一种单模光纤双高斯耦合透镜的设计与优化

针对目前单模光纤耦合使用球面透镜存在较大像差、影响耦合效率的问题,提出了一种利用双高斯透镜作为耦合透镜消除像差、提高耦合效率的方法.双高斯透镜的特殊结构可以使得在使用球面镜时很好地消除包括球差在内的大部分像差.利用ZEMAX光学设计与仿真软件设计优化了一种用于780 nm波长、5μm模场直径单模光纤的双高斯耦合透镜,经...     

二元位相匹配衍射透镜的研究与应用

针对大数值孔径衍射透镜制作难、衍射效率低的问题，探讨了用位相匹配原理对元件结构参数优化设计的方法，研制出８台阶二元衍射位相匹配透镜列阵，达到了预期的效果。采用该方法设计的大数值孔径红外锗透镜和为光聚能器，应用在提高红外探测器性能的实验中。     

光纤耦合效率与接收光强计算研究

由于用近似方法计算出的光纤耦合效率和接收光功率与实验测量之间存在差异,有必要探讨更准确的计算方法以满足应用的需要。通过对径向变量的积分,导出了在高斯光强分布下对接收光纤端面进行面积分计算的一元积分式,从而可以快速准确地对光纤的耦合效率和接收光功率进行数值计算。对62.5/125多模光纤的耦合效率和接收光功率进行的数值计算和实验测量说明,光纤的耦合效率只有用准确的数值计算才能给出与实际相符合的计算结果。使用芯径较大的接收光纤测量出射光束的近场光强分布时,光纤接收光强分布较光束的光强分布有较大的展宽,其相对误差甚至可达60%。     

平面镜半导体光束整形的设计优化与光纤耦合

本文在光纤耦合理论分析的基础上,采用平面镜反射整形方法对半导体准直光束进行重排,提出了应用于半导体光束整形的整形器结构表达式.针对慢轴发散角较大引起整形次数增加和多次反射易损耗的特点,分析并优化平面镜的结构参数,设计了整形次数为13次的平面整形器,使得半导体激光器快、慢轴方向的光束实现光参数积均衡.通过对整个光学系统的模拟和实验,表明采用该方法能够实现条阵半导体激光耦合进入芯径200μm、数值孔径为0.22的光纤中,耦合效率接近50%.     

平顶多高斯光束通过球差透镜的聚焦特性

利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式,研究了平顶多高斯光束通过球差透镜的聚焦特性。推导出轴上光强分布的表达式,并对轴上光强进行大量的数值计算及分析。研究结果表明,当平顶多高斯光束的阶数N一定时,透镜的球差将在很大程度上影响光束的聚焦特性;当透镜的球差一定时,N值的改变将影响轴上最佳聚焦点的位置;当无球差时,轴上最佳聚焦点并不在几何焦点处,轴上最佳聚焦点位置随着N值增加向几何焦点靠近,例如当阶数N由0增大为1时,则归一化最佳聚焦点由0.91增大到0.98。     

光纤耦合问题的研究及球形端面光纤的应用

介绍了光源与光纤耦合的几种方法以及球形光纤的制作方法，采用射线理论分析了圆球形端面多模光纤的端面效应，给出了半导体激光器（LD）与圆球形端面光纤耦合的应用实例。实验结果表明该方法结构简单、调整方便，有实际应用的潜力。     

余弦-高斯光束通过光阑-透镜分离系统的焦移

利用Collins公式,研究了余弦-高斯光束通过光阑-透镜分离系统时的轴上光强分布和聚焦特性。研究表明轴上光强分布和相对焦移是光学系统参数、光束参数 、菲涅尔数和光阑尺寸的函数。通过选择适当的光学系统和光束参数,焦移现象消失或反转。     

半导体激光与高双折射光纤基模的耦合

在双模干涉型光纤传感器中,为了消涂光纤引导段的敏感效应,需要选择性地激发光纤的基模,本文对半导体激光器(简称LD)与光纤基模的耦合进行了理论上的分析。在高斯分布漠场假设的基础上,给出了激光束腰半径和光纤基模模场半径的表达式,以及利用透镜进行两模式匹配的具体光学计算公式。据此进行的LD与高双折射光纤偏振模(基模的一个偏振分量)的耦合实验得到了28％ 耦合效率。文章最后讨论了半导体激光器的椭圆性和固有象散以及光反射对耦合造成的影响。     

用于光纤多普勒测振的远距离光纤准直系统

为了解决光纤多普勒测振仪远距离非接触测量物体振动时,信号偏弱、过零点波形凌乱、难于解调的问题,本文提出了一种新型光纤准直系统。本系统主要采用在小型C-lens光纤准直器后端增加整形系统并借助ZEMAX软件对高斯光束进行准直并优化,通过对光纤准直系统成品进行耦合测试实验,使用C-lens准直器与光纤准直系统进行信号耦合效率的测试对比。实验结果表明：改进后的准直系统能够满足2 m的工作距离,空间返回光耦合效率最大能达到6.3%,极大地提升了多普勒信号的对比度,提高了远距离光纤多普勒测振仪对振动的测量精度。

     

高斯光束均束器光学系统设计

为了提高激光光束的应用水平,需要将高斯光束整形为平顶光束。分析了非球面高斯光束均束器的基本原理和设计理论,选用超高斯光束函数作为平顶光束的数学-物理模型,建立了入射高斯光束与出射平顶光束之间的映射关系式,给出了高阶非球面的面型参数,利用光学设计软件ZEMAX设计了高斯光束均束器光学系统。系统入射光束直径为2 mm,出射光束直径为4 mm,激光波长为1064 nm。分析了能量转换效率,根据Bessel公式定义了平顶光束的平顶度。设计结果实现了激光束的2倍准直扩束、95.98%的能量转换效率和96.6%的平顶度。     

扩束光纤与宽波导光栅的光耦合特性

为了研究光纤与宽波导光栅的有效耦合,基于高斯光束与波导光栅的光耦合理论,以30μm宽波导光栅为研究对象,利用矩阵光学和高斯光束理论分析和设计了一种扩束光纤,并通过分析其耦合损耗,建立了扩束光纤与波导光栅耦合模型.优化所设计扩束光纤的结构参数后,得到束腰半径为10.8μm的输出光束.最后分析了扩束光纤的结构容差,并讨论了所设计扩束光纤的输出光束、单模光纤的输出光束以及束腰半径为16 μm的自由空间高斯光束各自在光栅表面的位置变化对光栅耦合效率的影响.可知扩束光纤输出的光束与单模光纤输出的光束相比具有较大的位置容差,与束腰半径为16 μm的自由空间高斯光束相比,光耦合效率基本相同.     

湍流下自由空间光通信的光纤耦合效率及补偿

采用光纤部件的自由空间光通信系统需要把接收到的光束耦合进单模光纤中,然而由于大气湍流的影响,使光纤耦合效率下降.本文把基于大气湍流参数的单模光纤耦合效率表达式推广到斜程传输情景,仿真了耦合效率与湍流强度及传输距离和天顶角之间的关系.为了补偿湍流效应,提高光纤耦合效率,本文提出了用一种新颖的无模型盲优化波前校正技术,用随...     

Light intensity distributions of the Gaussian laser beam through an aperture team

Based on the propagating theory of the laser beam, the propagating characteristics of the Gaussian beam through an aperture team that comprises two apertures and a convergent lens, are studied. The approximate expressions for the field distribution are derived by the diffracted integral equation in detail under the condition of approximations. In comparison with the approximate expression and the precise expression, we know that there are the approximate same results for the two expressions if the radius of the second aperture is not too large. The numerical examples are given to confirm the correctness of our calculated results.     

反射式横向位移光纤传感器特性

在实验测量的基础上形成了一种在高斯光束几何反射模型下的一维数值计算方法,可以在计算机上对反射式横向位移光纤传感器的特性进行计算分析,为该传感器的优化设计提供了一个必要工具.对用62.5/125多模光纤组成的并列反射式横向位移光纤传感器的计算分析结果表明:接收光纤端面处的反射光斑半径在180 μm附近时有最大的接收光强和最佳信噪比;反射光斑半径在180 μm～600 μm时接收光强对反射条边缘的横向位移或横向振动的动态范围、线性关系和信噪比都较佳;接收光强对反射条横向位移的分布宽度主要取决于反射条的宽度和接收光纤的芯径.     

环形孔径高斯光束的远场特性

讨论环形孔径高斯光束的远场光斑能量分布，并给出拟合表达式。首先推导光束没有抖动时远场光斑的光能分布表达式，然后研究各种不同中心遮拦和不同光束截断比，在有以及没有激光束抖动的情况下，对高斯光束的远场环围能量分布变化的影响。     

光学元件离子束修形去除效率分析

离子束修形(IBF)技术成为光学零件获得超高面形必不可少的加工工艺.修形过程中采用光阑获取小的束径、稳定的去除函数是获得超高面形精度的前提.不同材料和工艺参数等不同条件下获得的去除函数都不相同,每次修形前都要重新测量去除函数.研究了不同入射能下、不同靶距下以及有无光阑时去除函数的变化.发现在离子光学系统几何参数一定的条件下,离子束去除函数的效率变化与入射能量、离子体浓度引起的离子鞘形状、束散角、温度、靶距、净加速电压与总加速电压之比的变化等因素都有关.当增大入射能量时,去除效率随之增加,但当入射能量大于一定值后就会出现随着入射能量增加而去除效率降低的"拐点"现象.有无光阑只改变去除效率的大小而不会改变"拐点"现象.因此不选用入射能量增大而去除效率减小的"拐点"之后的入射能量修形.     

焦区附近球形粒子对高斯光束的弹性散射

本文应用复源球面波理论,将高斯光束场按矢量球波函数展开,对高斯光束入射到单个球形粒子上时的弹性散射问题进行了理论分折。并对球形粒子在波束传播轴上时的远场散射光强角分布进行了数值计算,同时还与平面波散射的结果进行了比较。     

Propagation of four-petal Gaussian beams in apertured fractional Fourier transforming systems

Based on the Collins diffraction integral formula and the fact that a hard-edged-aperture function can be expanded into a finite sum of complex Gaussian functions, the propagation of a four-petal Gaussian beam passing through an apertured fractional Fourier transform (FRFT) optical system has been studied in detail. Some typical numerical examples are given to illustrate the properties of the four-petal Gaussian beam in the FRFT plane. The results indicate that the intensity distributions of the beam in the FRFT plane are closely related to not only the fractional order but also the beam parameters and the aperture parameters.     

测量高斯光分布半宽度的光电共轭方法

测量光电信号与参考光电信号来自同一光电器件,形成一对共轭函数。调整参考光电信号 放大器的正电源电平,使之等于测量信号的峰值,此时两函数共轭交点之间的距离即对应于光束的半宽。测量过程中,被测光束能量的缓慢变化并不对结果造成影响,因此稳定性较好,实验重复精度至±2mm。