平板波导凹面衍射光栅的设计

为了精确设计平板波导凹面衍射光栅,提出了改进的刻槽位置递推计算方法.通过一组约束方程表示光栅刻槽位置,利用递推方法求得约束方程的数值解;为了提高计算精度,在方程组的数值求解过程中引入牛顿迭代算法.设计了两种特殊的光栅结构,即平接收场结构和平顶频谱响应结构,对采用不同方法的设计进行了对比.结果表明:采用改进的刻槽位置递推计算方法计算的结果与采用高级次光程函数级数展开法计算的结果相同,而采用原有刻槽位置递推计算方法的计算结果则随着刻槽序号的增加偏离误差越来越大.结果证明了这种设计方法不仅可以实现平板波导凹面衍射光栅的精确设计,同样适用于设计其它特殊结构的光栅,证明了该方法的实用性和有效性.     

平板波导凹面衍射光栅设计方法研究

提出了一种平板波导凹面衍射光栅的设计方法,即改进的刻槽位置递推计算方法。该方法是对原有刻槽位置递推计算方法的改进,利用该改进方法可实现平板波导凹面衍射光栅的精确设计,特别是一些特殊光栅结构的设计。光栅的刻槽位置可通过一组约束方程表示,利用递推方法可求得约束方程的数值解。为提高计算精度,在方程组的数值求解过程中引入牛顿迭代算法。设计了两种特殊的光栅结构,即平接收场结构和平顶频谱响应结构,模拟结果证明了采用该方法进行设计的必要性和有效性。     

含微透镜的零模波导器件用于增强荧光信号强度

本文设计并研制了一种改进的零模波导器件,采用此种器件实现了荧光信号的增强,解决了荧光串扰等问题.采用微纳加工手段实现了这一器件的制备,该器件通过微透镜与纳米孔的结合减少了荧光的发散角,荧光的相长干涉增强了检测信号的强度.具体地,采用电子束光刻制备了直径可控的纳米孔阵列,结合紫外光刻及反应离子刻蚀实现了角度可调的微透镜阵...     

基于狭缝波导的太赫兹场限制能力及频带宽度的研究

狭缝波导由于具有将光场限制在中间空气狭缝区域中传输的特性,使其可用来提高太赫兹集成器件的性能。为了分析狭缝波导结构的太赫兹场的传输特性,利用二维有限时域差分法(COMSOL-光学模块)得到了硅材质的狭缝波导在波长为450μm时的太赫兹场的传输模式和频带宽度,并获得了狭缝波导结构参数与狭缝区域太赫兹场限制能力的关系以及与频带宽度的关系。研究结果为太赫兹狭缝波导的设计提供了参考。     

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。     

用于爆炸辐射电磁脉冲时域测量的集成光波导电场传感器研制

针对爆炸辐射电磁脉冲(EMP)上升沿快、脉宽窄、峰值场强高等特点,设计并研制出一种集成光波导宽带电场传感器。使用标准雷电电磁脉冲(LEMP)对研制的传感器进行时域标定得出,传感器能够不失真地测量出LEMP的时域波形,且最小和最大可测电场分别约为1.4和10.8 kV/m;使用连续波电场对传感器进行频域标定得出,传感器最小可测电场为52.5 mV/m,且在9 kHz～1 GHz响应波动在±4 dB以内。最后在国内某试验基地搭建了基于研制的光波导电场传感器的爆炸辐射EMP现场测试系统,分别对距爆炸点不同距离处的辐射EMP进行时域测量。结果表明,爆炸辐射EMP的产生滞后爆炸发生约几毫秒;辐射EMP为一系列双极性脉冲组成的脉冲串,单个脉冲宽度在100μs以内,脉冲串宽度在2 ms以内,频率在17.5～35 kHz;在距离爆炸物5 m以内的爆炸辐射EMP峰值场强在5～10 kV/m。本文研制的光波导电场传感器具有全无源、宽带宽、对被测电场干扰小、体积小、强抗电磁干扰等特点,为爆炸辐射EMP的时域测量提供了一种新的技术手段。     

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。     

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。     

一种分析磁光波导的近似方法

提出了应用频谱指数法对磁光薄膜波导中非互易相移进行近似计算的模型.频谱指数法可以快速而准确地求解在磁光薄膜波导中传播的电磁波方程,得到本征模的传播常数及电磁场的截面分布状态.这种方法通过运用傅立叶变换对肋形光波导产生一频谱指数,进而将求解的问题简化为求解一维方程,因而很容易对方程进行求解.与精确的数值分析法(如有限元法,有限差分法等)相比,计算的复杂度大为降低,在保证计算精确度的前提下,计算速度显著提高.     

TM导模激励的对称型表面等离子体共振结构的研究

提出并研究了一种新的、可用TM导模激励的对称型表面等离子体共振结构,共振条件通过调节两金属薄膜之间的间隙来满足,提高了应用范围和使用灵活性。实验采用0．004AgNO3--0．996NaNO3混合盐制备了离子交换波导,金属膜为70nmAg膜,测试表明在两金属膜十分靠近时可以发生表面等离子体波的激发。     

全息波导耦出光栅出瞳亮度均匀性的改善

目前在AR领域,存在着全息波导显示系统的耦出光栅出瞳亮度不均匀的问题,设计并制作了一种衍射效率渐变的全息光栅以进一步提高显示光路中耦出光栅的出瞳亮度均匀性。提出移动遮挡板方案,以实现分区域地改变全息干版的曝光时间,使得到的全息光栅的衍射效率具有渐变特性,并对实验结果进行研究和分析。结果表明,系统中耦出光栅的出瞳亮度均匀性由28.57%提高到57.14%。因此采用的全息光学元件的拍摄光路和曝光方法,可以有效改善全息波导耦出光栅出瞳亮度均匀性。     

用于光阻断效应的B270-As_2S_8复合光波导的设计

尽管可以采用光折变技术制备硫化砷条波导,但工艺参数控制复杂,且传输损耗较大。为了解决这一问题,提出了一种用于光阻断效应的新型B270-As2S8复合光波导结构。该设计根据光波导模式耦合的基本原理,借助波束传播法(BPM)仿真软件,主要通过对离子交换波导交换时间和As2S8薄膜厚度的匹配设计,实现了632.8nm波段导波模场分布集中在As2S8薄膜中传输,并始终维持单模特性。这个特点为有效实现光阻断效应提供了条件,非常具有实用价值。     

基于亚毫米尺度波导研究磁流体的窄带滤波特性

利用一种样品空间层达亚毫米尺度的双面金属波导,将磁流体注入波导样品空间层作为导波层来研究磁流体的窄带滤波特性.首先将波长为l 550 nm的激光入射到波导表面,选择合适的入射光导模共振角,激发波导中的超高阶导模,使磁流体处于光波导的振荡场中;然后,应用超高阶导模的高灵敏度特点,将磁场施加在波导上改变磁流体的折射率,使波...     

阵列波导光栅(AWG)与光纤列阵的自动化对接耦合技术研究

阵列波导光栅(AWG)与光纤列阵的对接耦合是AWG芯片模块化的核心工作。传统的对接耦合方法是利用手动调芯技术进行对接,但是这种技术存在耗时久,精度低等缺点。为此开发了一种采用质心调芯法和遗传算法的自动调芯耦合技术,该技术具有对准精度高、重复性好、效率高等优点。实验结果显示,使用这种自动调芯耦合技术制造出的48通道AWG器件每个通道的最大插入损耗为4.65dB,满足目前最大插入损耗小于5dB的行业标准。     

LiNbO3基Sn-As2S8单偏振单模波导电光开关的设计

掺锡非晶态硫化砷(Sn-As_2S_8)半导体具有独到的光阻断效应,与电光效应晶体结合有望构成新的功能器件。为此提出了一种以铌酸锂(LiNbO_3)为基板、以Sn-As_2S_8半导体为导波的马赫一曾德干涉型电光开关的方案。阐述了器件设计的理论和方法,设计了LiNbO_3基Sn-As_2S_8单偏振单模波导,对3dB定向耦合器做了取点扫描法优化设计,对电压与电极长度之间的关系进行了定量计算。器件经三维BPM仿真表明,在外加电压on和off的情况下,输出端口可分别实现(0.14±0.06)%和(99.95±0.02)%的耦合效率,显示出良好的电光开关功能。     

Optical microcantilever consisting of channel waveguide for scanning near-field optical microscopy controlled by atomic force

We develop a novel optical microcantilever for scanning near-field optical microscopy controlled by atomic force mode (SNOM/AFM). The optical microcantilever has the bent channel waveguide, the corner of which acts as aperture with a large tip angle. The resonance frequency of the optical microcantilever is 9 kHz, and the spring constant is estimated to be 0.59 N/m. The optical microcantilever can be operated in contact mode of SNOM/AFM and we obtain the optical resolution of about 200 nm, which is as same size as the diameter of aperture. We confirm that the throughput of optical microcantilever with an aperture of 170 nm diameter would be improved to be more than 10⁻⁵.