超低损耗高双折射空芯反谐振太赫兹光子晶体光纤

本文提出了一种以环烯烃共聚物（Cyclic Olefin Copolymer, COC）为基底的超低损耗高双折射空芯反谐振太赫兹光子晶体光纤,该光纤的包层由两组（共六个）无节点嵌套管组成。采用时域有限差分法（Finite Difference Time Domain method, FDTD）结合完美匹配层（Perfectly Matched Layer, PML）边界条件对其导波特性进行分析。仿真结果表明,在0.8~1.35 THz范围内,总传输损耗小于0.1 dB/m,双折射大于2.12×10^-5,色散在±0.027 ps/THz/cm。在1.12 THz处,最低总传输损耗仅为0.543×10^-2 dB/m,双折射值为2.06×10^-4。同时,分析了该光纤的弯曲性能,表明在y方向,当弯曲半径超过19 cm时,弯曲损耗小于0.1 dB/m,具有良好的弯曲性能。     

工作波长为2.94 μm保偏空芯负曲率光纤

提出一种保偏空芯负曲率光纤,可用于传输工作波长为2.94 μm的中红外激光。首先通过调整y方向包层管的厚度和嵌套管到包层管内径的最大距离使 y方向偏振模式与包层管表面模式发生微弱耦合,再通过优化纤芯直径和包层管的外径诱导y方向偏振模式与包层管表面模式发生相位匹配,造成y方向偏振模式泄露出纤芯。包层管间的缝隙引导高阶模式泄露出纤芯,而x方向偏振模式因包层管和嵌套管的厚度具有抑制耦合的作用而保持低损耗传输。最终得到一种工作波长为2.94 μm的保偏空芯负曲率光纤,x方向偏振模式的限制损耗为2.8×10^-2 dB/m,偏振消光比大于2×10³,高阶模抑制比大于100,双折射为1.4×10^-5。当光纤y方向弯曲,且半径为25 cm时,弯曲损耗为0.62 dB/m。     

渐变型太赫兹空芯波导的传输特性

研究了渐变型空芯波导(GTHW)在太赫兹波段的传输特性。基于几何光学方法,仿真分析了波导的输出光束质量和传输损耗特性。相比均匀型空芯波导,当光从渐变型空芯波导的大端传输至小端或沿相反方向传输时,渐变型波导具有特殊性能。当光从波导大端传输至小端,渐变型和均匀型波导具有相似的弯曲附加损耗,并且渐变型波导具有更高的耦合效率,便于与多种光源耦合;当光从波导小端传输至大端,渐变型波导的传输损耗和输出光束发散角更小。仿真了波导弯曲率、光源发散角和波导锥度等参数对传输损耗的影响。采用波长532 nm的半导体激光器作为光源,进行了验证实验。测量数据与仿真结果有很好的一致性。     

单模太赫兹量子级联激光器

为了获得窄线宽太赫兹光源,制作了基于表面金属光栅的单模太赫兹量子级联激光器。通过优化光栅结构,获得了具有较强耦合效率和较低损耗的光栅结构参数。波导结构采用半绝缘表面等离子体波导以便能获得较高的光输出功率。激光器单模激射波长为95μm。10 K时,器件最高单模输出功率达到了43 m W,单模抑制比为18 d B。单模器件工作温度超过70 K,在70 K时,仍然有5 m W的单模输出功率。这种输出性能良好的激光器有望作为太赫兹接收机的本振源。     

太赫兹量子级联激光器

太赫兹技术近年来发展迅速,应用越来越广泛,是当前的热门研究领域。太赫兹量子级联激光器是产生太赫兹辐射的重要器件,对太赫兹量子级联激光器的发展,以及有源区和波导层的设计等进行了详细讨论。     

水填充太赫兹空芯布拉格光纤温度特性研究

空芯太赫兹(Terahertz,THz)光纤因其损耗低 和易集成功能材料等优点是当前 研究热点。液态水在太赫兹频段具有的独特性质使其在太赫兹辐射、传感和器件等方面具有 多种潜在应用。本文设计一种带有水缺陷层的太赫兹空芯布拉格光纤(hollow core Bragg fiber,HCBF),并采用有限元法分析了其温度特性。结果表明,设计的太赫兹光纤在0.34 THz到0.44 THz频段内存在明显的温度可调的吸收峰,且限制损耗随 着水温的升高而增加。 同时,光纤具有较高的核芯功率比,其值均大于98.6%。本文所研究 的水填充太赫兹光纤在 研究太赫兹与液体相互作用、太赫兹调控器件等领域具有潜在的应用价值。     

金属波导连续光泵气体太赫兹激光器

针对紧凑型光泵气体太赫兹激光器(OPTL)技术,设计并研制了全金属波导结构的气体太赫兹(THz)激光器原理样机.THz激光器工作介质为CH_3OH气体,最佳工作气压30 Pa,在波长9.69μm、连续功率44 W的9P(36)支CO_2激光泵浦下,实验测得在2.52 THz频点输出功率150 m W,光子转换效率为8.4%.研究THz激光输出功率与CH_3OH工作气压、泵浦光功率的关系、以及THz激光输出稳定性,并通过压电陶瓷对THz激光腔长进行精密调节,同时测量输出功率的变化情况,讨论了金属波导THz激光器的纵模特性.实验工作与结果为下一步紧凑型折叠波导腔全金属OPTL的研制提供了参考.     

光抽运石墨烯太赫兹负动态电导率的理论研究

石墨烯特殊的零带隙能带结构和载流子弛豫特性,在研究太赫兹辐射源相干放大领域引起广泛关注。考虑带内和带间跃迁对电导率的贡献,研究了光抽运单层和多层石墨烯中非平衡二维电子-空穴系统的动态电导率特性。结果表明,在足够强的光抽运下,石墨烯中的粒子数反转能够使得动态电导率的实部在太赫兹频段内出现负值,这使基于石墨烯的太赫兹放大或受激辐射源成为可能。同时,通过研究动量弛豫时间、温度、层数、光强对石墨烯的负动态电导率的影响表明,石墨烯多层结构的动态电导率最小值的绝对值更大,作为太赫兹激光器的激活介质更具优势。     

太赫兹光纤研究进展

电磁频谱中的太赫兹波段正受到越来越多的关注,太赫兹光纤对于开发复杂太赫兹系统至关重要.本文综述了太赫兹光纤的导波机理、发展现状、最佳材料、制作工艺及其应用前景,讨论了其在短距离数据传输、传感和成像等方面的应用.     

一种红外波段低损耗空芯反谐振光纤的设计与研究

提出一种红外波段低损耗的空芯反谐振光纤,石英包层管为半圆半椭圆拼接结构,采用全矢量有限元法进行设计与研究。半椭圆管的半短长轴与半圆管的半径相等,将半圆管与半椭圆管进行拼接,改变半圆的半径以及半椭圆管的半长轴来改变靠近纤芯处的负曲率以及远离纤芯的正曲率,进而研究包层管的正负曲率对空芯反谐振光纤的损耗特性的影响,设计应用于1. 5~3. 0μm波段的低损耗空芯反谐振光纤。结果显示负曲率较小正曲率较大时限制损耗效果更好。当靠近纤芯处为圆形半管远离纤芯处为椭圆半管,圆形半径ry=25μm,椭圆的半长轴rx=65μm,半短长轴ry=25μm时,光纤最低限制损耗在波长2. 1μm处为8. 22×10^-2dB/km。     

内嵌Sagnac干涉结构的光纤环形激光器弯曲传感研究

本文报道了一种基于光纤环形激光器的弯曲传感 器,将基于单模-保偏-单模的光纤Sa gnac干涉结构作为弯曲传感元件和滤波器插入到光纤环形激光器中。光纤Sagnac干涉光谱的 滤波特性受保偏光纤弯曲曲率调制,在激光器环型腔内形成了曲率可调谐的滤波器,通过测 量激光输出能量实现光纤激光器内腔弯曲传感。本文从理论上分析了传感系统的工作原理, 并通过实验验证了高分辨率弯曲传感的可行性。实验结果表明,在0m－1~5.686 m－1曲率 范围内,传感器可达到的最大分辨率为6.5×10－8 m－1。采用激光器内腔强度调制方式,曲 率分辨水平从10－4 m－1提高到了10 －8 m－1。该传感器具有结构简单, 易于制造的特点,在建筑结构健康监测、结构微弯曲角度测量等领域有潜在的应用前景。     

Compact all-fiber gas Raman light source based on hydrogen-filled hollow-core photonic crystal fiber pumped with single-mode Q-switched fiber laser

We report a compact all-fiber gas Raman light source based on hydrogen-filled HC-PCF gas cell with a SM Q-switched fiber laser as the Raman pump source. Theoretical model of the hydrogen SRS based on HC-PCF pumped with Q-switched fiber laser is also analyzed. Simulated results show that the Stokes pulse is much narrower than the pump pulse, and both the Stokes pulse duration and conversion efficiency are increased with the pump pulse energy of the same duration pump pulses. The experimental results are in agreement with the theoretical results in change trend. For the 120 ns pump pulses with the repetition rate of 5 kHz, the threshold pump energy and conversion efficiency at the threshold are 1.146 μJ and 2.69%.     

1.63kW单纤单振单模连续全光纤激光器

报道了一种单纤单振单模连续全光纤激光器,工作波长为1 080nm,输出功率可达1.63kW。激光器使用7个输出功率为300 W、工作波长为976nm的半导体激光器(LDs)充当泵浦源,并利用短腔长结构成功地抑制了受激拉曼散射(SRS)。测试结果显示,所获得激光的光谱信噪比(SNR)大于40dB,1h内的功率不稳定度小于1%,光-光转换效率约为75.46%。此外,通过对光纤盘绕的合理设计,有效地抑制了光纤中的高阶模式,在满功率输出时成功地获得了单模激光(M2<1.1)。     

1180nm激光抽运Tm,Ho石英光纤激光器理论研究

建立了1200nm带激光抽运下Tm3+,Ho3+共掺石英光纤激光器的理论模型,用数值模拟的方法从理论上对该激光器的性能进行了研究,与实验结果进行了对比分析,以寻求对该激光器性能进行优化的空间。结果表明,在最大入纤抽运功率(3.1W)下,不管是仅Tm3+在3H4,3H6能级之间产生辐射(光纤长度为1m)还是Tm3+,Ho3+之间发生能量转移(光纤长度为3m)时,理论分析所分别获得的1.14W和733mW的输出功率,与930mW和650mW的实验结果比较一致,特别是发生能量转移时。     

基于太赫兹布拉格光纤的表面生物传感器

空心布拉格光纤在传感领域应用极为广泛。本文提出了一种基于带有缺陷层的太赫 兹(terahertz,THz)空心布拉格光纤的表面生物传感器,并对该传感器在太赫兹频段的细菌种类检测性能进行 分析。在太赫兹布拉格光纤中,高折射率光敏树脂层和低折射率空气层以纤芯为中心周期性 排列,在纤芯内壁沉积分析物引入缺陷模式。本文对提出的传感器性能进行了数值研究。仿 真结果表明,该传感器有很高的纤芯功率比,限制损耗在0.3 THz和0.45 TH z频 段有损耗峰,能得到可识别的特征频率,此特征频率用于细菌种类检测。当频率大于0.7 TH z时,该传感器可实现厚度无关的表面生物传感。本文所提出的基于太赫兹空心布拉格光纤 的 表面生物传感器可用于检测细菌种类,在微生物检测方面有很大的应用潜力。     

利用光纤曲率传感器测量轴向应变

为了实现对轴向线应变的测量,建立了光纤曲率传感器的轴向线应变测量系统。对系统中传感器的布置方式、敏感区的位置优化和测量系统的数学模型等进行了研究。根据光纤曲率传感器只对曲率变化敏感的特性,将传感器绕成圆弧形布置在被测物体的表面,并保持传感器敏感区表面与被测物体表面垂直;对传感器上的点在轴向力作用下的移动轨迹进行了分析,建立了轴向线应变与传感器曲率之间的数学模型;在上述数学模型的基础上,对传感器敏感区的位置进行了优化。最后,对聚氨脂橡胶块在电子万能实验机上进行压缩,使其产生轴向线应变,利用上述的测量系统对聚氨脂橡胶块的轴向线应变进行了测量实验。实验结果表明,本文系统的应变测量精度为0.002 8应变单位。     

1 kW全光纤激光器实验研究

研究了输出功率1 kW的连续全光纤激光器的实现方法。采用双端泵浦单谐振腔方式,通过优化增益光纤及光纤光栅参数,实现了工作波长1.08μm,最大输出功率1.03 kW的全光纤连续激光输出,光-光转换效率74.6%,斜效率75%。输出功率为272 W时光束质量M2x=1.39,M2y=1.43。分析了光束质量变差的原因,认为在高功率下光纤光栅、合束器及熔点导致原先在纤芯中传输的激光部分被泄露到包层中,在包层中传输的激光使光束质量变差。提出了进一步改进的方法。     

单频光纤激光器单纵模区间测量方法的研究

提出了波长计测量法测量1550 nm保偏光纤激光器单纵模区间,并与频谱扫描法、F-P腔法等测量方法进行了比较。实验结果表明三种测量方法得到的单纵模区间相同,说明波长计测量法也可以用于1550 nm保偏光纤激光器单纵模区间的测量。     

可见光波段空芯光子晶体光纤的实验研究

通过合理设计并采用改进的两次堆积法制备出了结构完整的空芯光子晶体光纤(HC-PCF).从实验中测得的透射谱可以看出,所制备的光纤在450～1100mm波段出现了5条宽窄不同的带隙结构.令人欣喜的是,最后观测到空芯中有显著的绿光传出.将带隙传光区域由近红外波段移至可见光波段,既有利于实验中带隙的观测,又为空芯光纤在可见光波段的应用开辟了广阔的前景.