中红外4 μm波长下MgF2晶体脊形光波导的制备及特性研究（特邀）

为了研究离子与中红外晶体相互作用的机理,探索中红外晶体光波导的制备和性能,采用离子辐照技术结合精密金刚石刀切割,在MgF₂晶体材料中制备了深度17.5 μm、宽度14 μm的脊形光波导。采用SRIM软件模拟了C5+离子辐照MgF₂晶体的电子能量损伤和核能量损伤的过程,分析了波导的形成机理;模拟了波导的折射率变化,并对波导的近场模式进行了实验测量和理论模拟;采用热退火处理来降低波导的传输损耗,将传输损耗降低为0.4 dB/cm;微拉曼光谱证明离子辐照过程并未对MgF₂晶体波导区造成较大的晶格损伤。该工作表明,离子辐照技术结合划片机精密切割是一种十分成熟的脊形波导制备手段,制备的MgF₂晶体脊形光波导在中红外集成光学和光通讯领域具有广泛的应用前景。     

蝶形纳米天线调控的超高品质光子-等离激元混合微腔

具有超高品质因子的光学微腔是构造各种集成光子器件的重要组件，以光子晶体微腔为基础的混合微腔为实现强烈的光和物质相互作用提供了一个新颖的平台，在腔量子电动力学、集成单光子源、量子计算等方面都具有十分广阔的应用前景。本文基于双异质结构光子晶体微腔，结合蝶形金纳米天线等离激元结构，设计实现了一种可见光波段的新型光子-等离激元混合微腔，并通过改变蝶形金纳米天线的间隙、角度、长度、厚度、相对位置等结构参数，利用三维时域有限差分法研究了等离激元纳米结构对混合腔的品质因子、有效模式体积、品质因数的调控规律，模拟结果显示，混合腔的有效模式体积和品质因数分别始终稳定在10^-6(λ/n)³和10⁸(λ/n)^-3数量级，最佳品质因数值可达5.730689×10⁸(λ/n)^-3，优于其他类型的微腔。     

光子晶体技术--(二)光子晶体光波导

简介了二维(2-D)光子晶体结构和通过在光子晶体中引入线缺陷形成的光子晶体光波导。重点介绍直波导、弯波导、Y分支光波导和光子晶体光波导与光纤的耦合。     

高双折射类椭圆纤芯光子晶体光纤设计与分析

为了改善传统光纤灵敏度低、损耗高和非线性效应不易控制的问题,设计一种新型高双折射、低损耗和高非线性的类椭圆纤芯光子晶体光纤(PCF)结构。基于全矢量有限元法,通过COMSOL分析研究了光纤端面的空气孔直径和位置对双折射、限制损耗、模场特性和非线性等特性的影响。仿真结果表明:所设计的PCF结构在波长为1.550μm处的双折射率达1.918×10^-3,x和y极化偏振方向的限制损耗分别为Lcx=1.6×10^-3dB/km和Lcy=8.0×10^-4dB/km,非线性系数达到9.4 km^-1W^-1,且满足单模传输,实现了高质量、高精度的光信号传输与传感。     

高速重复微微秒YAG:Nd激光系 统及其宽频带可变波长

近年来，使用10^-11~10^-13秒的时间宽度极短的光脉冲微微秒光谱学，多以液体和固体为对象进行。为此目的，研究了各种技术，但最基本的是研制可以稳定地，并可能重复振荡、时间宽度短而质量高的光脉冲激光器。但是还难以说这种技术已充分过关了。     

对热核聚变靶进行球形加热的12路大功率激光装置“Deifin”

本文描述了对热核聚变靶进行高温球形加热的12路大功率激光装置“Delfin”。装置包括具有最终的光能量1万焦耳、光脉冲持续时间10^-10~10^-9秒和辐射的发散度约5×10^-4弧度的钕玻璃激光系统，用于激光辐射和等离子体相互作用的真空室，以及研究激光参量和等离子体参量的一套诊断系统。激光系统的光学方案和结构特色正在考虑。分析了不同的辐射聚焦方案，描述了照射靶的高度球对称“Delfin”聚焦系统，这种系统允许在靶面达到的最大通量密度为10¹⁵瓦/厘米²。激光等离子体研究的一些最重要问题和解决这些问题的一般诊断法正在考虑。     

基于腔损耗扫描寻优的光腔衰荡高反射率测量

针对目前腔失调参数与腔损耗之间的映射关系并不明确，调腔过程中腔相对失调量亦不明晰等问题，提出一种基于腔失调参数扫描的腔损耗寻优调腔方法。该方法通过腔镜倾斜调节量的扫描寻优，以光腔衰荡时间为判据寻找初始腔和测试腔相对失调优化的腔状态。实验结果表明：通过该方法，对同一高反射率待测样片6次实验测量结果的测量重复性精度相比传统方法由1.26×10^-4提高到约9.83×10^-6，测量重复性峰谷值由3.25×10^-4提高到2.7×10^-5，测量结果更稳定，表明该方法能获得腔参数相对失调更小的调腔状态，为在初始腔反射率较低的光腔衰荡测量系统中抑制衰荡腔相对失调提供了一种解决方案。     

飞秒激光在钛蓝宝石晶体中刻写双线型波导的研究

钛蓝宝石晶体作为一种重要的激光介质,具有宽带的吸收光谱及宽带可调谐的发射光谱等特性,使其在集成光学中有广泛的应用前景。这里利用重复频率为1 k Hz,中心波长为800 nm,脉冲宽度为120 fs的飞秒脉冲激光在钛蓝宝石晶体中横向刻写双线型波导,系统地研究了激光写入晶体深度、刻写速度以及波导双线间距对波导导光情况的影响,在写入激光脉冲能量为2μJ,写入深度为175μm,刻写速度为90μm/s,波导双线间距为26μm的条件下,得到一组导光模式较优的双线波导并发现其具有偏振导光现象。利用波导的近场模式强度分布重构了其折射率分布图,得到最大的折射率增加量为1.9×10-4。用散射法测试了光波导的传输损耗为1.82 d B/cm。     

远紫外电离层高光谱成像仪杂散光抑制研究

电离层空间环境复杂，紫外波段辐射能量微弱，如何抑制远紫外高光谱成像仪杂散光是研究远紫外电离层高光谱载荷的重要环节。依据系统技术要求，给出单超环面光栅型高光谱成像仪杂散光抑制方法，首先分析杂散光的主要来源和传播路径，利用UG软件设计消杂光结构，使用LightTools软件仿真不同视场和不同光栅衍射级次下接收面的能量响应，评估杂散光抑制效果。结果表明：视场外杂散光能量和视场内光线能量量级相差10^-5～10^-7，光栅非工作衍射级次光线能量和工作级次能量量级相差10^-6～10^-8，中心波长处光谱杂光系数为0.9975%，所提方法满足空间远紫外高光谱遥感指标要求。     

LiTaO3晶体的生长及其光学性能的研究

采用硅钼棒作加热体，用提拉法生长ＬｉＴａＯ＿３晶体。测试了晶体的光折变阈值、双折射梯度和消光比。用ＬｉＴａＯ＿３晶体制成光波导基片，全息法研究光波导基片的光折变性能，取得良好的结果。     

GeSbSe光子晶体波导结构设计及传输特性研究

利用平面波展开法计算Ge Sb Se基质光子晶体带隙,研究光子晶体波导中带隙与空气孔(或介质柱)半径的变化关系,并结合光子晶体波导的工作波长,设计出周期为500 nm,半径为150 nm的三角晶格空气孔型Ge Sb Se光子晶体波导。采用时域有限差分法模拟所设计的直线型光子晶体波导和60°弯曲光子晶体波导的传输特性,模拟结果显示在传统结构光子晶体波导中,直线型光子晶体波导具有很高的光学传输效率,但在60°弯曲型波导中的传输效率较低,分析原因为光子晶体波导直线区域与弯曲区域光的传播模式不同。因此对60°弯曲型Ge Sb Se光子晶体波导进行了结构优化,优化后的光子晶体波导可以在较宽的波长范围内具有很高的传输效率。     

国产金刚石实现峰值功率MW的拉曼激光输出

<正>金刚石晶体作为自然界最坚硬的物质，不但其化学性质稳定，且具有极宽的光谱透过范围(>0.23μm)、超高的热导率(>2000 W·m^-1·K^-1)和低热膨胀系数(～1.1×10^-6 K^-1)等优异的光学性能和热物性。结合金刚石晶体高的拉曼增益系数(～10 cm/GW@1μm)和大的拉曼频移(1332.3 cm^-1)等突出的非线性光学特性，金刚石晶体在产生高功率特殊波长激光方面具有巨大的优势。     

电子束控CO激光器发射特性的理论研究

对发射长脉冲（10^-4~10^-3秒）电子束控CO激光器的光谱、阈值及能量特性作了研究，该研究建立在速率方程的数值解上，这个速率方程组描述了：CO分子振动能级的粒子数；由在CO分子振动级间的跃迁引起的受激发射；及在这种气体转动-平动温度中的变化。     

用ГСГГ:Cr3+，Nd3+晶体放大单脉冲

铬离子和钕离子激活的钆-钪-镓石榴石(ГСГГ:Cr3+,Nd3+)晶体在钕的激光上能级能够有效地贮存泵浦能量与最佳有效振荡跃迁截面σ_эф=(1.7±0.3)10^-19 cm2，有希望制成有较大增益、高效率的激光放大器。在本工作中测量了弱信号的增益系数，实现了保证弱信号放大超过10³倍的ГСГГ:Cr3+,Nd3+晶体的小型双程激光放大器。     

激光频率标准

以分子吸收线作基准对激光频率(波长)进行稳定，稳定度很快就突破大关， 1973年达到了10^-12量极的水平。其后，这工作在美、苏、日、德、英、法等国展开，均确切地获得了10^-12~10^-13的稳定度，并尝试向10^-14目标进军。     

高双折射低损耗条形纤芯光子晶体光纤设计

目前新型光子晶体光纤(photonic crystal fiber, PCF)在太赫兹波段(Terahertz, THz)内的研究不断深入，在满足高性能的同时也要保证较低的损耗，才能应用得更加广泛。针对0.9～1.4太赫兹波段，提出了一种具有高双折射、低色散、低损耗的光子晶体光纤，通过在纤芯包层中引入条形空气孔，形成不对称结构，提高特性，在0.9 THz～1.4 THz波段内进行特性研究。仿真结果显示，在1 THz时可达到0.076的双折射特性，同时最低可达到0.027 ps/(THz·cm)的近零平坦色散，限制损耗在1 THz时为10^-9 dB/m数量级，有效模场面积为10^-4 m²数量级。     

自聚焦型光波导纤维的结构及其信息传输速率的理论分析

从玻璃体中离子扩散方程出发,得出了熔盐法和双坩埚法制成的自聚焦型光波导纤维中严格的折射率分布公式;并计算了用这种离子扩散规律制成的自聚焦型光波导纤维的信息传输速率;说明用这种方法制成的光波导纤维,可以传输极高速率(1千兆比特/秒/公里以上)的光信息。     

含随机介质的光子晶体波导特性

提出了一种光子晶体波导与随机介质相结合的特殊型波导的设计方法。基于光子晶体波导模型,建立了ZnO随机介质作为线缺陷的光子晶体波导模型,采用时域有限差分(FDTD)法分析了ZnO随机介质的加入对光子晶体波导系统的频率特性、时域特性及增益特性的影响,并且与纯随机介质系统和含有线缺陷的光子晶体波导系统进行对比。分析结果表明,当在光子晶体波导的缺陷层引入ZnO随机介质时,随机介质使得光在缺陷处振荡并得到放大,局域化程度比纯随机介质系统和纯光子晶体波导系统更高;且光与随机介质的相互作用使得光在波导中时间延长,激光阈值降低。这种光子晶体波导可用于制备可嵌入到集成光路领域和低阈值的微型激光器。     

基于单个槽波导微环谐振器法诺共振的折射率传感

法诺线型的不对称和窄线宽特性有利于实现具有高传感灵敏度和低可探测极限的折射率传感。采用三维时域有限差分法,基于槽波导设计了微环谐振器和法布里-珀罗腔的耦合结构,实现了法诺线型谱线,并利用其提升折射率传感器的性能。不同于已报道的多微环级联等复杂结构,基于单个槽波导微环实现了法诺线型谱线,并在波长探测传感方案下得到传感灵敏度为500 nm/RIU,可探测极限为4.00×10^-5 RIU;在强度探测传感方案下,传感灵敏度为7.24×10⁴ dB/RIU,可探测极限为5.52×10^-6 RIU。     

微微秒光脉冲的测量

由于以锁模为首的激光脉冲技术的进展，现在已能容易地得到从微微秒(10^-12秒) 到亚微微秒(10^-13秒)的宽度极短的光脉冲。这种超短光脉冲，对于以很高的时间分辨率阐明光和物质的相互作用是非常有用的，同时也被用于单模光纤的大容量光通信、高精度激光雷达以及激光核聚变的研究。对于涉及这许多方面的微微秒光脉冲的应用研究，欲要定量地估价所得的研究结果，微微秒领域的光脉冲的计测将成为不可缺少的基本技术。