基于热扩芯光纤的光纤准直器特性研究

为了提高光纤和光器件之间的耦合效率,设计了由热扩芯光纤和自聚焦透镜构成的新型热扩芯光纤准直器。理论上分析了热扩芯光纤准直器的基本结构参数与光学特性的关系以及由3种失配导致的耦合插入损耗。研究发现,热扩芯光纤准直器的耦合特性与自聚焦透镜的参数有关,热扩芯光纤准直器在轴向间距和角度偏差上的耦合失配容限明显优于普通光纤准直器,横向位移损耗则高于普通光纤准直器。采用模场半径为15.4μm的热扩芯光纤与自聚焦常数为0.295mm-1的自聚焦透镜制备了热扩芯光纤准直器,并对热扩芯光纤准直器因3种失配导致的耦合插入损耗进行了理论和实验比较,结果表明实验数据与理论吻合较好,说明所设计的热扩芯光纤准直器可用于长距离光耦合和旋转连接器件。     

基于光纤准直器的反射式盐度传感器

设计了一种新颖的光学盐度传感器,该传感器采用基于光纤准直器结合双通道反射原理而设计,特别适用于长距离的盐度值测量（盐度值在设计中用不同浓度的氯化钠溶液表示）。为了验证该传感器的性能,设计并实施了一个对比实验。实验系统是基于菲涅耳反射原理的双通道系统,一路通道接测量传感器,另外一路通道接普通的带保护层的光纤端子。主要创新点和先进性是:普通的光纤准直器可直接用作盐度值测量传感器,尤其是实验表明该传感器的信噪比至少比普通光纤头式传感器高6.11 dB,等价测量距离至少延长了30 km。实验同时表明温度的影响值为0.005 16 dB/℃,温度对测量值影响很小,而且该传感器系统还可以有效消除光源和外界环境带来的干扰。     

光子带隙光纤准直器回波损耗研究

研究了一种光子带隙光纤准直器。为了降低回波对光源的干扰,通常光纤准直器的回波损耗不应低于60 dB。由于带隙光纤端面没有反射,因此满足这一条件的带隙光纤准直器GRIN透镜入射面的倾斜角与普通光纤准直器不同。从高斯光束通过光学系统的一般模型出发,利用矩阵光学和高斯光束耦合理论,推导了光线传输矩阵。结合实际应用中光纤及GRIN透镜的参数,仿真分析了尾纤与GRIN透镜之间的间距及GRIN透镜的参数对准直器回波损耗的影响。结果表明,镀有增透膜时,当光子带隙光纤准直器的GRIN透镜入射面倾角等于3时,回波损耗大于60 dB。研究结果对进行光子带隙光纤准直器的设计具有指导意义。     

保偏双光纤准直器的研究与设计

从理论分析了光在自聚焦透镜中的传播性质，进而提出了保偏双光纤准直器的设计和研制，实验结果表明。该保偏双光纤准直器具有良好的插损，回损等性能，并且能成功的运用于偏振光合束器中。     

ZEMAX在多模光纤准直器设计中的应用

利用ZEMAX软件进行多模光纤准直器的设计.在ZEMAX开发环境下建立多模光纤准直器光路系统的理论模型,通过人工优化的方法,设计并制作了可调焦的多模光纤准直器.仿真结果与实际结果相一致,证实了利用ZEMAX进行多模光纤准直器设计的可行性和准确性.利用所建立的模型,分析了各种因素对光纤准直器耦合效率和准直度的影响.     

准直器型扩束光纤连接器插入损耗的设计和控制

扩束光纤连接器是一种特殊的非接触式光纤连接器,具有抗污染能力强、机械寿命性能优越及抗振动冲击能力强的特点,但工程化设计及制造难度大。通过对准直器型扩束光纤连接器的工作原理和插入损耗影响因素的研究,提出了降低该类连接器插入损耗的设计和控制措施,并总结出了一套行之有效的装配调试方法,希望为准直器型扩束光纤连接器的设计和制造提供参考。     

一种新型光纤准直器封装方法

提出了一种基于数字图像处理技术的光纤准直器封装方法.先由CCD获取光纤插针端面的图像,并通过算法计算出光纤插针端面的投影面积;再由给定的数学模型计算出光纤插针的相位,据此由控制系统对光纤插针进行旋转调节,使光纤插针的斜端面与自聚焦透镜(GRIN)斜端面基本保持平行;然后由光学仪器监控进行微调,便能快速使斜面插针到达最佳装配位置,保证输出的光功率最大.系统由CCD摄像机、图像采集卡和由VC 开发的处理软件等构成,并由计算机控制其装配全过程.实验表明,本文提出的光纤准直器装配方法,其相位可控制在±3°内,满足光纤准直器装配精度要求.     

多通道紧凑型波分复用器件的光纤准直器设计

目前中国5G通信前传网络采用波分复用(WDM)技术方案,有效解决了光缆铺设和空间占用等资源浪费困扰.根据设计方案需求6波、12波及18波无源合波/分波器,而针对无源波分器件,从其体积尺寸和光学参数两方面进行对比,说明多通道紧凑型波分器件(CCWDM)都优于多个器件串接方式.其中光纤准直器是必不可少的光纤零部件,尤其是多...     

一种用于激光二极管阵列快慢轴同时准直的新型准直器

利用光学软件ZEMAX优化设计并实际制作了一种可用于激光二极管阵列(LDA)快慢轴同时准直的新型准直器件,这种准直器利用三维精密调节系统对D型光纤的侧面进行刻蚀,在D型光纤的纵向上形成一个微型柱透镜阵列,其折射率与光纤折射率相同.利用这个微型柱透镜阵列对激光二极管阵列的慢轴进行准直,同时利用D型光纤横向上D型结构对激光二极管阵列的快轴进行准直.准直后的光束发散角为1.82 mrad×10.4 mrad,功率损失在10%以下.     

C-lens准直器回波损耗的理论计算与分析

用矩阵光学和几何光学的方法计算了C-lens准直器的回波损耗，分析了影响回波损耗的各主要因素，并给出了回波损耗对各影响因素的响应曲线，对C-lens光纤准直器的设计和优化具有一定指导意义。     

自适应元器件在激光加工中的应用

在激光加工技术中,自适应光学元器件的应用越来越广。介绍了自适应反射镜和透镜的原理及其在一般激光切割、厚钢板的激光锯切和三维激光焊接中的应用。     

自适应光学中变形镜的研究

大气对激光束的湍流效应是制约激光通信技术发展的一个主要因素,研究发现自适应光学技术可以有效的缓解激光束在大气中传输受到的影响。自适应光学系统由探测器、控制器和校正器3部分组成。首先由探测单元和控制单元确定控制信号,然后通过控制器改变变形镜的镜面,以达到校正波前的目的。变形镜是自适应光学系统中实现波前校正的关键器件．其特性将直接影响系统对波前光束的改善结果。通过对变形镜的工作原理、分类、技术要求和性能指标的研究．该系统补偿效果达到90％。     

基于多GPU的液晶自适应光学波前处理器

为了满足4 m天文望远镜液晶自适应光学系统的波前处理要求,研究了基于多GPU的波前处理器。介绍了液晶自适应光学波前处理方法。分析了用于匹配4 m望远镜的哈特曼探测器数目、Zernike模式数和液晶校正器驱动单元数。详细论述了多GPU下波前处理方法,包括:单GPU下计算斜率;按列分块法拟合Zernike系数;Zernike对称性算法和按行分块法计算液晶校正器灰度图。最后,分析了匹配4 m望远镜的液晶自适应光学系统的残余误差传递函数,并由此模拟了残余误差传递函数的幅频响应。实验结果表明,斜率计算延迟18 μs,Zernike系数拟合延迟39 μs,校正器灰度图计算延迟114 μs。多GPU下总的波前处理延迟171 μs,小于哈特曼探测器采样时间500 μs,液晶自适应光学系统-3 dB残余误差抑制带宽可达53 Hz。满足4 m天文望远镜的应用要求。     

液晶自适应光学在天文学研究中的应用展望

液晶波前校正器作为一种高单元密度的新型波前校正器件,通过相息图的衍射可以轻松实现十微米的波前位相校正量。因此,基于液晶波前校正器的自适应光学(LCAO)系统是21世纪天文观测领域非常有希望普及的系统。但是液晶波前校正器存在响应速度慢(10ms)、能量利用率低的双重问题,国际上一直处于探索研究中。本课题组不但解决了能量问题,而且在速度方面不断取得进步,所研制的LCAO系统与1.23m口径望远镜连接,清晰观测到土星及其环绕的光环带,分辨出4.8和5.5视星等的α-Com双星,成像分辨率达到1.8倍衍射极限分辨率;目前系统延迟时间只有2ms,可以说已达到工程应用水平,在装备8~10m级大口径天文学望远镜方面极具应用潜力。     

用于自适应光学系统的几种新型可变形反射镜

将MEMS技术用于自适应光学系统具有重大意义.本文从原理及制作工艺上论述了几种新型的可变形反射镜,为下一步的深入研究打下基础.     

折反式周视红外成像系统光学设计

为增大周视成像系统视场的同时有效降低红外光学系统的复杂度,采用折反式光学结构,通过反射镜及透镜光焦度的合理分配,引入衍射面。分别设计了视场为360°×（-40°～50°）的折反式一次成像非制冷红外周视成像光学系统及视场为360°×（-30°～50°）的折反式二次成像光学系统。其工作波段为8～12 μm,光学系统F数为1.2。该系统可实现360°全方位和一定俯仰角度范围内凝视成像。设计结果表明,该系统的结构简单紧凑,后截距大,成像良好,在空间频率20 1p/mm处的调制传递函数(Modulated Transfer Function, MTF)值大于0.4,能满足应用需求。     

A simplified free-space adaptive optics system against atmospheric turbulence

Optical free-space communications have the distinct advantages over conventional radio frequency and microwave systems in terms of information capacity and increased security. However, optical carrier frequencies drastically suffer due to atmospheric turbulence. This effect is a random process and time-varying process; therefore, it is very difficult to overcome the effect. Adaptive optics is the technology used to mitigate chaotic optical wave-front distortions in real time by measuring the wave-front distortion with the help of a sensor and then adapting the wave-front corrector to lessen the phase distortions and ultimately to recover a closely approximated signal to its original counterpart. But these systems are too expensive and large. This study employs the various aspects of Adaptive Optics system, such as wave-front corrector, wave-front sensors and analytical analysis of open and closed-loop systems using loop equations, in order to make free-space optics communication links more vulnerable against atmospheric turbulence and wave-front phase distributions. The purpose of this study is to investigate a wave-front sensorless adaptive optics system, which would provide reduced complexity, size and cost.     

无波前传感自适应光学神经网络控制方法

针对无波前探测自适应光学系统,研究了基于神经网络的波前控制方法.建立了无波前探测自适应光学仿真模型,分别采用卷积神经网络(Convolution Neural Network,CNN)和普通神经网络(General Neural Network,GNN)作为控制算法,远场光斑图像为神经网络的输入信号,一定阶数的泽尼克模...     

宽带天线罩物理光学算法中的自适应网格技术

任意形状天线罩物理光学算法中，需要将天线罩外形网格化，由于宽带天线罩工作带宽校宽，固定尺寸网格模型无法满足表面积分一致性收敛要求，特别是在高频端，在工作站的UG平台上也无法生成极细化网格。本文提出了一种自适应的网格细化技术，以低频网格为基础，随频率自动细化网格，实现了表面积分的一致性收敛，在保证精度的前提下，使计算时间最小化。     

激光聚光系统中激光光学与几何光学设计参数间的差异研究

针对一结合激光光学理论设计的激光聚光系统,本文运用矩阵光学理论精确地计算了高斯光束经过该系统变换后的主要设计参数,并与几何光学的设计参数进行了比较。