标量PML-FDTD算法在弱导光器件仿真中的应用

将标量时域有限差分法(FDTD)应用于弱导光器件的计算机仿真中，实现了标量时域有限差分法的理想匹配层(PML)边界条件．并对平行介质带定向耦合器进行了数值模拟和验证，所得结果与理论值非常一致。对平面光波导计算机辅助设计(CAD)将具有实际意义．可用于分析任意结构的弱导光器件。     

光纤参数对弱导阶跃光纤线偏振模式特性的影响

利用标量解法,导出了弱导阶跃光纤线偏振模(LPmn)的场分布和LPmn混合模式的光强表达式。结果表明,低阶LPmn模的模场范围均随纤芯半径的增加而增大,随纤芯折射率的增加而缩小,随包层折射率的增加而扩大;随传输距离和模式混合份额的增加,LPmn混合模式的光强减少;非相干混合模的M2因子随高阶模式光强所占分额的增加而逐渐变大,M2并非一直随纤芯半径的增加而增大,存在着一个临界值a=30μm。     

非线性弱导椭圆梯度折射率光纤的传播常数

用变分法导出非线性弱导椭圆梯度折射率光纤的传播常数，分析了光束功率对传播常数的影响。     

用于光纤耦合的无衍射光束研究

在光纤耦合理论及圆锥透镜产生无衍射光束理论的基础上提出了无衍射光束在光纤耦合中的方法.相对于其他方法,无衍射光束更容易耦合进入光纤,特别是单模光纤,并且在其最大准直距离内耦合效率几乎不变,可以减小装调难度.对此方法进行理论分析,并进行实验,加工了光纤耦合使用的圆锥透镜,其锥角为10°,通光半径为5mm.波长为0.632...     

平面波导基模的衍射特性

在平面坐标系中简化电磁波的瑞利-索末菲标量衍射积分公式，推导出折射率对称阶跃分布的介质平面波导的基模衍射场分布的计算公式，给出由sinc函数形式描述的端口衍射场空间频谱和光强分布。首次提出介质平面波导衍射场存在中央亮条纹的概念，中央亮条纹的功率大于波导总功率的99.49%，中央亮条纹的最大空间频率介于π和1.5π，它可用于计算中央亮条纹的角半径。     

弱导阶跃折射率光纤中的模式简并问题

模式是光纤光学中的基本概念,也是光纤激光器研究中最关注的问题之一。在一般的教材、文献中对模式的简并问题涉及较少,没有给出清晰、直观的物理图像。文中采用经典的电磁场理论,阐明了矢量模的简并度、标量模的简并度以及矢量模和标量模之间的简并关系。在弱导阶跃折射率光纤中,矢量模和标量模都是描述光场的正交完备基,矢量模[HE1n(o)、HE1n(e)]与标量模[LP0n(ye)、LP0n(xe)]描述的光场空间是2维的,矢量模[TE0n、 HE2n(o)、 HE2n(e)、 TM0n]与标量模[LP1n(yo)、 LP1n(ye)、 LP1n(xo)、LP1n(xe)]描述的光场空间是4维的,矢量模[EHm-1,n(o)、 EHm-1,n(e)、 HEm+1,n(o)、 HEm+1, n(e)]与标量模[LPmn(yo)、LPmn(ye)、LPmn(xo)、LPmn(xe)]描述的光场空间也是4维的。     

基于相位掩模板的常规光纤制备弱反射光栅

为了探索采用常规单模光纤制备弱反射光纤光栅的可行性,以降低材料成本和传输损耗,基于相位掩模板法,在常规单模光纤上刻制弱反射光纤布喇格光栅(WFBG),并进行了实验验证.建立相位掩模板刻栅系统光场统一方程,分析光场分布对光纤布喇格光栅(FBG)中心波长和反射率的影响;采用传输矩阵法分析相位掩模板长度、平均折射率变化对FB...     

基于导波光学对光纤陀螺传输特性的探讨

用几何光学和导波光学阐述光纤陀螺波导器件的核心结构的工作原理,同时用数值模拟的方法研究该波导器件的特性。     

非傍轴标量衍射光束的能量传输特性

在光束能量传输的分析中,对能量集中度的研究具有十分重要的意义,能量集中度是评价光束质量的手段之一.采用光强的精确定义给出了经圆孔衍射的非傍轴标量光束能量集中度η的精确积分表示.对平面波圆孔衍射的能量集中度η随着衍射孔径ρ0和传播距离z的变化进行了详细的数值计算,结果表明,η随着z的增加只是在特定条件下才单调减小,η随着ρ0的增加不是单调变化,ρ0取某个特定的孔径值时η取得极大值.根据该结果给出了通过控制参数ρ0和z的取值获得光斑最大能量或最大能量集中度的方法.     

高斯光束经衍射光栅的滤波特性研究

为了分析高斯光束经衍射光栅后的衍射特性,采用标量衍射理论推导出单色高斯光束的夫琅禾费衍射公式,在此基础上采用高斯光束耦合理论研究了复色高斯光束在衍射光栅的分光作用下的滤波特性,并与平行平面光束通过衍射光栅的分光特性进行了比较。结果表明,单色高斯光束在能量分布上与因子T相关,并且复色光束的滤波带宽会收窄。这为设计和优化高性能光滤波器提供了理论参考。     

增益导引和折射率导引在大模场单模光纤设计中的应用

传统的大模场光纤是通过设计光纤结构来获得大模场面积的,可以实现的模场面积只能达到几百平方微米。增益导引和折射率导引相结合是实现大模场单模光纤的一种新方法。通过分析增益因子对折射率以及归一化频率的影响,得到了光纤中各阶模式截止条件与纤芯包层折射率差和增益因子的关系。最后以包层折射率为1.5734,纤芯折射率为1.5689,纤芯半径为50μm,10%(原子数分数)重掺杂钕离子的磷酸盐光纤作为模拟计算对象,当波长为1.064μm时,得到其模场直径大于90μm。对于普通光纤,增益导引和负折射率导引相结合的方法对实现大模场单模传输很有前景。     

梯度折射率光纤探针的光学特征参数

解析梯度折射率(GRIN)光纤探针的光学特征参数,用于光学相干层析技术(OCT)探头超小型化的研究。在概述由单模光纤、无芯光纤和GRIN光纤镜头构成的GRIN光纤探针模型的基础上,定义GRIN光纤探针的工作距离和聚焦光斑尺寸等光学特征参数,并用高斯光束复参数矩阵变换的方法推导探针光学特征参数的数学表达式,提出了探针光学特征参数的验证方法。结果显示,当无芯光纤和GRIN光纤镜头长度分别为0.48mm和0.17mm时,理论计算的工作距离和聚焦光斑尺寸分别为1.05mm和28.2μm;实验测得的工作距离和聚焦光斑尺寸分别为1.0mm和28μm。理论计算与实测结果吻合,验证了GRIN光纤探针光学特征参数及其解析方法的有效性。     

基于波分复用器的光纤光栅振动传感器阵列

研究了一种用光纤光栅测量动态应变的阵列传感技术。在用基于3×3耦合器的非平衡光纤马赫-曾德尔干涉仪解调光纤光栅波长变化基础上,提出了通过波分复用器(WDM)来实现多个光纤光栅振动传感器的复用,测试了波分复用器对通道交叉干扰的影响,并同时测得了串联的3只光纤光栅的振动信号。讨论了使用这一技术时,工作环境和光源光强的变化对测量没有显著影响以及该技术可以用于高频信号的测量原因。该技术优点在于测量频率高、灵敏度高,不受光源光强度的影响,还可以获得不同测量点之间的相位关系。     

利用液芯光纤产生空心光束

提出了激光以一定角度入射液芯光纤(LCOF)产生空心光束(HLB)的方法。利用Zemax软件对产生系统建模,理论分析了HLB的暗斑尺寸DSS和光束宽度随传播距离、LCOF的长度与芯径的变化规律,并以CS2作为芯液材料,用630 nm半导体激光器对部分理论结果进行了实验验证。研究表明,通过改变激光入射角度可获得DSS可调的HLB,其DSS和光束宽度几乎不受LCOF长度的影响,但与芯径大小有关。该方法操作简便、成本低、DSS调整范围大,可满足不同应用领域的需求。     

基于直角棱镜的光纤光度传感器

介绍了一种由两个相同直角棱镜构成的气室。利用其对光束摆动的不敏感性及对光束的反射特性，来提高气室工作的稳定性和检测灵敏度；分析了传感器中光束的传输特性，给出了光束的传输方程、单波长和双波长情况下光度传感器的测量方程；光束在气室内往返的次数N与过两个直角棱镜各自直角棱的对称面的间距d有关，通过调节间距d可选择所需测量灵敏度。测试结果表明，在低浓度测量时，这种光度传感器的灵敏度为普通单程吸收池灵敏度的N倍；在较高浓度时，仅在N为较小的几个值时，传感器的灵敏度与光束在气室内往返的次数N成正比，N较大时，光束在气室内往返的次数对传感器灵敏度的倍增作用减弱。基于直角棱镜的光纤光度传感器特别适合痕量物质的光度测量。     

不同针孔直径下衍射波面的标量和矢量分析

针孔作为点衍射干涉仪中的关键元件,针孔的制作精度将会严重影响干涉仪的检测精度。对于大多数衍射问题,标量衍射理论是一种比较好的近似,但是当衍射孔径较小时,矢量衍射理论更能说明衍射波面的实际情况。针对可见光入射针孔时,分别从标量和矢量衍射理论出发,分析针孔尺寸对衍射波质量的影响,并计算衍射波面的峰谷（PV）值和均方根（RM...     

光纤时频传递系统的中继技术分析

为开展长距离高精度时间频率传输系统研究,对多级光纤时间频率传递级联系统的时延抖动进行理论分析,得出级联系统总时延抖动的一般公式。在实验上实现了两级级联50km光纤时频传递系统的闭环锁定,分别通过测试单级系统和级联系统的鉴相误差电压得到其时延抖动。通过实验结果和理论计算比较,分析了主要实验误差来源;通过分析掺铒光纤放大器(EDFA)放大自发辐射(ASE)产生的噪声对信噪比(SNR)的影响,系统频率稳定度由于信噪比的下降而产生劣化。