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。     

多模干涉型B270-As2S8复合光波导的优化设计

为了更加完整有效地研究As2S8薄膜波导的饱和光阻断和非饱和光阻断效应及其应用,提出并设计出了一种新型的、可有效实现光阻断效应的多模干涉型B270-As2S8复合光波导结构,该复合波导的输入端和输出端与单模条波导同基集成。利用3维光束传播方法(BPM)进行仿真运行,结果显示,该复合波导的端接耦合效率可以达到94.53%,插入损耗仅为0.6dB。复合波导中的光场大部集中在As2S8薄膜中传输,并且具备了良好的导波传输特性,十分有利于光阻断效应的有效实施。     

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。     

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。     

氧化硅亚微米纳米线光波导的制备

介绍一种新的氧化硅亚微米纳米线光波导的制备方法。使用这种方法制备出的光波导具有良好的直径均匀性和表面粗糙度,满足低损耗传输的要求。纳米级的尺寸以及独特的光学特性,使得亚微米纳米线光波导在亚波长结构的微电子、光电子及光子器件中具有较好的应用前景。     

倏逝场照明的集成零模波导纳米孔芯片

为了降低零模波导照明系统的成本、缩小尺寸,设计并完成衍射光栅、光波导以及零模波导的片上集成,并对集成化芯片的微纳结构及性能进行验证.采用时域有限差分法对集成化芯片进行了仿真设计,基于微纳加工手段制备出片上衍射光栅、光波导以及零模波导阵列结构,对微观结构进行表征,并借助荧光微球对芯片的性能进行验证.通过荧光微球测试,制备...     

二氧化硅平面波导集成光开关器件研究

基于二氧化硅平面光波导平台,设计并制作了一种多模干涉马赫曾德型的低功耗热光开关。该器件结合了多模干涉耦合器的稳定性及二氧化硅波导和热光开关的低损耗等优势。经仿真,对器件参数进行了优化,并讨论了金属层与波导的间距对传输光强及功耗的影响。测试结果表明,该器件的结构稳定,偏振依赖小,插入损耗低于2 dB,能实现开关的转换,功耗为450 mW左右,开关响应时间为103 μs和113 μs,在1 564 nm工作波长下消光比超过16 dB,尺寸为2.30 cm×0.25 mm。该器件不仅与互补金属氧化物半导体工艺相兼容,同时与光纤之间也有较好的兼容性。二氧化硅波导光开关器件具有成本低,产量大,性能稳定的优势,能给光通信及光计算的未来发展提供可靠的基础。     

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。     

光波导中受控光信号时延研究

提出了一种光波导中全光等效光速减缓方法,并结合计算机模拟和实验结果进行分析。在光折变波导材料中采用掩模法光写入Bragg光栅。随后在波导背面用红拍频激光对Bragg光栅进行擦除,使局部光栅被擦除而形成移动腔,其内可存入并传输信号。通过改变拍频光的群速度的方法,达到控制光信号传输速度的目的。该系统提供了一种实现等效光速减缓的新途径。     

硅微光机械加速度地震检波器中M-Z光波导干涉仪结构设计

提出了一种新型的硅基M-Z干涉型光电集成加速度地震检波器。对硅基微光电机械加速度地震检波器的M-Z光波导干涉仪系统进行了系统研究和优化设计,采用K9玻璃作为基底层和包层材料,Bak7玻璃作为波导层材料,波导的宽度为4 μm,厚度为0.4 μm。M-Z光波导干涉仪的Y分支设计中采用上升反正弦S型弯曲,为适用于该干涉仪的信号臂和参考臂大跨距的特殊结构,应用波导转向镜实现了大角度光路转折,反射转向镜的内介质采用镀制金属铝膜得以实现,并利用BPM进行了仿真。为了防止TE模偏振光的偏振态经铝膜全反射后发生变化,加了4个长度为1 mm的TE模偏振器以保持其偏振态。实验结果与理论相符。     

磁致伸缩导波传感器换能效率估计方法

偏置磁场与磁致伸缩纵向导波传感器换能效率密切相关,为了解决磁致伸缩纵向导波检测中缺少传感器换能效率估计手段的问题,提出了一种估计永磁式磁致伸缩纵向导波传感器换能效率的方法。首先,从磁致伸缩导波能量转换的角度出发,建立了截面区域偏置磁场强度与导波接收信号幅值间的关系;其次,根据磁致伸缩纵向导波偏置磁场的作用机理,针对管道内磁场不均匀现象,提出了磁致伸缩纵向导波传感器换能效率的评估方法;然后,通过有限元仿真及实验对通过管道表面空气中的磁场强度表征管道内偏置磁场的可行性进行了验证;最后,通过实验确定了方法的有效性。该方法通过测量管道外表面空气中周向多个位置的轴向磁场强度表征管道截面内偏置磁场强度,利用偏置磁场强度与导波通过信号幅值关系曲线得到不同区域单元振动对导波信号的能量贡献计算得到加权幅值,并以此幅值为依据估计传感器的换能效率。实现了对磁致伸缩导波传感器换能效率的估计,为仪器智能化研究提供了基础。     

高偏振消光比铌酸锂波导调制器光路设计

设计了一种新的光路结构,用于提高LiNbO_3波导相位调制器的偏振消光比。光路特点是,在质子交换波导3dB功分器的输入端同基构造了Ti-LiNbO_3波导模式分离定向耦合的结构以实现TE导模与TM模分离,Y分支波导位置下沉以避免前向TM辐射模的窜扰。效果表现为,与保偏光纤端耦合寄生的TM辐射模得到了有效抑制,寄生的TM导模被定向疏散。1 550nm波长的BPM仿真运行表明,设计光路的偏振消光比达到87dB以上。     

基于SH模态导波杆的电站高温结构壁厚测量方法

提出了一种基于SH模态导波杆的电站高温结构壁厚测量方法,该方法使用导波杆将压电传感器与高温被测结构隔开。通过研究发现非频散SH模态导波能通过矩形横截面导波杆将导波信号由传感器导入到高温被测结构中。实验验证了通过特定夹具以干耦合方式将导波杆固定在被测结构表面可以获得较好的信号。使用2MHz中心频率下的汉宁窗调制正弦波信号实现了对处于不同温度被测结构壁厚的监测,室温（25℃）时,壁厚测量值与实际厚度相差0.016mm,高温被测结构实验信号也非常好,波速测量值与拟合曲线所得速度值误差范围为0.1%～2.5%。     

Plasmon-coupled tip-enhanced near-field optical microscopy

Near the cut‐off radius of a guided waveguide mode of a metal‐coated glass fibre tip it is possible to couple radiation to surface plasmons propagating on the outside surface of the metal coating. These surface plasmons converge toward the apex of the tip and interfere constructively for particular polarization states of the initial waveguide mode. Calculations show that a radially polarized waveguide mode can create a strong field enhancement localized at the apex of the tip. The highly localized enhanced field forms a nanoscale optical near‐field source.     

基于磁致伸缩效应在钢绞线中激励接收纵向导波模态的试验研究

对利用磁致伸缩效应在钢绞线中激励接收纵向导波模态的方法进行理论分析和试验研究。分析在公称直径为17.80mm的7芯钢绞线中纵向模态的传播特性。选取钢绞线外围钢丝中频率160kHz的L(0,1)模态用于钢绞线的健康检测。基于该模态的传播特性和钢绞线缠绕式外表面的特点,研制一种专用磁致伸缩传感器,用于7芯钢绞线的超声导波检测。该传感器的主要结构包括轴对称三磁路励磁结构和正反正绕向的三段式螺线管。三磁路励磁结构用来产生强度适合且均匀的偏置磁场,并设计专用夹片以降低钢绞线不规则外形所造成的空气磁阻。螺线管每段绕线的有效轴向宽度为频率160kHz的L(0,1)模态波长的一半。利用研制的磁致伸缩传感器,在长1180mm的自由钢绞线中进行超声导波的激励接收试验。试验结果表明,该传感器可以激励和接收选定的纵向模态L(0,1),为基于磁致伸缩效应的钢绞线超声导波检测奠定了一定基础。     

基于激光测振仪的兰姆波离面和面内位移检测

激励模态和频响特性是超声导波传感器性能评估的两个重要指标,而传统的传感器,如压电传感器和电磁声传感器(Electromagnetic acoustic transducer,EMAT)等,受自身带宽和模态选择性的影响,无法有效地实现这两个参数的评估。激光测振仪可以测量结构中弹性波原始的离面和面内位移,且测量不受带宽的限制,因而是进行超声导波传感器激励模态测定和频响特性测量的理想方法之一。采用此种方法对一种周向一致激励兰姆波的EMAT进行测试,结果表明,此传感器在150～210 kHz的范围内能激励产生出单一S0模态兰姆波,在50～150 kHz范围内,A0模态与S0模态共存。利用激光测振仪检测离面和面内位移的方法,是进行传感器评估和兰姆波接收的有效方法,在超声导波的非接触测量、高温波导体检测及弹性波传播3D可视化方面也有广阔的应用前景。