亚波长导模共振滤波器的研究概况

基于导模共振效应的亚波长滤波器具有高峰值效率、宽窄带以及低旁带等特点,是一种性能优良的滤波器结构。简要介绍了导模共振滤波器的基本理论、分析方法和一维双层亚波长光栅结构,从可调谐、多通道以及彩色滤光三个应用方面总结了导模共振器件的研究进展,并分析了关键技术和技术难点。阐述了该器件的重要研究意义和应用价值。     

模型驱动的光纤光栅波长解调系统性能分析

为了揭示波长扫描方法中影响光纤光栅波长解调性能的因素,并为该方法的进一步发展提供必要的理论依据,开展了波长解调系统建模、仿真与实验研究工作。首先,根据信号的传输路径,建立了波长解调系统模型,并对波长解调原理进行了深入分析;接着,通过仿真计算详细研究了系统中光滤波器带宽、扫描范围与扫描范围内的有效采样点数、压电位移器的迟滞性与非线性对波长分辨率、误差等的影响;最后,搭建了光纤光栅波长解调系统,并进行了实验分析。实验中,通过改变系统参数得到了与仿真分析中相同的结论,当解调频率为10 Hz时,光纤光栅波长分辨率达到0.25 pm,当解调频率为100 Hz时,光纤光栅波长分辨率达到2.5 pm,实验结果验证了系统模型的有效性。     

倾斜光纤光栅周期对其透射谱的影响

倾斜光纤光栅作为一种特殊结构的光纤光栅,近年来受到了研究人员的广泛关注。基于模式耦合理论,仿真研究了光栅周期对倾斜光纤光栅透射谱的影响规律。研究结果表明,纤芯导模与包层模的波长差和光栅周期之间存在良好的线性关系。利用这一结论可提高倾斜光纤光栅在应变测量中的灵敏度和检测精度,且能够实现单光纤多测量的目的。     

基于严格耦合波理论的亚波长光栅优化设计

亚波长衍射光栅的衍射效率不但与入射光的特性有关,而且与光栅结构和折射率等参数有关。采用严格耦合波理论对亚波长光栅的衍射效率公式进行了推导,对不同光栅结构参数(周期、槽深,占空比)和光栅脊、槽的折射率的亚波长衍射光栅的衍射效率进行了数值计算并用MatLab软件进行仿真模拟,光栅槽深与周期的比值为0.425,占空比为0.507,并且光栅脊、光栅槽的折射率为2.37时,得到具有最佳滤波和衍射效果的亚波长光栅的优化结构。     

基于平膜片和悬臂梁的光纤光栅压力响应特性研究

提出一种基于平膜片和等强度悬臂梁的组合式光纤光栅压力传感结构,应用材料力学和耦合模原理,分析得出了粘贴在悬臂梁上的双光纤光栅的中心波长偏移量与外界均匀压力成正比的结论,并应用软件仿真模拟了基模谐振波长的压力漂移特性。结果表明:布拉格谐振波长随压力线性增长,双光栅的组合使用,提高了测量灵敏度,解决了温度交叉敏感问题,这一结论对光纤光栅的生产和应用有一定的指导作用。     

法诺光栅的共振特性研究

针对亚波长光栅的共振特性,设计了一种基于法诺共振的亚波长光栅并研究了其共振特性。利用光学模拟软件FDTD Solutions对该光栅结构进行数值模拟,在可见光波段,对影响光栅性能的周期、折射率、占空比等光栅参数进行了研究,从而得到了一种共振强度高、谱线精细、共振峰位置可控的法诺共振谱线。该研究成果可用来研制1 nm精度的光谱滤波器。     

多共振峰圆形光栅滤波器

提出了一种导模共振圆形光栅滤波器,以实现它在可见光范围内的多波段滤波。理论分析了圆形光栅滤波器在同一入射波偏振条件下形成多个共振峰的原因。通过微纳加工技术在硅基二氧化铪材料上实现了光栅层约为70nm的圆形光栅薄膜结构。利用一维线性光栅对圆形光栅的反射谱进行了模拟,通过角分辨微纳反射谱测试系统获得了该光栅滤波器在不同入射波偏振条件以及不同入射角时的反射谱。实验表明,在特定的光栅周期以及占空比条件下(如光栅周期350nm,占空比0.5),当线性偏振光正入射时,该圆形光栅滤波器形成了两个共振峰(505nm处和575nm处),与模拟结果基本符合。另外,光栅占空比相同时,随着光栅周期的增加,共振峰会向较长的波段偏移。实验显示:通过设计不同结构的亚波长圆形光栅,可以实现可见光范围内多个特定波段的滤波作用。     

非连续线性啁啾取样布拉格光栅型多信道光纤滤波器的设计

介绍了一种基于取样布拉格光纤光栅获得多信道光纤滤波器的方法。通过设计一种非连续阶梯型啁啾取样的布拉格光栅结构,可以分别实现单个信道宽度为50,100和200GHz的光纤滤波器。光纤滤波器的每个信道的宽度几乎完全相同,具有平顶、峭沿和高透射率特点,相邻信道间隔离深度超过28dB,平均插入损失不超过0.1dB,3dB带宽内相位响应起伏在5～30ps。利用介绍的方法制作具有相应非连续线性啁啾系数的全息相位掩模板,易于制作,成本低,重复性好。通过改变相应的光纤光栅参数,可以实现不同信道宽度的,性能稳定、可重复性高的光纤滤波器,在高速光通信系统以及光互连中有着非常好的应用前景。     

利用双参考光纤光栅的光纤光栅传感解调系统

光纤Bragg光栅是一种波长调制型光纤器件,利用光纤Bragg光栅反射波长对某外界参量(即待测量)的敏感效应,可以研制出光纤光栅传感器.对于光纤光栅传感系统而言其关键技术是如何解调,而在使用可调谐F-P滤波器解调时,只是注意避免光纤光栅的交叉敏感,却忽略了对可调谐滤波器的稳定性考虑.通过对可调谐F-P滤波器性能的分析,利用双参考光纤光栅得出基于可调谐F-P滤波器解调的准分布式光纤光栅传感解调系统,该系统对于外界环境稳定性好,测得数据可靠.     

基于梳状滤波器的光纤光栅传感系统解调方法

针对现有光纤光栅解调系统存在的非线性和温度敏感性现状,提出并实验验证了一种基于梳状滤波器的波长解调方案。通过测试分析了梳状滤波器和可调谐Fabry-Perot滤波器的光学特性。并利用光学仿真软件Optisystem构建试验平台进行仿真计算,仿真结果和理论结果具有很好的一致性。搭建了解调实验平台,通过温度特性试验,实现了光纤光栅传感器对温度良好的线性特性。测试结果表明:系统精确度较高,测量误差小于3 pm,波长均方误差小于1.4 pm。     

Narrow linewidth tunable external cavity diode laser using wide bandwidth filter

We demonstrate single mode operation of an external cavity diode laser (ECDL) employing an interference filter with multimode bandwidth for mode selection. A cateye reflector maximizes feedback efficiency and reduces susceptibility to intra-cavity optical misalignment. Narrow linewidths of 26 kHz are observed, and the laser can be tuned over 14 nm using a single 785 nm filter, without alteration of the output beam direction. The cateye reflector and filter allow a mechanically rigid design free of significant mechanical resonances, illustrated by comparison of the frequency noise spectrum with that of a common Littrow ECDL design using a diffraction grating and kinematic mount.     

半导体环形光延时线的非线性传输特性研究

长链的串联谐振腔结构可构成慢光传输的光延时线色散补偿器件,能有效补偿光纤传输的色散,补偿光纤长距离传输造成的脉冲失真。从非线性薛定谔方程的数值解法出发,详细分析了长链微环谐振器的周期性波导结构的各种非线性效应。分析并得到了几个关键系数(二阶色散,三阶色散,非线性系数)对长链微环结构的影响,做出了工作模式分区图以及在不同光学参数下的长链微环谐振结构的传输特性。该分析方法对于半导体环形光延时线的结构设计以及性能优化具有一定的指导作用。     

Fiber optic pressure sensor based on a single-mode fiber F–P cavity

In this paper, we propose and experimentally demonstrate a pressure sensor based on birefringent single-mode fiber F–P cavity using optical heterodyne. The proof of concept device consists of a light source, a polarizer controller, a modulator, a RF generator, a single-mode fiber Fabry–Perot cavity, a strain inspector, an erbium doped fiber amplifier, a filter, a polarizer, an optical spectrum analyzer, and a digital communication analyzer. The dynamic range of the proposed sensor is explored. The results demonstrate the new concept of fiber pressure sensors and the technical feasibility for pressure measurements.     

光镊系统随机漂移建模和误差补偿

针对光镊系统本身噪声对测量精度的影响,提出了一种光镊系统随机漂移误差的有效补偿方法。首先,介绍了时间序列分析法和卡尔曼滤波技术,基于时间序列分析法建立了光镊的随机漂移误差模型;然后,用基于时间序列模型的卡尔曼滤波方法来减小该漂移误差。采用提出的方法对光镊设备实测数据的误差进行了补偿,结果表明：数据的误差方差由补偿前的188.90 nm²减小为8.41 nm²。计算补偿前后的艾伦方差可知,系统在平均时间为1 s时可使最小位移误差从 0.7 nm降低到0.1 nm。得到的结果显示：提出的滤波方法有效地抑制了光镊系统的漂移误差,将其用于双光镊对准可提高捕获光和探测光的对准精度,进而提高光镊系统的性能指标。     

Determination of hexavalent chromium with a high-performance optical microring resonator

An optical microring resonator model that allows for the measurement of low concentrations of hexavalent chromium was numerically investigated with the finite element method. The optical microring resonator based on whispering gallery modes was optimized in terms of microring radius, microring width, and gap distance. Thus, the optimization of these geometric parameters has been illustrated. A free spectral range of 3.2?nm, full width at half maximum of 0.10?nm, quality factor of 5,485, and finesse of 31.66 make the high-performance device suitable for the measurement of hexavalent chromium. The reduction in optical intensity at the resonance wavelength of 542?nm strongly depends on the imaginary part of the refractive index. The excellent performance of the sensor clearly showed a linear trend of optical intensity with increasing concentration of hexavalent chromium.     

光纤色散法测量闪烁体脉冲光谱

提出了一种利用光纤波长色散测量脉冲光谱的方法.由于具有较宽光谱的脉冲光在一定长度的光纤中传播时会发生波形展宽,需要根据测量和标定结果校正展宽的波形才能得到光源的实际光谱曲线.标定时首先利用ps级脉冲光源对测量系统进行时间响应标定,得到系统的时间响应函数;接着测量不同波长光的走时,得到不同波长的群折射率;最后测量光纤中的光谱衰减,得到各种波长的相对衰减或传输效率.利用以上3个标定结果,对波形进行数字逆卷积,并进行走时校正和衰减系数校正,即可对所得到的波形进行恢复.经实验测量和数据处理,得到了一种红光闪烁体的发光光谱曲线,其中心波长与用其他方法测到的中心波长的差小于2 nm,谱线形状基本一致.研究显示,在脉冲光的脉冲宽度远小于其色散展宽时,可以利用光纤的波长色散对脉冲光的光谱进行测量.     

分光测色仪中的光谱仪系统

根据分光测色仪的应用需要,对分光系统、光电接收系统及相关电路组成的光谱仪进行了模块化设计,以方便仪器的整体设计、装调和测试。考虑分光测色仪是非成像光学仪器,故提出用光纤来连接各光学模块。根据应用需求提出了光谱仪的主要技术指标,所设计光谱仪很好地完成了球差和彗差的校正。分析了用滤光片消除二级衍射光谱的方法,解决了光纤和光谱仪数值孔径不匹配的问题。研制了光谱仪系统,其外形尺寸为130mm×90mm×45mm。实验测试显示,在狭缝宽度为50μm时,光谱仪各波段的光谱分辨率都可以达到2nm。对光谱仪进行了波长定标,定标精度小于0.2nm,整个工作波段占401个像元,满足1nm的波长输出间隔的设计要求。该光谱仪的可弯曲光纤和电子线路便于整机灵活布局与模块拆卸,同时方便单独测试。所述方法为分光测色仪的整机研制与测试打下了良好的基础。     

基于光纤激光频率分裂效应的折射率 / 厚度 双参量测量研究

折射率作为光学系统中应用最广泛的光学参数之一,对系统的光学性能具有极其重要的影响。 厚度与折射率所组成的 光学长度直接影响双折射器件在光学系统中的时延特性。 本文提出一种基于光纤激光频率分裂效应的折射率/ 厚度双参量测 量方法。 该系统通过对插入激光腔内的双折射器件进行旋转,利用频率分裂效应对不同角度的器件的双折射参数进行测量。 基于双折射器件中的折射率椭球,建立相位延迟、折射率、厚度和旋转角度之间的关系,通过拟合计算得到器件的折射率/ 厚度 参数。 实验结果表明,通过该系统对双折射元件的厚度测量误差为 210 nm,本征折射率进行测量误差为 10 -5 ,可广泛应用于红 外波段的双折射器件的本征折射率/ 厚度双参量测量。     

输入图像尺寸和伸缩因子对二维Morlet子波变换的影响

简述了二维光学子波变换理论,用计算机模拟方法研究了伸缩因子对子波变换的影响,发现伸缩因子过大会使变换后的图像的边缘变模糊。得出了合适的伸缩因子值,用计算机模拟和光学实现方法研究了输入图像尺寸对子波变换的影响,实验结果与计算机模拟相一致,认为合适的输入图像尺寸应保证输入图像的频谱范围与子波匹配滤波器的频谱范围相一致,才能使二维Morlet子波变换提取清晰的图像边缘特征。