974nm半导体激光器的光纤耦合研究

根据半导体激光器和单模光纤模场分布特点,用模式耦合理论研究了单模光纤与半导体激光器的耦合,结果表明将光纤端面制作成楔形微透镜可以使光纤与半导体激光器的耦合满足模场匹配和相位匹配的要求。用遗传算法对楔形光纤微透镜参数进行优化,得到楔角为88°,柱透镜半径为3.44μm,耦合距离为6.13μm时耦合效率达到最佳值,用Zemax光学仿真软件对耦合模型进行仿真,得到耦合效率为88.9%,耦合好的模块经激光点焊及高低温环境测试后,得到最大耦合效率为81.36%。实验结果与仿真结果相差不大,耦合输出功率满足了作为光纤激光器种子源的功率要求。     

大功率光纤耦合模块光学系统北大核心

基于单管半导体激光器光束传输特性,用光线追迹法对光纤耦合光路进行仿真分析,结果表明在激光器与光纤间放置圆柱透镜的间接耦合方法具有成本低廉、准直光束质量好等特性。根据光束传输几何关系,优化得到了准直距离L与圆柱透镜半径r比值为0.5时,准直效果最好,准直后发散角为2.45°。用光学仿真软件设计耦合光路,并对耦合光路进行光线追迹,结合产品的可靠性问题,最终得到优化的柱透镜直径为60μm。进行耦合实验,测量准直后发散角和采用水冷散热的耦合系统的耦合效率,准直后发散角约为2.55°,耦合效率最高为89.50%。耦合实验结果与仿真结果接近,满足了光纤激光器泵浦源的使用要求。     

蝶形光通信激光器的耦合规律与封装工艺研究

为了研究蝶形光通信激光器的耦合机理,建立了芯片-透镜-单模光纤仿真模型,以耦合理论为基础,引入了容忍度概念,分析了空间位置误差对耦合效率的影响。通过对比透镜与光纤的各个方向的容忍度大小,结合焊后偏移现象,提出了先透镜后光纤的封装顺序,并搭建了实验平台进行验证。结果表明,在对比实验中,透镜优先封装所得到的功率最高可达1800μW,而光纤优先封装最高功率仅为1200μW; 先对透镜进行封装,焊后偏移的效果要更好。该研究为蝶形器件实际封装生产提供可靠的参考。     

耦合间距对SOI微环谐振腔的性能影响

运用MEMS工艺制备了不同耦合间距的微环谐振腔,针对耦合间距与耦合系数、谐振深度的影响,进行了理论分析与仿真,并对结构进行耦合实验测试。测试结果表明,随着微环耦合间距的增加,耦合系数减小,谐振深度变浅,这与理论仿真一致。实际计算了相应的耦合效率、3dB带宽及品质因数,随着耦合间距增大,耦合效率降低,3dB带宽也随之变窄,微环谐振腔的品质因数逐渐提高。研究结果为微环谐振腔的进一步优化设计及其在相关领域中的研究与应用提供了依据。     

耦合间距对绝缘体上硅微环谐振腔的性能影响

运用微机电系统(MEMS)工艺制备了不同耦合间距的微环谐振腔,针对耦合间距对耦合系数、谐振深度的影响,进行了理论分析与仿真,并对结构进行耦合实验测试。测试结果表明,随着微环耦合间距的增加,耦合系数减小,谐振深度变浅,这与理论仿真一致。实际计算了相应的耦合效率、3dB带宽及品质因数,随着耦合间距增大,耦合效率降低,3dB带宽也随之变窄,微环谐振腔的品质因数逐渐提高。研究结果为微环谐振腔的进一步优化设计及其在相关领域中的研究与应用提供了依据。     

棒状光子晶体光纤种子光透镜耦合分析

本文对单透镜耦合系统进行了分析。分别模拟计算了当耦合透镜F=103.26 mm时耦合效率与透镜位置的关系,以及当透镜与光纤端面的距离为120 mm时耦合效率与透镜焦距的关系。利用单透镜耦合方式对棒状光子晶体光纤进行了耦合实验,实验所用种子源是波长λ=1030 nm的SESAM锁模固体激光器(M2≤1.2),所用棒状光子晶体光纤的芯径D=85 μm(模场直径DMF=65 μm),测得耦合效率约为35%~42%。由于光纤中掺杂的Yb3+离子对1030 nm波长的激光有一定的吸收作用,因此实际的耦合效率应该大于测定值。     

一种用于功率模块热分布特性研究的精确模型

应用有限元法,对一个IGBT功率模块的三维热分布进行了仿真研究,提出了通过ANSYS仿真建立热模型的基本方法,进而探讨了功率模块上各芯片之间的热耦合关系,提出了考虑热耦合效应在内的功率模块热模型的统一结构,基于对瞬态热阻抗曲线的拟合,获得了热模型的相关参数,从而建立了热耦合模型.该模型可方便地应用于电路仿真软件如PSPICE中,仿真结果与有限元计算结果一致,并与实际测量值相符.     

一种用于功率模块热分布特性研究的精确模型

应用有限元法 ,对一个 IGBT功率模块的三维热分布进行了仿真研究 ,提出了通过 ANSYS仿真建立热模型的基本方法 ,进而探讨了功率模块上各芯片之间的热耦合关系 ,提出了考虑热耦合效应在内的功率模块热模型的统一结构 ,基于对瞬态热阻抗曲线的拟合 ,获得了热模型的相关参数 ,从而建立了热耦合模型 .该模型可方便地应用于电路仿真软件如 PSPICE中 ,仿真结果与有限元计算结果一致 ,并与实际测量值相符 .     

EE型松耦合变压器的精确磁路模型和仿真分析

介绍电动汽车感应充电系统松耦合变压器的特性,通过Ansoft有限元分析软件对松耦合变压器进行仿真分析,结合简化磁路模型和磁力线分布,得出大气隙下的EE磁芯的精确模型。结合精确模型和模拟结果,给出横截面积对耦合系数的影响,实际制作变压器,测量发现,面积增加,耦合系数得到提高,输出电压能力增强,为松耦合变压器的优化设计和进一步实验提供理论指导和参考。     

激光二极管与单模保偏光纤的耦合研究

给出了一种处理激光二极管经透镜与单模保偏光纤耦合的精确方法,测量了半导体激光器的光束质量,对其光束的收集、准直、整形、聚焦和耦合进入光纤进行了实验研究,同时测量了整形系统和光纤的定位灵敏度.对球面微透镜光纤与激光二极管耦合的方法进行了理论分析,讨论了透镜参数、耦合形式、激光二极管波像散对耦合效率和特性的影响,给出了2种实际耦合系统的实验计算结果,并与理论计算作了比较,结合实验得到了微透镜的优化参数,且将结果应用到了激光二极管与单模保偏光纤耦合实验中,得到了总的耦合效率为36%.     

Coupling sensitivity of an edge-emitting LED to single-mode fiber

An edge-emitting LED coupled to a single-mode fiber shows increased coupling sensitivity to fiber displacement compared with multimode fiber. Sensitivity to lateral misalignment in the direction perpendicular to the junction plane of the LED increases by at least a factor of three, regardless of the coupling scheme used. A reciprocal relationship between peak coupling efficiency and sensitivity to misalignment is observed. We show that a previous theory for laser coupling can be extended to include edge-emitting LED's, and that it predicts this relationship. The results for different coupling schemes are discussed with respect to LED packaging.     

Out-of-plane optical coupling between an elliptical Gaussian beamand an angled single-mode fiber

An approximate analytical model is developed for calculating the out-of-plane coupling efficiency between an elliptical Gaussian beam from a laser diode and an angled single-mode fiber. The simulation results obtained from the model indicate that when a laser diode has no tilt the coupling efficiency varies with relative rotation angle at a period of π rather than remains constant, and the period changes from π toward 2π as the tilt angle of laser diode increases. A proof-of-principle experiment is performed to demonstrate the validity of the model as the elliptical factor becomes large. Potential applications by employing the model are discussed     

电场耦合式无线电能传输频率分裂特性分析

针对无线电能传输存在的频率分裂现象以及效率低的问题,文中以双侧LCLC补偿拓扑结构的电场耦合型传能系统作为研究对象,通过系统建模分析易变参数对系统输出的影响规律。利用电路理论推导出系统效率与重要参数之间的关系式,运用MATLAB仿真软件对系统效率进行详细的分析,并采用实验验证了仿真结果的正确性。结果表明,将耦合机构的电容值调到频分点以下可以避免系统出现频率分裂,而固定耦合极板的相对位置,通过把系统的频率调大到效率关键点,可以提高系统效率,系统的最佳效率可达89.4%。     

半电极压电纤维能量收集动力学建模与仿真

半电极含金属芯压电纤维能将环境振动通过弯曲变形转换成电能。运用分析力学方法建立了半电极含金属芯压电纤维能量收集装置的理论模型,推导了在谐波激励下,经过AC-DC转换后的归一化能量表达形式,分析了能量收集效率受金属芯与压电层的半径比、柔度系数比、压电材料的机电耦合系数及外界激励方向的影响,分析结果表明,当半径比达到2.4,材料机电耦合系数达到0.4,能量收集效率会接近相对最大值。本研究结果适用于压电纤维能量收集装置的分析与优化设计。     

压电叠堆执行器迟滞建模与前馈补偿研究

针对压电叠堆执行器输入电压与输出位移的动态迟滞特性,结合非对称静态Bouc-Wen迟滞模型,建立了压电叠堆执行器动态迟滞模型,并采用粒子群算法辨识出6个模型参数。为提高压电叠堆执行器动态位移输出精度,进一步推导出压电叠堆执行器迟滞逆模型,最终在此基础上对压电叠堆执行器进行前馈补偿研究。仿真与实验结果对比表明,在0~120V峰值电压与0~500Hz激励频率内,所建立的动态迟滞模型能够较好地描述与预测压电叠堆执行器的动态输出位移。前馈补偿实验研究结果表明,利用所建的迟滞逆模型补偿后,压电叠堆执行器的滞环减小,输出位移非线性度下降约3%。     

硅基光栅耦合封装结构的优化设计

为了提高硅基光栅耦合封装结构的耦合效率、增大容差范围,对光栅耦合的结构特性进行了理论分析,并采用时域有限差分法完成了仿真验证,在不改变光栅参量的基础上,对光栅耦合封装结构进行了改进,仿真建立了一款光栅上方和光纤端面分别增加透镜的优化结构,研究了影响耦合效率的因素。结果表明,增加透镜后,耦合效率有所增加,角度容差和带宽都有一定的优化;在衬底增加反射镜后,对波长1550nm的光耦合效率提高至73.809%。该研究结果可为光栅耦合的封装结构设计提供参考依据。     

1310nm FP TO-CAN偏心封装耦合效率的研究

文章应用ZEMAX软件模拟了管芯与光纤在不同偏移量下的耦合效率,并进行了实验验证.结果表明,6.5 mm焦距的TO-CAN(晶体管外壳封装)与端面倾斜8°的光纤,在管芯偏移100μm时,耦合效率最大,模拟值为21.9％,实验值为21.32％;5.8 mm焦距的TO-CAN与端面倾斜6°的光纤,在管芯偏移80 μm时,耦...     

楔形微纳光纤能量分布特性研究

为了探究楔形端面对光纤传输特性的影响,采用COMSOL Multiphysics数值仿真软件,模拟研究了具有楔形端面的微纳光纤,数值计算了两根楔形微纳光纤的耦合效率,得到了单根楔形微纳光纤中的能量分布和两根光纤发生耦合时的耦合效率。结果表明,越靠近楔形微纳光纤的尖端位置,束缚在纤芯表面上的能量越多;沿着光场的传输方向,楔形区域中的能量密度先增大后减小;楔形端面处存在的菲涅耳反射对耦合效率有微小的影响,但不影响整体变化规律;轴向位移和径向位移的增大,都会使得耦合效率减小,而随着楔角的增大,耦合效率先减小后增大。对楔形微纳光纤的研究,将为其在光纤传感领域的应用打下基础。     

非线性负载简化模型及其应用

为实现复杂网络电磁脉冲（electromagnetic pulse，EMP）耦合分析，针对非线性负载引起的分析效率和收敛性问题，提出了非线性负载精简建模方法，即将多项式表示的非线性关系用压控元件代替，指定器件动作时间表示开关响应时间，忽略温度等不必要参数，减少模型元器件个数等.采用该方法建立了气体放电管（gas discharge tube，GDT）和金属氧化物变阻器（metal oxide varistors，MOV）的精简SPICE（simulation program with integrated circuit emphasis）模型，并且用3种不同类型的脉冲激励端接非线性负载的传输线，进行了收敛性和仿真效率分析.结果表明，GDT和MOV的简化模型能够很好收敛，MOV的模型分析效率提高约30%，GDT的模型分析效率稍有劣化，但完全避免了理想开关元器件的使用，与实际器件的工作原理一致.这些建模方法具有较强的普适性，可以移植到其他非线性负载的建模上，例如与线缆耦合的精简计算模型相结合，从而提高超大系统的电磁兼容（electromagnetic compatibility，EMC）设计与评估效率.