基于蚁群算法的二维多层亚波长光栅结构设计

提出一种适用于长波红外波段的二维偏振无关亚波长光栅结构。利用对称二维结构消除一维光栅的偏振相关性,增加光通量。提出光栅优化评价函数,将光栅结构参数优化转化为路径寻优问题。最后利用蚁群算法求解最优光栅结构参数。仿真结果表明,提出的二维多层结构在10～13 μm波段具有偏振无关、窄周期、窄带宽、低旁带的优点。提出的优化设计方法收敛速度快,优化后的光谱曲线横电波（TE）和横磁波（TM）偏振方向透射率均达到70%,带宽260 nm。     

发光二极管光谱参数测试方法的研究

影响发光二极管（LED）颜色的光谱参数有：峰值波长、带宽、主波长和质心波长。峰值波长和带宽反映了LED发光的物理特性，主波长反映了LED发光的目视感觉，质心波长是LED的几何对称波长。用分光光度法和CCD器件测量LED的光谱参数，精度达1nm。用质心波长来估算主波长，误差小于3nm。     

光谱巡天科学级紫外光栅的研制

不同于国际上其他空间项目采用光栅切换的光谱获取方式,中国空间巡天望远镜采用近焦面拼接光栅的方式获取大视场、宽波段无缝光谱,波长覆盖范围为250～1000nm,光谱分辨率R≥200。国内紫外透射衍射光栅的天文应用尚在起步阶段,制作难度高,且不能从国外获得。经过多年努力,光栅性能在近期获得了较大提升。本文针对紫外光栅的科学应用性能和使用条件,分析了衍射光栅制作参数的优化,给出了衍射效率随入射角、入射光偏振态以及光栅槽形结构参数的变化规律。相关数据对在轨流量定标具有借鉴价值。通过选用不同的光栅结构参数对衍射效率特性进行分析,发现了紫外光栅峰值波长与顶角投影在每个周期上的比值之间的近似线性表达关系。本文讨论了满足科学需求的参数许可域,并将其用于控制光栅制作参数。多次试验后,光栅槽形结构参数和形状得到了精确控制,获得了性能优异的衍射光栅。制作的光栅线密度为333line/mm,闪耀角为12.51°,峰值效率波长控制在315nm,紫外波段实测峰值衍射效率为72.3%,平均效率为65.1%。该光栅的槽形、波前质量等均控制在较高水平,衍射波前质量均方根(RMS)达到0.06λ,峰谷值(PV值)达到了0...     

光通信波段亚波长光栅偏振器的设计与分析

亚波长周期结构光栅具有传统光栅所不具有的特殊特性。基于矢量衍射理论-耦合波分析法对矩形亚波长光栅的衍射效率进行了理论计算,针对光通信中的1 550nm波长设计了一种基于SOI衬底的亚波长偏振光栅,分析了光栅周期、光栅深度、占空比和光栅结构的变化对其偏振特性的影响。仿真结果表明,当光栅的周期为960nm,槽深为230nm,占空比为24%时,可使TM模式的透射率大于95%,TE模式的透射率小于5%,且矩形的光栅结构相对于三角形和圆形的光栅结构具有更好的偏振性能,可有效用于光开关、光隔离器、激光器、光探测器等半导体光电子器件。     

结构参量对脉冲高斯光束布拉格衍射特性的影响

利用二维耦合波理论,研究了体光栅对时间和空间都为高斯型分布的脉冲激光光束的衍射性质,得到了衍射和透射光振幅的解析表达式.讨论了体光栅的结构参量对衍射光束的空间和频谱强度分布以及衍射效率的影响.结果表明,体光栅的波长选择带宽和衍射光束带宽随着结构参量的增大而增大,衍射效率随着入射脉冲时间宽度的增大而增大,并趋于定值,结构参量值越小,达到饱和的速度越慢,饱和值越大.     

基于光子晶体1×3谐振腔滤波器的研究

考虑到滤波器输入波导中入射电磁波和反射电磁波的相位差,通过CMT理论分析了不同设计情况下的工作性能,然后优化设计了光子晶体1×3谐振腔滤波器结构.用FDTD方法研究了滤波器工作特性,改变1×3谐振腔下侧调谐柱位置得到滤波器结构的96个不同通带峰值波长平均正规化传输率为89.6%,相邻峰值波长平均间隔为1.25nm、平均传输带宽为1.19nm、谐振腔平均品质因数为1350.2、提取的峰值波长调谐范围在1534.04～1653.16nm.结果表明:该滤波器具有正规化传输率高、带宽窄、波长信号提取强度平稳等特性.其结构在密集型波分解复用(DWDDM)系统设计、光信号传感器件设计、密集型光路集成化设计等领域具有潜在的应用价值.     

基于定向耦合的可见光三波长合波器

本文提出了一种基于定向耦合的可见光三波长合波器,该器件由两级定向耦合器级联而成,实现可见光波段中三波长合成。以常见的635nm,532nm以及488nm三波长为例,提出具体的设计方案与结构参数,整个器件的长度为2500um,用BeamPROP软件对该器件进行模拟,各个波长的插入损耗小于0.15dB。     

基于光子晶体光纤和飞秒激光源的近红外波段宽带孤子和可见区高效色散波产生的实验

将钛宝石激光器产生的飞秒激光脉冲泵浦实验室自制的高非线性双折射光子晶体光纤,脉冲的中心波长为820 nm,位于光子晶体光纤的接近于零色散的反常色散区.实验结果表明:随着泵浦功率的增加,一阶孤子的中心波长发生了红移,同时产生的色散波的中心波长则发生蓝移进入可见光区.当泵浦功率达到0.45 W时,色散波与残余泵浦的输出功率比为42.67,色散波的带宽达到81 nm,而处于近红外波段的红移孤子带宽可达231 nm.利用高非线性光子晶体光纤产生近红外波段宽带孤子和可见区高效色敬波的实验对飞秒激光频率转换和光谱展宽具有很好的借鉴意义.     

红外复合宽带波片的研制

波片延迟片是光学系统中常用的一种重要光学器件。通常所指的λ/2和λ/4波片是对某特定波长而言的 ,当光波波长偏离该特定波长时 ,其位相延迟量也将随之发生变化。在光谱整形、激光调谐和光通讯等领域中经常使用宽带波片 ,它在一定带宽内的延迟量是相同的。国内大多数的厂商一般只能生产单波段波片 (带宽仅± 4 0nm) ,本文用计算机仿真设计了红外宽带高精度复合波片 ,采用石英晶体材料加工出来的复合波片性能与设计指标符合得较好。波片适用范围为 12 0 0～ 16 5 0nm ,中心波长为 1390nm ,λ/2 波片的位相延迟量范围为 180 .0°± 3.6°,λ/4波片的位相延迟量范围为 90 .0°± 3.6°,即相位延迟误差λ/10 0。     

EPON全业务承载系统

1烽火通信EPON光接入解决方案 烽火通信EPON系统基于GEPON技术,采用单纤三波（1550nm、1490nm、1310nm）的应用模式,其中1550nm波长用来承载CATV业务,1490nm和1310nm两个波长可为用户提供高达1Gbit／s的对称共享带宽。     

电子束泵浦XeF(C→A)激光的实验研究

给出了电子束泵浦XeF(C→A)准分子激光的实验资料并作了一些初步分析,这些结果是在选用最佳混合气体(对应电子束横向激发采用8大气压Ar,16托Xe,8托NF3;对应纵向激发采用2大气压Ar,8托Xe,3托NF_3)条件下得到的。着重研究了光学谐振腔对宽带内波长调谐性和输出功率的影响。用纵向电子束激发,在74毫微米宽带范围内(从455毫微米到529毫微米)得到了连续可调谐的窄带激光输出。当用棱镜作为色散元件时,其线宽约为5毫微米;如果用衍射光栅代替棱镜则线宽可窄至1毫微米左右。     

飞秒激光在LiNbO3晶体上烧蚀衍射光栅

利用脉冲宽度为50 fs,中心波长为800 nm,重复频率为1000 Hz的乜秒激光脉冲在LiNbO3晶体上烧蚀表面衍射光栅,采用632.8 nm的He-Ne激光测量不同光栅的衍射效率.在激光脉冲能量和光栅常数相同的情况下,烧蚀速率由20 μm/s增大到200 μm/s时,所加工光栅的1级衍射效率从1.7%增大到2.3%;如果光栅常数和烧蚀速率不变,将激光脉冲能量由70 nJ增大到110 nJ,所加工光栅的1级衍射效率从1.9%减小到1.3%;随着光栅常数的增大,在LiNbO3晶体上烧蚀光栅的各级衍射效率也随之增加.对实验结果进行理论分析表明,可以通过提高烧蚀速率、降低激光脉冲能最和增大光栅常数来提高飞秒激光加工光栅的衍射效率.     

晶体位错处理对X射线衍射性能的影响

为提高晶体对波长为0.1~20 nm的X射线的衍射效率,通过特殊工艺对特定晶体表面进行位错处理。将云母、α-石英和LiF晶体劈成80 mm×10 mm的晶体薄片,其中LiF晶体厚度研磨到1 mm,其余三种晶体厚度为0.2 mm。将LiF晶体加热到400 ℃,然后用椭圆型折弯机进行多次弯曲,自然冷却降到室温,使晶格发生位错现象。在波长为0.154 nm的Cu靶X射线衍射仪上进行衍射试验,经晶体后利用成像板或X射线CCD获得衍射谱线,其中Mica球弯晶获得多级衍射谱线,经过表面处理的LiF晶体获取的X射线光子数比未处理的高2倍。结果表明晶体表面经过位错处理后提高了衍射效率,更适合X射线诊断研究。     

硅基片上刻蚀衍射光栅及其平坦化设计

刻蚀衍射光栅（EDG）作为实现波分复用功能的关键器件,对于片上光互连的实现至关重要。为了实现1310nm波段通道间隔为20nm的硅基EDG,采用了基尔霍夫标量衍射理论仿真方法进行理论设计和仿真验证,通过在闪耀光栅反射面引入布喇格反射光栅来提高反射效率、降低器件插入损耗,并在入射波导处引入多模干涉耦合器以实现通道频谱平坦化设计。结果表明,闪耀光栅反射面的反射效率由35%提高到了85%,1dB带宽达到12nm。这对于提高系统稳定性、增大传输距离和容量、降低系统成本具有显著作用,能够满足光互连系统的实际应用需求。     

宽谱光源对CMOS阵列电串扰的影响

CMOS阵列探测器中,像素单元间的串扰会影响其成像质量。为了解不同光源对CMOS电串扰的影响,针对CMOS图像传感器的电串扰特性建立了一个分析模型,结合CMOS图像传感器的工作原理定量计算了单色光、宽谱光源入射条件下的电串扰特性。分析结果表明CMOS图像传感器的电串扰随单色光波长、宽谱光源谱宽和中心波长的增大而增大,但中心波长与单色光波长相同的宽谱光源,其对电串扰的影响大于单色光。辐照功率为600 W,单色光波长为1 064 nm,电串扰大小约为50.611 mV;宽谱光源中心波长为1 064 nm,谱宽为400 nm时,电串扰的大小约为50.914 mV,相比于单色光电串扰增加了约0.303 mV。     

硅薄膜太阳电池高效陷光结构的研究

利用严格耦合波分析方法和模式传输线理论,对硅薄膜太阳电池结合DBR（Distributed Bragg Reflector,分布布拉格反射器）和衍射光栅的叠层底部背反射器结构进行了优化设计。结果表明,光栅周期、光栅厚度和光栅宽度分别为0.5λg、0.18λg、0.48λg（λg为硅的带隙波长）以及对应的DBR中心波长为0.85μm时,太阳电池对光子的总吸收最强,且总吸收的提高主要来自于对长波光子的吸收增强,提高了薄膜太阳能电池对长波光子的陷光能力。     

基于时域有限差分方法的点衍射波前误差分析

小孔的直径影响小孔衍射波前的误差,进而会影响点衍射干涉(PDI)检测的精度。基于矢量衍射理论中的时域有限差分(FDTD)方法,精确分析了可见光情况下衍射小孔直径接近以及小于入射光波长时所对应的衍射波前相对于标准球面波的偏离误差。数值仿真结果表明,当小孔的直径为400 nm时,所对应的数值孔径为0.65的衍射波前的误差峰谷值小于1 nm,而误差均方根值小于0.35 nm。随着小孔尺寸的减小,其衍射波前的误差进一步减小。仿真结果原理上验证了小孔点衍射干涉方法用于实现大数值孔径球面的高精度检测的可行性,并为实际检测中点衍射小孔尺寸的选择提供了精确的数值依据。     

All-optical wavelength conversion with large wavelength hopping by utilizing multistage cascaded SOA-based wavelength converters

A novel broadband wavelength converter by multistage cascaded semiconductor optical amplifier (SOA)-based wavelength converters is proposed. We have demonstrated, for the first time, broadband wavelength conversion in the wavelength range of 1320-1610 nm by using three-stage cascaded SOA-based wavelength converters with each different gain band.     

制作光纤光栅用相位掩模的衍射行为研究

利用严格耦合波理论对用于光纤光栅制作的相位掩模的衍射特性进行了深入的研究.研究发现,在紫外写入波长(248 nm)下,为了使零级衍射效率＜5%,且±1级的衍射效率＞35%,相位掩模的刻槽深度必须控制在230～280 nm,占宽比必须控制在0.48～0.65.同时,与标量衍射理论的结果进行了分析对比.这些都为相位掩模的实际制作提供了有意义的结果.     

消偏振二维二元闪耀光栅设计

为减小成像光谱仪的偏振敏感度并提高其定量化探测精度,提出一种透射式消偏振二维二元闪耀光栅。它在两个正交方向上都具有周期性槽形单元,每个槽形单元包含7个子周期。每个子周期的介质占空比在两个方向上是独立的,可同时调制TE和TM偏振态的等效折射率,以此优化光栅偏振特性。本文将等效介质理论拓展到二维情况,设计了以熔石英为基底,工作波段为0.6~0.8μm的高衍射效率消偏振二维二元闪耀光栅。光栅两正交方向周期分别为3.31μm和0.473μm。仿真结果表明,在参考波长0.7μm处TE和TM偏振态衍射效率分别为79.5%和79.6%,0.6~0.8μm波段范围内TE和TM偏振态衍射效率均高于70%,偏振敏感度低于2.6%。与一维二元闪耀光栅相比,二维二元闪耀光栅具有高衍射效率、低偏振敏感度和易制作的优势。所得结论可用于指导实际应用中透射式二元闪耀光栅的设计,可望在光栅型高光谱成像仪中得到应用。