用分析。     

压力作用于LiNbO脊形波导的模场分析

为了实现基于光弹效应的光波导压力和加速度传感器,需要了解光弹波导中的模场变化。根据晶体的光弹效应理论,分析了在压力作用下M—Z结构LiNbO3脊形波导中折射率的改变,采用三维FD-BPM法对光弹波导中的导模场进行仿真,并运用光波导的电磁理论对仿真结果进行分析。由仿真及分析结果得出：在压力的作用下,波导的折射率增加,波导中导模光场增大,并且波导对光波能量的约束作用增强。     

三分量光波导加速度传感器数字信号处理系统

为进一步提高三维地震勘探技术,设计以DSP芯片为基础的集成光波导地震波加速度传感器的数字信号处理系统,对调制后的干涉光信号进行分析处理,并对传感系统进行反馈调节。实验结果显示,测试系统的输出信号跟随输入信号,实现载波信号的解调输出,满足加速度传感器对信号处理的要求。     

级联Y分支光波导的优化设计

设计了一种适于级联的Y分支结构。因光输入场不对称产生高阶模,且光输入区的畸变而产生的辐射场与导模之间容易发生干涉,这些因素导致Y分支输出不均匀。在输入波导后添加一段起模式过滤作用的窄波导结构,可以在对器件长度及损耗影响很小的情况下,有效滤除高阶模,减小干涉效应,改善器件输出的均匀性。使用该结构设计并优化的1×4分束器,在输入光波长为1.3μm、1.55μm时,器件均匀性可以分别达到0.0191dB和0.0214dB。     

波导式偏振调制测距系统

为消除体相位调制器工作过程中热效应对偏振调制测距精度的影响,提出了利用波导式相位调制器替代体相位调制器的全光纤波导式偏振调制测距方法.对波导式偏振调制测距系统进行原理分析,利用琼斯矩阵得出传输过程中测量光偏振态的变化规律,建立调制信号频率、偏振光强度与被测距离的函数关系.然后,进行了直波导相位调制器特性测试,验证其半波...     

A fibre-optic 3-D microscope with high depth sensitivity

A new fibre-optic microscope with high depth resolution is proposed and experimentally realized. In this microscope, a pair of monomode optical fibre couplers are used to form a six-port all-fibre Michelson interferometer. A lock-in amplifier is used to improve the depth sensitivity and to simplify the optical and electronic circuits. The phase sensing signal is applied to a mirror at one arm of the interferometer. The optimum resolution was about 0?4 nm. The transverse resolution of this microscope is determined by the core diameter of the monomode fibre (9 μm). This 3-D microscope is quite stable to ambient mechanical disturbances, and can be applied to the 3-D microscopy of various biological objects.     

Shape measurements of mirror surfaces with a lateral-shearing interferometer during machine running

A common path lateral-shearing interferometer with a minimum number of optical components has been developed. Because the interferometer is little affected by mechanical vibrations and air turbulence, it can be mounted on an ultraprecision lathe and can be used to measure the shapes of workpieces. A plane parallel glass plate is used to shear the wavefront under test in the interferometer. To analyze the interference fringes obtained by the interferometer precisely, a fringe-scanning method using a slight tilt of the glass plate is used. Zone plates that are computer-generated holograms are used to measure spherical and aspherical surfaces with the interferometer. A spherical and a parabolic concave mirror were measured with the interferometer. The spherical mirror was also measured by a Fizeau interferometer to compare the error with that measured by the lateral-shearing interferometer. The experimental results agreed well with those measured by the lateral-shearing interferometer.     

Design and application of fiber Bragg grating (FBG) geophone for higher sensitivity and wider frequency range

The fiber Bragg grating geophone sensor with higher sensitivity and wider frequency range was reported. The methods to increase the sensitivity of the FBG cantilever sensor were presented. The acceleration sensitivity of the optimized FBG geophone is 220 pm/g, and the resonant frequency can reach to 295 Hz. The experiments show that the FBG geophone system has the minimum detectable acceleration of 1 mm/s². Some factual application examples of using this fiber Bragg grating geophone monitoring system for micro seismic monitoring in coal mine were presented.     

Anti-oxidant mechanism of TiAlN/SiN decorative films on borosilicate glass by magnetron sputtering

The black TiAlN decorative film was prepared on the borosilicate glass by the magnetron sputtering in equipment with multiple vacuum chambers. The transparent SiN protective layer was deposited on the surface of the TiAlN film to keep the black color invariant at the high temperature. The structure of the TiAlN/SiN film was characterized by scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD), and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM). The coating adhesion was measured by scratch tester. The TiAlN film has a columnar crystal structure with a thickness of 200 nm, and the top SiN layer is amorphous with a thickness of 100 nm. The coated borosilicate glass with the TiAlN/SiN films still retains the black color after oxidation at 600 °C in atmosphere. While the oxidation temperature elevates to 700 °C, the color of the TiAlN/SiN films begins to change. The top SiN layer plays a role as the barrier against oxygen diffusion into the inner TiAlN layer. The thin self-formed aluminum oxide layer was generated on the surface of the SiN layer and it contributes to the improvement of anti-oxidant property of the inner TiAlN layer. However, the thick self-formed aluminum oxide layer leads to the color change of the black TiAlN film. The thermal oxidation benefits the improvement of the adhesion for the TiAlN/SiN films with glass substrate.     

X射线聚焦望远镜镜片黏接装配的数值模拟和分析

对采用圆锥嵌套Wolter-I型结构的X射线聚焦望远镜在装配过程中产生的面形偏差进行了模拟和分析。首先,利用ANSYS有限元软件建立二维模型。然后,以实际装配步骤和夹具为加载和边界条件,通过分析不同半径镜片的装配过程,得到了面形偏差与三根压条的载荷关系曲线,由此优选出了不同半径镜片对应的最佳装配载荷。分析显示:除对应的最大面形偏差外,优选出的装配载荷均可控制在0.1μm以内,满足装配精度要求,而且对应装配载荷下玻璃镜片的最大Mises应力也均小于玻璃的强度极限,不会在装配过程中失效。此外,建立了三维分析模型并与二维简化模型分析结果进行了比较。结果显示:计算偏差主要集中在镜片的前、后两端约5mm范围内,最大偏差为2.3μm;镜片中段两种模型的计算偏差小于0.03μm,表明提出的二维简化模型可以用于玻璃镜片装配的快速面形偏差分析和载荷确定。文中对镜片装配过程的分析可为提高装配精度提供理论依据。     

用空间载频法测量玻璃平板的厚度均匀性

设计了一种基于迈克耳逊干涉光路的相位测量系统,将单臂作为检测端完成了对玻璃平板厚度均匀性的直接测量和分析。该系统由CCD采集干涉图样,利用傅里叶变换条纹分析术和相位解包裹技术提取干涉图中所包含的待测相位信息;对于傅里叶变换法中频谱旁瓣中心无法准确定位的问题,采用三角变换法去载频,从而不需要准确地得知频谱旁瓣的中心位置就可以计算出相位结果,消除了人为估算和垂轴方向上的微小载频分量给测量结果带来的误差。实验测量了多块玻璃平板的厚度均匀性。测量结果显示：使用像元大小为4.65 μm×4.65 μm的CCD相机,测量玻璃平板两表面在长度方向和宽度方向上的厚度均匀性的理论精度分别达到0.93%和0.92%,表明本系统基本满足玻璃平板厚度均匀性测量的要求,且对干涉图频谱旁瓣的定位精度和载频的方向精度要求较低。     

UV-LIGA技术制作微型螺旋形加速度开关

微型加速度开关是用于空间飞行体中感受加速度并完成致动的重要惯性器件。本文采用UV-LIGA技术,结合SU-8厚胶工艺、微电铸工艺以及牺牲层技术,制作了微型螺旋形加速度开关。研究了牺牲层工艺、SU-8光刻技术以及螺旋形弹簧形变控制等微细加工的工艺细节;分析了多种牺牲层材料的特性,优选了与工艺相适应的Zn牺牲层体系,解决了微结构易脱落的工艺问题。通过优化微电铸工艺来减小金属膜层的内应力,优化牺牲层释放工艺来避免腐蚀过程对弹簧膜结构的冲击。实验结果表明,通过工艺优化可得到平整的微型螺旋形弹簧—质量块结构,螺旋弹簧厚度为20μm,质量块厚度达200μm,本文的工作可为大批量、低成本地研制微型加速度开关提供工艺基础。     

改进的迈克尔逊干涉仪测量薄膜厚度

为了测量未知折射率或不透明薄膜的厚度,借助力传感器对传统迈克尔逊干涉仪加以改进,并运用等倾干涉的原理结合抵消法设计了测量装置。薄膜被等厚的空气层所代替,通过间接测量,避开了机械螺旋空程差造成的影响,使用力传感器有效减小了挤压形变引起的误差。该装置测量范围为0.3μm～1.5mm,分辨力为0.3μm。实测数据表明,该装置具有良好的重复性和准确性。     

自适应微反射镜阵列制作与性能测试

为了改善微反射镜存在的驱动电压高、驱动力小的缺点,基于双金属效应,制得可调焦微光学自适应阵列。以硅为基底,先后经过热氧化、光刻显影、HF酸刻蚀、KOH湿法刻蚀,溅射铝膜等微加工工艺,制得的4×4阵列,基底厚50μm,硅表面铝膜厚100nm。利用激光数字波面干涉仪对可调焦微反射镜的动态性能进行了测试。实验表明,在0~11V电压范围内,可产生最大7.91μm的连续变形。     

An infrared interferometer for investigating subthermonuclear plasma in the GOL-3 multimirror trap

A simple Michelson CO₂ interferometer for measuring the high-temperature plasma density within one interference fringe (n _e l = 10¹⁶ cm^?2) at two points (0.8 and 9.0 m) of the long (L = 12 m) GOL-3 corrugated trap was used. A piezoelectric element that provides displacements of the mirror in the reference arm of the interferometer is used to calibrate the interferometer and perform remote control of the initial measurement phase. The interferometer is manufactured from dielectric materials, thus excluding a mechanical action of stray magnetic fields on its elements. The time resolution of the interferometer is determined by a HgCdTe diode and equals ??1 ns. The sensitivity of the interferometer is ??5 × 10^?4 of a fringe (n _e l = 2 × 10¹³ cm^?2).