一种新型低损耗1×4光分路器的设计

对新型低损耗大角度Y分支波导进行了详细的设计和优化,并用有限差分光束传播法对Y分支结构进行了验证。仿真结果表明新型的Y分支波导在大分支角度时具有非常小的损耗。最后,设计了由三个Y分支级联所构成的新型1×4光分路器,仿真结果表明其具有损耗小,结构简单,且极大地减小了器件长度,有利于器件的进一步集成。     

新型渐变折射率低损耗大角度Y分支器的研究

针对集成光学中普通Y分支波导分支角度小,不利于集成的问题,提出了一种新型基于渐变折射率波导的低损耗大角度Y分支结构,经过理论分析和大量的有限差分光束传播法仿真,结果表明在分支角度为10°时辐射损耗为0.176 dB,与传统Y分支相比,新型Y分支器具有损耗小,结构简单的特点。     

锗硅合金Y分支器的研制

本介绍采用半导体平面工艺研制的Y分支器．为减少分支处的幅射损耗．并考虑分支器波导耦合长度,Y分支器的分支角度设计值为2度。Y分支器的波导结构依据大截面理论决定。经激光测量系统测试,分支器角度辐射损耗值为2dB。     

非对称型多级混洗网络拓扑结构与路由研究

有别于传统的偶数端口对称型光开关设计,本文采用积木叠层方法设计,结构非对称、奇数端口的2×3和3×3光开关;各光开关基本功能单元结构类似,均由偏振光分束器(PBS)、相位型空间光调制器(PSLM)和反射镜组成;利用成熟的偏振控制技术实现信号光的控制和路由选择,有效避免路径的冲突与阻塞。这种设计具有结构简单紧凑、控制方便灵活、双向操作、与偏振无关、即插即用、易集成、易扩容和升级等特点。对2×2光开关单元的实验分析表明,该光开关插损小、串扰低和可靠性高,对于构建大规模的奇数端口和非对称结构的交换矩阵有帮助。     

硅基MZI 结构光调制器静态消光比

硅基光调制器技术是当前硅基光子学技术领域较为活跃的一个分支。结合硅基光子器件的材料特性和常见横截面波导结构, 研究了硅基MZI 结构光调制器的静态消光比特性, 论述了光调制器发“1” 码时所加峰值电压、工作波长选择和移相器几何尺寸对静态消光比的影响。研究表明, 光调制器发“1” 码时所加峰值电压较小时, 消光比的变化量较大; 在其他参数相同的情况下, 工作波长的选择对光调制器的消光比有很大影响; 在调制器尺寸选择方面, 倾向于选择两臂较长, 但两臂长度差较小的结构, 因为此时的消光比较大, 同时对工作波长变化不敏感。     

1.31μmAPE光波导及其相关器件研究

利用退火质子交换技术对工作波长为1.31μm的X-切、Y-传LiNbO3单模光波导进行了实验研究与分析;测试了不同交换时间(te)与退火时间(ta)条件下的光波导近场模光强分布曲线;通过与单模光纤模场测试比较,获得了与单模光纤模场匹配的退火质子交换(APE)光波导,其中光纤-波导-光纤的插入损耗最低达到3.2dB;同时利用所研制的光波导制作了相位调制器与M-Z型强度调制器,并对其低频调制特性进行了测试。     

波分复用系统自聚焦棒光栅型分路器的研究

本文阐述了光纤通信波分复用系统中自聚焦棒光栅型分路器的基本理论和实践,提出了自聚焦棒光栅型分路器的设计原则,并全部用国产元件加以实现。该分路器的分路数为4,插入损耗为6 dB,串扰损耗大于30 dB,器件尺寸为30 mm×15 mm×70 mm。理论和实验都表明用国产元件制成的分路器在性能上是可以和国外同类分路器相接近的。     

光阶分器及其网络的设计与应用

光分路器的光路数目及其分光比,通常都是由网络设计者根据网络具体结构设计完成的,每个光分路器都需由生产厂家特制,大大增加了成本造价,而且在网络中的位置都是固定的,不能互换和替代,没有通用性。根据目前光接收机输入光功率动态范围都比较宽的特点,为便于光分路器的设计、生产、销售、使用、备份和维修,有必要将光分路器规范化、系列化,做成为数不多的几种型号和规格,供网络设计者选用。通过实例介绍了用几种实用的光阶分器设计和构建多元光阶分网络的原理与方法。     

一种新型的Crossbar光交换

利用布拉格声光效应设计了一种自由空间电控光交换系统,该系统由声光偏转器、专用频率控制器、视角放大结构、变换透镜等组成,它能够实现无阻塞全排列Ｃｒｏｓｓｂａｒ光交换,并且有插入损耗低、串话低、交换速度快、结构简单、光能利用率高等特点。给出４×４Ｃｒｏｓｓｂａｒ光交换模拟实验,其结果验证了这个方案的可行性。     

光栅光调制器周期结构的优化分析与实验

针对光栅光调制器的光学调制特点,建立一种可变周期结构的光栅光调制器模型,采用Matlab软件中的数字图像处理方法进行研究。利用傅里叶变换分析两种周期结构的光栅光调制器在频谱面和像面的光场分布,并得到不同周期结构对器件调制对比度的影响。实验得到了两种结构像面的光强输出对比。结果表明:不同周期结构对器件的亮态调制效果影响不大;当器件上下反射面中心对齐,下层反射面在器件周期方向两侧各超出上层光栅面的1/2倍光栅间隙宽度时,器件具有最佳的暗态调制效果,从而得到了光栅光调制器的一种周期结构优化方案。     

用于激光相控阵的阵列相位调制器研究

分析了相位调制器在激光相控阵中的重要性,提出了阵列相位调制器的设计思想.对退火质子交换(annealed proton-exchanged,APE)光波导折射率进行了理论分析,利用光束传输法仿真模拟了APE波导折射率分布和模场分布,优化设计了级联Y分支波导结构,实现了光功率的高均匀输出.基于铌酸锂晶体的电光效应,对影响半波电压的因素进行了分析,设计了长电极结构,理论上得到了低半波电压.基于退火质子交换工艺制作了阵列相位调制器,并对器件的光学特性和电学特性进行了实验测试,测得器件的插入损耗为6.83 dB,光功率输出均匀性为0.23 dB,4路半波电压分别为2.1、3.4、2.0、2.1 V.结果表明:该器件的制作有助于激光相控阵的集成化.     

玻璃基集成光功分器的制备与性能表征

针对光纤通信网络的应用,采用Ag+-Na+两步离子交换技术在玻璃基片上制作Y分支级联型1×8集成光功分器,对器件的插入损耗、波长敏感性等关键性能指标进行测试,并对封装好的功分器进行老化实验.研究结果表明,器件的插入损耗典型值为10.3 dB,插入损耗均匀性典型值为0.67 dB;在1 260～1 650 nm波长范围内插入损耗对波长不敏感;在器件老化前后插入损耗变化小于0.1 dB.这些关键性能指标达到Bellcore GR-1209规定的应用标准,与市场上现有的光纤熔融拉锥型光功分器和二氧化硅基集成光功分器的性能指标相当.     

侧面级联耦合器对连续光纤激光器的影响

为了研究侧面级联耦合器对光纤激光器的影响,对自主研制的(1+1)×1侧面泵浦耦合器,以及某商品化的(2+1)×1耦合器进行了研究.实验中分别测试了2种耦合器的耦合效率,泵浦光传输损耗,以及信号光泄露等参数,然后用2种结构的耦合器分别搭建了光纤激光器.在耦合器为(1+1)×1结构的激光器中,注入975 nm泵浦功率444 W时,1 080 nm激光功率输出344 W,光-光转换效率77%;在耦合器为(2+1)×1结构的光纤激光器中,当975 nm泵浦功率注入444 W时,1 080 nm激光功率输出260 W,激光器的光-光转换效率59%.对比2种结构的激光器可以看出:对于目前商用的(2+1)×1耦合器来说,由于传输损耗比较大,很难实现级联结构,而实验室自主研制的侧面耦合器能够实现5个级联.     

基于液晶光调制器的可控偏振分光技术研究

为了实现对光信号的可调分光,设计一个动态可控分光器。利用液晶的双折射效应,建立可控偏振分光器系统。根据琼斯矩阵理论推导出光传输矩阵,得出透射光与反射光的分光比和液晶驱动电压的关系表达式。入射线偏光经过液晶后,其偏振态随液晶驱动电压变化而产生变化。而不同偏振态的光束经过偏振分光棱镜后,光束将会被分为光强大小随之变化的两束光,从而实现入射光的可调分光。实验数据的分析结果表明,在液晶的阈值电压与饱和电压之间能实现分光比为0~25之间连续可调分光。此装置对入射光为偏振光能进行精确分光,其分光效果与理论分析基本吻合。     

用于液晶投影显示的薄膜偏振分束器

为提高液晶投影机的光能利用率和图像对比度,设计了一种宽角度宽波长的光学薄膜偏振分束器（PBS）.采用多种薄膜材料产生多个Brewster角,通过优化膜层数目和膜层厚度,获得了宽角度宽波长的PBS.以SF57和SF2玻璃作为棱镜材料,采用TiO2、Ta2O5、Al2O3、SiO2作为薄膜材料,基于上述原理采用全自动的Needle设计方法,设计了4种典型膜系,优化后的膜层数目为50～60层,空气中的光束孔径角达到±10.5°,达到的技术指标为：对于P偏振光,在420～460nm和460～680 nm波长范围内,积分透射率分别达到88.0%和93.4%;而对于S偏振光,在420～680nm波长范围内,积分透射率为0.095%.该PBS应用于F/2.8的光学系统中,能够显著提高整个系统的性能.     

CdO - ZnO复合薄膜的光电学特性研究

采用磁控溅射技术制备了不同原子百分比的CdO - ZnO复合薄膜,并利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外可见近红外分光光度计、四探针电阻测试仪研究了薄膜的结构和光电学特性.研究表明:适量增加CdO掺杂量可提高薄膜在近红外区域的透射率; CdO - ZnO复合薄膜的光学带隙和电阻率随CdO含量的增加而减小,且当CdO和ZnO的原子百分比为4:1时薄膜的带隙和电阻率分别为2.09 eV和10.79×10^-3 Ω·cm.该研究结果可为制备高导电性和高透过率的薄膜提供参考.     

全光纤马赫-曾德尔干涉仪型不等带宽梳状滤波器

提出了由2个3×3和1个3×3单模光纤耦合器级联组成的全光纤Mach-Zehnder干涉仪(MZI)型不等带宽交错(梳状)滤波器。分析结果表明:两对光纤干涉臂长度差相等时,各耦合器的耦合系数选取适当值,器件实现了奇偶信道上不等带宽输出,分别用于10和40Gb/s传输,信道间隔为0.8nm,信道隔离度大于25dB。与其它不等带宽梳状滤波器相比,该器件基于MZI型梳状滤波器,且在实际制作时可以对每个耦合器的分光比进行准确监测和控制,大大降低了制作困难。实验所得结果与理论分析相吻合。