1×3多模干涉分束器的设计与仿真

利用导模传输分析方法描述了基于自映像原理的多模波导。以三维光束传播方法设计仿真了基于聚合物材料的多模干涉分束器。计算了正脊型波导的单模尺寸,结果表明波导宽度小于1.2μm时满足单模条件。进一步探究了多模干涉分束器长度和宽度的临界参数,其在可见光波段为输出场提供了最大值。多模耦合区的大小为12μm×113.5μm2。在多模耦合区引入锥形波导结构,有效地提高了器件性能。此器件具有易制备、较低的制备容差敏感度和结构紧凑的优点,符合光电集成的要求。     

光敏杂化溶胶-凝胶法研制多模干涉波导分束器

采用有机/无机杂化溶胶-凝胶方法制备高质量的SiO2薄膜和光敏性薄膜材料;利用三维FD-BPM(finitedifference beam propagation method)研究了掩埋式和暴露式矩形波导结构多模干涉(MMI)型光功率分束器的主要性能,理论模拟发现,掩埋式矩形波导结构分束器的长度、宽度和厚度容差性都优于暴露式矩形波导结构的MMI型分束器,并且具有更宽的带宽特性。通过简单的紫外曝光、显影工艺制备了1×4 MMI型波导分束器,分束器在1 550 nm波长附近的插入损耗为8.1～8.8 dB,功率分束不均匀性小于1 dB。     

工字型光纤拉锥的微纳光纤消逝场增强研究

利用氢气火焰拉伸法对工字型光纤进行拉锥,制备出结构独特的工字型微纳光纤。这种特殊结构的微纳光纤打破了传统微纳光纤中光场分布的圆对称性,从而使其具备了更强的消逝场。使用这种非圆对称的微纳光纤作为光波导进行了基于吸收光谱的化学物质传感测试,对比同等直径的圆柱状微纳光纤,工字型微纳光纤显示出更高的敏感度和更低的检测极限,在直径2.4μm时已经可以探测到1×10~(-10)mol/L浓度的R6G溶液。使用有限元分析的方法进行了模拟计算,进一步验证了该结构微纳光纤消逝场的增强特性。     

基于TO单管的10W绿光LD光纤耦合模块

理论和实验研究了基于TO单管的绿光LD光纤耦合模块。采用Zemax光线追迹软件对该模块进行了光学设计,包括:绿光TO管的快慢轴准直透镜、缩束透镜组与光纤耦合消像差透镜组。将20支单管通过快慢轴空间合束耦合进入芯径400μm光纤,理论上获得98%以上的光纤耦合效率。实验中选取20支工作电流为1.5A,输出功率为1W的520nm绿光TO单管进行实验,通过快慢轴空间合束技术耦合进入芯径400μm、数值孔径0.22的光纤中,获得10.1W的输出功率,光纤耦合效率为84.2%。     

可调谐掺铥双包层光纤激光器实验研究

利用785 nm激光二极管作为泵浦源,对长度为4.5 m,纤芯直径为20μm,内包层截面为D形的掺铥双包层光纤进行可调谐实验研究.通过使用闪耀光栅作为选频元件,利用后向Littrow结构,获得波长在2μm附近最大105 nm范围内的可调谐输出,且在可调谐范围内,各激光光谱线宽均约2.2 nm.结果表明,可调谐波长范围除与光纤荧光谱有关外,还与闪耀光栅特性参数直接相关.     

基于波长复用技术的激光二极管光纤耦合方法

采用波长复用技术的激光二极管（LD）光纤耦合方法,将两个不同波长的高功率LD通过准直、波长复合、聚焦经光纤耦合以实现大功率高效率输出。用直径200μm的裸石英光纤对LD输出光束进行准直,根据波长复用的基本原理,设计了波长耦合器件,根据LD和光纤的相关参数设计了聚焦透镜组,将两只波长分别为808nm和980nm、发光面积为100μm×1μm、单管的连续输出功率2W的高功率LD通过上述方法耦合进数值孔径0.22、芯径100μm的多模光纤中,在工作电流为2.5A时,808nmLD和980nmLD总的连续输出功率为4.05W,光纤激光连续输出功率为3.33W,总耦合效率大于82%。     

薄膜铌酸锂反向锥形端面耦合器

薄膜铌酸锂波导与单模光纤在模场尺寸上存在很大差异,模场失配严重,导致两者直接耦合的效率低下。针对薄膜铌酸锂波导与超高数值孔径(ultra-high numerical aperture, UHNA)光纤的端面耦合问题,基于时域有限差分(finite difference time domain, FDTD)法优化设计了反向锥形端面耦合器的结构参数,仿真实现了薄膜铌酸锂矩形波导与UHNA光纤的高效耦合。利用电子束曝光、电感耦合等离子体刻蚀等工艺,制备了反向锥形耦合器,设计并建立了端面耦合测试平台,完成了反向锥形耦合器的性能测试。实验结果表明,反向锥形耦合器近场输出光斑在水平和垂直方向的模场直径分别为3.3和3.6μm,水平和垂直方向的3 dB对准容差分别为3.0和3.2μm,单端插入损耗为6.24 dB/面,表明设计制作的反向锥形耦合器具有较好的耦合性能。该研究为大容量、高速率的集成光子器件与光纤之间的耦合提供了高耦合效率的光接口方案。     

多孔光纤偏振拍长宽带稳定性的优化设计

为制作宽带稳定的光纤偏振器件,设计了一种偏振拍长对波长变化不敏感的多孔光纤.将包层气孔呈菱形阵列分布、纤芯附近有一对大气孔的多孔光纤在两个正交方向上进行横向压缩或伸展,以扩大模式双折射随波长同步线性变化的波长区间.应用全矢量有限差分光束传播法,分析了不同伸缩因子对双折射和偏振拍长色散特性的影响.研究结果表明:横向伸缩形变可以有效地抑制菱形晶格多孔光纤双折射的非线性变化,使偏振拍长在较宽的波长范围内具有较好的稳定性.通过优化设计,这种菱形晶格多孔光纤在1.0 μm～2.0 μm波长范围内,偏振拍长在180 mm～185 mm之间变化,相对变化率约为3％,工作带宽达到800 nm,可以同时覆盖1 310 nm和1 550 nm两个常用通信波长窗口,较为适合用于制作宽带光纤波片.     

基于ZEMAX的多光束半导体激光器光纤耦合设计

基于ZEMAX模拟了一组多光束半导体激光器的光纤耦合模块,采用14支波长为808 nm的输出功率为60 W的线列阵激光二极管作为耦合光源,采用偏振技术实现多光路的合束,最终耦合进入芯径400μm,NA为0.22的光纤中,最终输出功率超800 W,耦合效率达97%,实现了高效耦合,并对光纤对接过程中的耦合效率进行了分析。     

基于混合玻璃光纤中超连续谱产生的数值模拟

设计一种三硫化二砷混合玻璃光纤(As2S3-silica hybrid glass fiber,As2S3-silica HGF),通过调整纤芯直径大小,在1 000~6 000 nm波长范围内对其色散特性进行仿真分析.结果表明,当纤芯直径为1.2μm时,光纤有两个零色散波长(zero dispersion wavelength,ZDW),分别是1 450和2 870 nm,反常色散区覆盖1 450~2 870 nm.用2μm激光器泵浦光纤,通过改变泵浦激光的峰值功率和脉冲半极大宽度(full width at half maximum,FWHM),模拟分析了中红外超连续谱(mid-infrared supercontinuum,mid-IR SC)产生的特性.