飞秒激光在掺Yb~(3+)磷酸盐玻璃中刻写双线型光波导的研究

利用重复频率为50 k Hz,中心波长为790 nm,脉冲宽度为140 fs的飞秒激光脉冲在掺Yb3+磷酸盐玻璃中刻写双线型光波导。研究了双线间距,激光脉冲能量和刻写速度对波导形成的影响,并测试了不同刻写参数下波导的导光模式。实验结果表明,在双线间距为35μm,激光脉冲能量为1.0μJ,刻写速度为600μm/s的条件下写入的光波导导光性能最优;利用近场模式重建了激光诱导该波导的折射率二维分布,波导区域相对于基质的最大折射率改变为1.5×10-4,并利用散射法测试了波导的传输损耗,传输损耗为1.56 d B/cm。发现了波导具有偏振导光现象,偏振态平行于双线方向的激光可以导通,偏振态垂直于双线方向的激光不能导通。     

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。     

飞秒激光直写透明光学材料光波导的研究进展

综述了飞秒激光直写光波导的加工过程和表征方法、可直写形成光波导的不同透明光学材料以及直写光波导应用的进展。总结了飞秒激光直写引起的折射率变化与材料有关,同时还依赖于加工的脉冲能量、脉冲宽度、偏振以及扫描速度等。指出飞秒激光微加工在光子器件领域的有很好的应用前景。     

兆赫兹飞秒激光脉冲制备“珍珠串”光波导

对纳焦量级的高重频飞秒激光在玻璃内部制备"珍珠串"光波导进行了研究。在制备过程中向外辐射出白光连续光谱,实验结果表明飞秒激光脉冲能量和运行速度对"珍珠串"光波导的形成有较大影响,在激光脉冲能量10.5 nJ,玻璃运行速度为0.2 mm/s情况下制备的"珍珠串"光波导结构较好,"珍珠串"的横向宽度为19μm,"珍珠串"的间隔周期为20μm。制备的"珍珠串"光波导能对玻璃内传输的He-Ne激光进行有效约束。最后对玻璃内部制备"珍珠串"光波导的机制进行了分析。     

飞秒激光加工光波导的工艺与传输特性研究

利用飞秒激光横向直写方式加工光波导,采用散射光测量法分析了光波导的传输损耗。为了提高光波导的传输性能,分析了不同数值孔径的聚焦物镜、加工速度和加工能量对光波导传输损耗的影响。实验结果表明,聚焦物镜数值孔径为0.25,激光功率为6 m W,加工速度在45~60μm/s时,飞秒激光加工的光波导具有较好的传输性能,其传输损耗低于-0.2 d B/cm。     

用飞秒激光在石英玻璃体内写入光波导和光栅的研究

用飞秒激光在石英玻璃写入了光波导和光栅等结构。飞秒激光辐射照形成波导效应时的折射率改变量为0.001至0.008。折射率的改变量依赖于飞秒激光脉冲辐照的剂量和功率密度。通过Raman光谱和AFM图像,研究了波导区的物质结构变化,并对飞秒激光写入过程的物理机制进行了探讨。     

飞秒激光直写磁光玻璃波导研究

用飞秒激光在硼铝硅酸盐类磁光玻璃中直写光波导 。对比了 飞秒激光在TG20和TG28两种Tb³⁺浓度不同的硼铝硅酸盐玻璃中的磁光波导的效果 ,并研究 了飞秒激光脉冲的能量和偏振对波导的模式以及Verdet常数的影响。实验结果表明,圆偏振 光具有更低的 阈值能量,且诱导的折射率增量高于同功率的线偏振光,首次在实验上证明飞秒直写加工硼 铝硅酸盐磁光 玻璃时,折射率的改变主要源于离子键的三或四光子吸收过程。磁光系数测量表明, 飞秒激光的功 率与偏振对TG28中波导Verdet常数的影响较弱,Verdet常数损失量小于体材料的15%,而在TG20中 却可以达到70%。实验结果表明,TG28比TG20更适用于飞秒激光加工 磁光微结构,即通过对 磁光玻璃中掺杂离子浓度的选择,可以实现高磁光系数、高折射率调制的光学微结构的制备 。     

飞秒激光在透明介质中制备波导器件进展

飞秒激光脉冲通过非线性相互作用可以在透明介质内部诱导载流子的激发、弛豫和折射率改变,从而用于制备光波导器件。飞秒激光无法比拟的高度局域三维加工能力使其在有源和无源波导器件制备中被广泛研究。综述了飞秒激光在多种透明介质中诱导折射率改变的机理、波导器件制备的实验进展和波导性能优化技术,分析了其研究趋势和应用前景。     

基于OCDR的飞秒激光直写光波导微结构在线监测

飞秒激光直写技术具有无掩模、真三维、高精度等优点，在透明介质光波导器件立体加工中具有很好的应用前景。然而，实际加工中需根据目标材料的特性反复探索和优化加工参数，过程繁琐且复杂。提出了一种基于光相干域反射仪（OCDR）在线监测飞秒激光在已有波导中直写加工微结构或器件的新技术，以光纤波导为例研究了激光脉冲能量、脉冲频率及直写速率对加工结构回波反射特性的影响，并分析了反射特性与加工工艺参数的对应关系。研究结果表明：通过OCDR反射曲线突变点能够快速准确地确定引起材料性质改变的激光能量和脉冲频率的阈值条件，且根据曲线变化趋势和反射峰特点可判断材料性质改变类型；此外，通过分布式测量激光直写反射曲线，可获得加工速率对加工效果的影响规律。该技术为波导内飞秒激光直写微结构或器件工艺参数的摸索提供了一种非破坏、高效、在线的解决方案。     

飞秒激光实现微机电系统加工短流程工艺

为探讨采用飞秒激光直接刻写样品取代传统光刻掩膜版方式来实现微机电系统(MEMS)加工短流程工艺的可行性,采用中心波长为800nm、脉宽为50fs的激光对100硅片(薄膜为350nm～500nm厚的氮化硅)进行实验,分析了飞秒激光材料加工特性.分析和实验结果表明,飞秒激光比纳秒、皮秒激光更适用于短流程工艺.MEMS加工短流程工艺减少了加工流程,缩短了加工周期.通过对激光脉冲能量和平台移动速度的控制可实现精确微加工.     

脉冲激光周向探测地面目标捕获建模与仿真

针对对地攻击火箭弹单发毁伤概率低的问题,设计了一种激光周向探测系统,旨在提高对地攻击火箭弹的目标捕获概率。推导了平面目标脉冲激光回波波形的解析式及最小可探测光功率,并结合对地攻击火箭弹的末端弹道特性,建立了激光周向探测系统的弹目交会模型。运用蒙特卡罗算法仿真分析了对地攻击火箭弹采用不同探测系统时目标捕获概率随脉冲激光重复频率和扫描转速的变化规律,探讨了弹速和命中精度对于目标捕获概率的影响,获得最佳激光重复频率与扫描转速。仿真结果表明:当脉冲激光重复频率为5 kHz,扫描转速为10000r/min时能实现目标的有效捕获;采用激光周向探测系统能有效提高目标捕获概率,提升单发毁伤效能,为激光周向探测系统在对地攻击火箭弹上的应用提供了理论依据。     

高功率1060 nm半导体激光器波导结构优化

针对高功率1060 nm半导体激光器的外延结构,分析了影响器件功率进一步提高的原因.根据分析,优化了激光器的量子阱结构和波导结构,并理论模拟了波导宽度对模式和输出功率的影响.根据不同模式的光场分布,对量子阱有源区的位置进行了优化,并设计了非对称、宽波导结构.对不同模式的限制因子进行了计算,结果表明,优化后的非对称波导结构能够在降低基模的限制因子的同时,增加高阶模式的损耗.     

激光扫描速度对碳钢板表面锈蚀层去除质量的影响

采用光纤激光器开展了碳钢板表面锈蚀层激光清洗研究,通过白光干涉仪、光学显微镜、拉曼光谱仪等研究了激光扫描速度对锈蚀层去除质量的影响。研究表明,当激光扫描速度小于2 000 mm/s时,因光斑搭接率高,热累积效应强,试样表面出现基材熔化重凝现象,同时试样表面发生二次氧化,生成了复杂的铁的氧化物膜层,此时试样表面粗糙度最小。当激光扫描速度增加到3000 mm/s时,试样表面锈蚀层去除干净,露出金属基底本身色泽,基材表面二次氧化减弱。当线速度继续增加时,因光斑搭接率低,锈蚀层吸收的激光能量少,仅有部分锈蚀被去除,试样表面开始出现残留锈蚀层,且随着线速度的增加,残留锈蚀层和试样表面粗糙度增加。通过调节扫描速度可以获得较好的除锈效果,工艺优化后,激光功率为120 W时,除锈效率达到1.5 m2/h。     

高功率光纤激光焊接铝合金焊缝成形特征研究

为了探究铝合金高功率光纤激光焊接焊缝成形特征与规律,采用高斯光束与平顶光束对3mm厚5052铝合金进行激光对焊,对比分析了不同光束模式下的焊缝成形特征与激光功率、扫描速率对焊缝成形的影响。结果表明,平顶光束焊接主要为热导模式,熔池呈U型,易产生气孔、裂纹等缺陷; 高斯光束焊接有4种模式,随着激光功率和扫描速率的变化,4种模式相互转化,深熔焊模式下,熔池形貌呈“丁字”型; 扫描速率为20mm/s时,高斯光束有效深熔焊的下、上临界功率密度分别为8.8×105W/cm2和9.2×105W/cm2; 激光功率为2.7kW时,高斯光束有效深熔焊的下、上线能量分别为77J/mm和90J/mm; 在满足深熔焊所需功率密度条件下,线能量可作为激光深熔焊接的一个判据,线能量和功率密度对焊接模式与熔池形貌共同起决定性作用。     

Semiconductor laser diode optical amplifiers/gates in photonicpacket switching

In this paper, we will describe how semiconductor laser diode optical amplifiers/gates can be used in the photonic packet switching systems based on wavelength division multiplexed (WDM) techniques. First, we show that cross-gain modulation (XGM) can be suppressed when the device is used in the transparent condition of the waveguide material even when the input signal power exceeds +18 dBm. We then discuss an appropriate encoding for the optical signal. Experimental results show that high bit rate Manchester-encoding enables the use of semiconductor laser diode optical amplifiers/gates in the gain condition as well as the transparent condition. Finally, a new photonic packet receiver which utilizes a semiconductor laser diode optical amplifier as a packet power equalizer is proposed. This receiver accepts 17 dB power fluctuation at nanosecond speed for 10 Gb/s Manchester-encoded signal     

Ultralow internal optical loss in separate-confinement quantum-well laser heterostructures

Internal optical loss in separate-confinement laser heterostructures with an ultrawide (>1 smm) waveguide has been studied theoretically and experimentally. It is found that an asymmetric position of the active region in an ultrawide waveguide reduces the optical confinement factor for higher-order modes and raises the threshold electron density for these modes by 10–20%. It is shown that broadening the waveguide to above 1 μm results in a reduction of the internal optical loss only in asymmetric separate-confinement laser heterostructures. The calculated internal optical loss reaches ∼0.2 cm⁻¹ (for λ≈1.08 μm) in an asymmetric waveguide 4 μm thick. The minimum internal optical loss has a fundamental limitation, which is determined by the loss from scattering on free carriers at the transparency carrier density in the active region. An internal optical loss of 0.34 cm⁻¹ was attained in asymmetric separate-confinement laser heterostructures with an ultrawide (1.7 μm) waveguide, produced by MOCVD. Lasing in the fundamental transverse mode has been obtained owing to the significant difference in the threshold densities for the fundamental mode and higher-order modes. The record-breaking CW output optical power of 16 W and wallplug efficiency of 72% is obtained in 100-μm aperture lasers with a Fabry-Perot cavity length of ∼3 mm on the basis of the heterostructures produced. __________ Translated from Fizika i Tekhnika Poluprovodnikov, Vol. 38, No. 12, 2004, pp. 1477–1486. Original Russian Text Copyright ? 2004 by Slipchenko, Vinokurov, Pikhtin, Sokolova, Stankevich, Tarasov, Alferov.     

“猫眼”效应用于主动式激光侦察的适用条件分析

阐述了用激光主动扫描法侦察远方(隐蔽的)观察、瞄准仪器的原理及实验技术。以红外物镜为例,运用矩阵光学追迹法对影响“猫眼”效应回波强度的因素作定性、定量分析。研究结果表明,回波强度受光学仪器内部反射面倾斜和离焦的影响较大,扫描光束的入射角和物镜相对孔径等因素对回波强度也有一定影响。例如在主动扫描装置距被探测观瞄仪器约1000m、扫描光束的入射角为0.3 rad条件下,反射面离焦及倾斜使得侦察装置接收到的回波能量与发射脉冲能量之比由理想条件下的3.3%分别下降到0.03%和0.016%。     

Phase mapping of optical fields in integrated optical waveguidestructures

The phase evolution of optical waves in a waveguide structure has been studied with a heterodyne interferometric photon scanning tunneling microscope. Both phase and amplitude of the local optical field are measured with subwavelength resolution. Topographical maps of the waveguide surface are obtained simultaneously with the optical information. Unexpected phase patterns, with phase jumps and phase singularities, have been observed. The phase patterns can be fully understood by taking into account the total field that is the sum of the optical fields of the various modes. We show that with the unique spatial phase information, the relative field profiles and wave vectors of all the excited modes in a multimodal waveguide structure can be determined independently     

扫描速度对300M钢熔覆C276涂层组织及性能的影响

为了提升300M超高强度钢表面的耐蚀性能,在300M钢表面通过激光熔覆技术制备出四组扫描速度分别为5 mm/s,8 mm/s,11 mm/s和14 mm/s的涂层试样,通过光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、EDS能谱仪、显微硬度仪、摩擦磨损机、电化学工作站仪器分别表征涂层的宏观形貌、显微组织、物相组成、元素分布、硬度性能、摩擦磨损性能和耐腐蚀性能。结果表明,300M钢熔覆C276后,涂层的耐蚀性和硬度都得到增强,但耐磨性能较原基体变差,涂层形貌受扫描速度的影响,扫描速度越大,平整度越趋于平整,且金属光泽也逐渐加深,同时在不同参数下的涂层物相种类未发生明显变化,主相均为Ni-Cr-Co-Mo,在扫描速度8 mm/s的参数下,涂层具有最高的硬度较基体提升约36.2%,同时也具有更佳的耐蚀性能与其他力学性能。     

激光扫描速率与熔覆层组织性能的规律研究

为了研究在激光熔覆修复工艺中，激光扫描速率对最终形成的熔覆层性能的影响，采用同步送粉法，利用激光熔覆工艺在QT500球墨铸铁上制备了不同扫描速率下的镍基合金熔覆层样本；利用金相显微镜观察熔覆层的显微金相，并使用显微硬度计对熔覆层显微硬度进行了测定与分析，取得了熔覆层样品的硬度、显微金相组织以及样品稀释率等数据。结果表明，在其它条件不变下，随着激光扫描速率的增加，熔覆层组织更加致密、均匀，熔覆层的平均显微硬度得到了显著提高；以激光功率为1.9kW、扫描速率为5mm/s、光斑直径为4mm等参量得到的熔覆层组织与性能最优。此研究对激光熔覆表面强化工艺中合理选择工艺参量提供了理论依据。