偏振分光膜的设计与制备

首先利用TFCalc薄膜软件进行了膜系设计和优化,然后采用国产真空镀膜机WTS800/1000,通过离子束辅助沉积技术在Bk7基体上交替镀制了Ta2O5和SiO2两种高低折射率的材料.当光满足布儒斯特角入射时,在波长为650nm处实现了P光和S光的偏振分离.制备后的成品在Lambanda750测试系统进行了偏光性能的测试.测试结果表明:透射率曲线与理论设计曲线吻合得很好,透射P光的消光比达到284:1.     

宽角度位相调控反射镜的设计与研制

宽角度位相调控反射镜是下一代中高轨量子通信系统中的核心元件,用于宽角度范围内信号光的高效传递与偏振态的精确调控。基于等效多层膜理论,采用介质反射膜堆加非规整位相调控膜的膜系结构,设计了一种宽角度位相调控反射镜。选择Nb₂O₅和SiO₂分别作为高、低折射率薄膜材料,通过误差分析,优化沉积工艺,采用电子束蒸发结合离子辅助沉积的方式,在德国莱宝Lab900-plus设备上制备出该薄膜元件。研制结果表明,反射镜在780 nm处、45°±7.5°入射范围内,其反射率大于99.3%,位相差控制在3°以内,满足量子通信系统的反射率及位相差控制要求,且通过相关环境模拟实验,满足可靠性要求,为该类偏振调控薄膜元件在下一代中高轨量子卫星中的工程应用打下了坚实的基础。     

He-Ne激光消偏振分光膜

该膜系是一种新型的对He-Ne激光消偏振分光膜系,其设计技术简单,工艺制造便利,消除了在He-Ne激光中的偏振光。从而能获得相当稳定的两束光。     

宽波段7:3 消偏振分光膜的设计及镀制

分光膜在倾斜使用时会存在较强的偏振效应,通常采用各种措施来减小这种偏振效应的影响,但基本上只能在单一波长或较窄波段范围内实现消偏振分光,其波段范围几乎不超过50 nm。根据设计要求运用解析法设计出一个合适的初始膜系,再在所设计的初始膜系基础上,运用TFCalc膜系设计软件采用解析法、Needle和变尺度优化法综合设计了45入射1 260～1 360 nm波段7:3消偏振分光膜,分析了该设计膜系的监控曲线以评价其可镀制性,并采用德国莱宝APS1104型镀膜机对所设计的膜系进行了实际镀制,获得了性能优良的45入射宽波段7:3消偏振分光膜。     

低偏振超宽光谱分色膜设计与制备

可见/红外超宽光谱分色片是星载中分辨率光谱成像仪III 型光学系统中的重要光学薄膜器件。利用诱导透射原理,采用金属-介质膜系结构加非对称等效导纳匹配层,实现了45°入射时0.4~1.05 μm光谱高效透射,1.35~13 μm波段光谱高效反射,从而将入射光束分配到不同的光路。同时通过消偏振控制设计,获得了可见近红外波段低偏振灵敏度（LPS）。所研制的分色片可见近红外波段平均透射率大于85%,LPS小于4%;短波及长波红外波段平均反射率大于90%。     

近红外波段偏振编码用分色片的设计与制作

在基于偏振编码的光通信试验中,需要对不同波长的线偏光进行光路分离,同时要保持分离后线偏光的偏振方向和消光比,为此设计和制备了入射角为45°的810 nm波长透射/850 nm波长反射的近红外分色片.为了抑制斜入射条件下工作波长附近s、p偏振分量的能量、相位分离,选择了合适的基础膜系,利用旁反射带边缘透、反射带光谱过渡迅速的特性,实现了临近波长的光路分离,也减小了偏振分离;通过非规整膜层的相位补偿和软件自动优化,实现了设计目标.分别选用TiO2和SiO2为高低折射率膜层材料,以离子束辅助沉积技术镀制薄膜,采用光学极值法和晶体振荡法结合的方式控制膜层厚度.制备样品的消光比在波长810 nm处达到7000∶1以上,在850 nm处达到20000∶1,实现了分色片对相位的控制,满足了偏振编码光通信试验的需求.     

偏振分光膜中节瘤的激光损伤特性

研究了1 064 nm HfO2/SiO2偏振分光膜中节瘤的损伤特性。为了研究偏振分光膜中节瘤缺陷种子源粒径大小与损伤阈值之间的关系,在熔石英基板上植入了尺寸和密度可控的单分散性的SiO2小球,并采用电子束蒸发技术在熔石英基板上制备了1 064 nm HfO2/SiO2偏振分光膜。为了便于损伤测试,节瘤缺陷密度控制在20~40 mm2左右,并采取旋涂的措施防止了SiO2小球团聚的现象。为了获得人工节瘤损伤能量的统计值,用脉宽为10 ns的1 064 nm脉冲激光进行了光栅扫描式损伤测试。实验结果表明在偏振分光膜中节瘤缺陷的损伤阈值随着种子源粒径的增大而单调下降。     

激光/电视分光膜的设计与研制

激光/电视分光膜实现了光路的"二光合一",简化了光学系统结构,在军用光学系统中得到了广泛应用。采用匹配层和Refinement计算机辅助法设计了激光电视分光膜,并对所设计的膜层进行镀制;最后,对制备的激光电视分光膜进行测试,结果表明膜层各项性能指标符合设计要求。     

利用位相光栅的实时偏振相移方法的误差分析

利用位相光栅的实时偏振相移方法可实现对动态过程们相的测量,具有很好的应用前景。本文对其作了全面的误差分析,被分析误差源包括１／４波片们相延迟误差、１／４波片方位角误差、偏振片方位角误差、光栅和透镜对不同衍射光波造成的强度和位相误差以及位相计算中干涉图之间的位置匹配误差。     

采用偏振分光棱镜的光桥式补偿技术

介绍了一种使用偏振分光棱的新型光桥式补偿技术，并对因棱镜消光比变化导致的误差进行了研究。基于该补偿结构的光纤压力传感器已实现应用于石化部门油罐储量计量，其现场运行的长期稳定性优于０．２％。     

Surface micromachined integrated optic polarization beam splitter

An integrated polarization beam splitting system composed of one binary phase Fresnel collimating lens and one polarization beam splitter (PBS) has been realized on a single Si chip using a commercially available foundry polysilicon surface micromachining process [Multi-User Mems Process, or (MUMPS)] at Mems Center at North Carolina (MCNC). The polarization extinction ratios of 10 dB for the transmitted light and over 20 dB for the reflected light have been achieved. The whole system is prealigned through computer-aided design on a Si substrate and is lifted up perpendicular to the substrate after structure release. This system opens opportunities for various applications where the light polarization states could be utilized     

Design and fabrication of a significantly shortened multimode interference coupler for polarization splitter application

We report that we have successfully designed and fabricated a significantly shortened multimode interference coupler for application in polarization splitter, using a phenomenon that we termed "quasi-state" (QS) imaging effect. First, we identified and analyzed the QS imaging effect, and, based on the QS analysis, designed and fabricated a novel multimode interference (MMI) device with its split length shortened to 1/5 of a normally designed MMI split length. The fabrication is simple and cost effective and the fabricated device shows outstanding characteristics in extinction ratio, signal homogeneity, excess loss, and tolerance in the length of the splitter.     

同时实现频率滤波和偏振分束的结构

通过设计由介质薄膜组成的二周期结构,在特定的入射条件下,利用特征矩阵的方法计算了TE光和TM光的透射率,发现该结构对TE光和TM光存在一系列分离的频率通道。这些分离的频率通道使该结构既可以用作频率滤波器,又可以用作偏振分束器。     

新型太赫兹波束分离器的设计

近年来,随着射电望远镜外差式阵列接收机的发展,基于相位光栅技术的波束分离器在亚毫米波长范围内得到了重要的应用,它能够将单个本地振荡器信号经过分束同步传送到超导SIS/HEB混频器阵列接收机中。由于太赫兹频段相位光栅的特征尺寸在亚微米级,其加工精度直接影响器件性能,给微加工技术带来巨大挑战。基于此,笔者所在课题组结合相位编码超材料技术设计了一种新型的太赫兹四波束分离器,仅需利用单层超材料编码单元便可实现宽带电磁波束的分离,波束转换效率高,结构简单且易于加工,同时反射波束的方向可灵活调节。为了与实际测试系统相匹配,着重研究了不同入射角度下的波束分离,并得到了最佳的斜入射角度范围（小于30°）,相对工作带宽可达52%,反射的四个波束功率相差不超过10%,这为太赫兹频段射电望远镜超导混频器阵列接收机的本振信号功率分配提供了新的解决方案,也有利于其他新型太赫兹功能器件的设计和发展。     

基于单平行分束器的偏光干涉系统

为了克服常规偏光干涉系统中核心器件萨瓦板(Savart)偏光镜制作工艺复杂、装调难度高的缺点,解决由于Savart偏光镜装调、加工误差造成的偏光干涉系统条纹混叠和调制度下降的问题,采用了一种基于单平行分束器(SPBS)的偏光干涉系统的方法,分析了系统的结构原理,采用矩阵传递函数推导了经偏光干涉系统出射光的琼斯矩阵及相干叠加强度,得出了和基于Savart偏光镜的干涉系统类似的干涉结果,分析了系统光程差与入射角及入射面的变化关系,并通过实验验证了理论分析的正确性。结果表明,由于SPBS结构简单,不需要多个单元组合,所以不存在装调误差,并且大幅度降低了加工误差。     

Terahertz polarization beam splitter based on photonic crystal and multimode interference

We design a compact terahertz （THz） polarization beam splitter. Both plane wave expansion method and fi- nite-difference time-domain method are used to calculate and analyze the characteristics of the proposed device. The designed polarization beam splitter can split TE-polarized and TM-polarized THz waves into different propagation di- rections. The simulation results show that the extinction ratios are larger than 18.36 dB for TE polarization and 13.35 dB for TM polarization in the frequency range from 1.86 THz to 1.91 THz, respectively. The designed polarization beam splitter has the advantages of small size and compact structure with a total size of 4.825 mm×0.400 mm.     

Design and fabrication of silica-based integrated-optic 1*128 power splitter

A 1*128 optical power splitter is fabricated by integrating 127 Y-branch waveguide elements on a 3 inch silicon wafer using silica waveguide technology. The average measured excess loss of this splitter is 3.2 dB including fibre-waveguide coupling loss.<>     

Design of a compact photonic-crystal-based polarizing beam splitter

A compact polarizing beam splitter based on a photonic crystal (PC) directional coupler with a triangular lattice of air holes is designed and simulated. In the employed PC structure, transverse-electric (TE) light is confined with the photonic bandgap effect, while transverse-magnetic (TM) light is guided through an index-like effect. Due to the different guiding mechanisms, TM and TE light have strikingly different beat lengths, which is utilized to separate the two polarizations in a directional coupler no longer than 24.2 /spl mu/m. The two-dimensional finite-difference time-domain method of computation is used to evaluate the device performance. The extinction ratios are found to be around 20 dB for both TE and TM polarized light.     

Multiwavelength-switchable SOA-fiber ring laser based on polarization-maintaining fiber loop mirror and polarization beam splitter

In this letter, we propose a novel multiwavelength-switchable fiber ring laser based on a semiconductor optical amplifier and reflection-type interleaver composed of a polarization-maintaining fiber (PMF) loop mirror and a polarization beam splitter. In the proposed fiber laser, stable interleaved waveband switching operation at up to 17 oscillating wavelengths with 0.8 nm spacing, whose switching displacement is 0.4 nm, is successfully demonstrated at room temperature by the proper control of the polarization controller within the PMF loop mirror.     

基于二氧化硅薄膜夹层式亚波长金属光栅的宽波段太赫兹偏振分束器

设计出一种结构新颖的宽波段太赫兹偏振分束器,这种偏振分束器由夹层式亚波长金属光栅制成。亚波长金属光栅偏振分束器可以将入射的任意自然光分成两束偏振状态垂直的线偏振光。其中,TE模反射而TM模透射。设计的偏振分束器在3.5~5.5 THz波段可以达到很高的衍射效率与消光比。但是,在光栅的实际制作过程中,加工技术的缺陷引起的误差大大影响了光栅的性能,比如衍射效率,消光比等。因此文中对一些结构参数进行了计算,从计算结果可以看出这种偏振分束器也有很好的工艺容差。当覆盖层厚度D1与底层介质厚度D3的变化范围分别为1~1.2 m和2.8~3 m时,T0TM大于96.9%,R0TE大于98.7%。Tc和Rc分别大于31 dB和33.4 dB。结果显示,设计的偏振分束器在2 THz的带宽10的大角度范围内,衍射效率高于90%,消光比大于20 dB。因此文中设计对于太赫兹调制器件的研究,以及太赫兹通信系统的集成都有很大的参考价值。