Author Affiliations
Abstract
1 College of Internet of Things Engineering, Hohai University, Changzhou 213022, China
2 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
3 Department of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
In modern optics, particular interest is devoted to the phase singularities that yield complicated and twisted phase structures by photons carrying optical angular momentum. In this paper, the traditional M-line method is applied to a vortex beam (VB) by a symmetric metal cladding waveguide chip, which can host numerous oscillating guided modes via free space coupling. These ultrahigh-order modes (UOMs) result in high angular resolution due to the high finesse of the resonant chip. Experiments show that the reflected pattern of a VB can be divided into a series of inner and outer rings, whilst both of them are highly distorted by the M-lines due to the UOMs’ leakage. Taking the distribution of the energy flux into account, a simple ray-optics-based model is proposed to simulate the reflected pattern by calculating the local incident angle over the cross section of the beam. The theoretical simulations fit well with the experimental results, and the proposed scheme may enable new applications in imaging and sensing of complicated phase structures.
vortex beam M-line method planar waveguide Chinese Optics Letters
2021, 19(7): 071403
1 南通大学 理学院，江苏 南通 226019
2 江西师范大学 物理与通信电子学院，江西 南昌 330022
3 上海交通大学 物理系，上海 200240
针对一般光反应器的不足，双面金属包覆波导能够把光耦合进入导波层中激发出超高阶导膜，波导中入射波与反射波相互叠加形成驻波，继而在导波层中出现一系列的光能量增强点(被认为是光陷阱点)。基于这种光学特性，设计了一种新颖的液芯双面金属包覆波导光反应器。采用含有二价铁离子和三价铁离子的混合盐溶液充当导波层，激光耦合进入导波层中两小时后，在该种特定光场分布的作用下，制备出了合成产物。通过对产物的分析，确定合成产物为磁铁矿γ-Fe2O3。
超高阶导膜 驻波 液芯波导光反应器 磁铁矿 ultrahigh order mode standing wave liquid-core waveguide optical reactor magnetite
1 铜仁学院物理与电子科学系，贵州 铜仁 554300
2 上海交通大学物理系
3 区域光纤通信网和新型光通信系统国家重点实验室，上海 200240
4 菲尼萨光电通讯有限公司，上海 201201
前期的工作已经证明，由于共振效应和渗透深度的增加，利用毫米尺度对称金属包覆波导和自由空间耦合技术，可获得毫米量级的古斯 -汉欣(Goos-H.nchen)位移。本文在此基础上，利用一对对称金属包覆波导组成级联型结构，研究了这种结构中古斯 -汉欣位移的增强效应。实验结果表明：当激光波长变化 43 pm时，由 CCD探测器测量得到的古斯 -汉欣位移达到了 2 215 μm，约为单级波导古斯 -汉欣位移的 2倍，实验结果与理论推导完全一致。
古斯-汉欣位移 光波导 级联型结构 光开关 滤波 Goos-H.nchen shift optical waveguide cascaded structure optical switching filtering
1 铜仁学院物理与电子科学系, 贵州 铜仁 554300
2 上海交通大学物理系区域光纤通信网和新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
以亚毫米尺度的铌镁酸铅钛酸铅(PMN-PT)透明陶瓷片为导波层制备了对称金属包覆波导，并利用自由空间耦合技术激发了波导中的超高阶导模。根据衰减全反射（ATR）峰的移动，得到了在波导两侧所施加电压与光强反射率的关系，从而计算了PMN-PT透明陶瓷片的二次电光系数。
光学器件 镁银酸铅钛酸铅 二次电光系数 衰减全反射 灵敏度 光学学报
2011, 31(10): 1012002
1 铜仁学院物理与电子科学系， 贵州 铜仁 554300
2 上海交通大学物理系区域光纤通信网和新型光通信系统国家重点实验室， 上海 200240
3 菲尼萨光电通讯有限公司， 上海 201201
根据对称金属包覆电光波导中本征损耗与古斯亨兴(Goos-Hnchen)位移的理论公式，导出了古斯亨兴位移与作用于波导两侧电压的二次关系公式。用622 μm厚度的四方相铌镁酸铅钛酸铅（PMN-PT）透明电光陶瓷片作为导波层制备了对称金属包覆波导，测量了古斯亨兴位移与作用于波导两侧电压的关系曲线，计算了所用透明电光陶瓷片的二次电光系数。实验结果与理论分析一致。
非线性光学 古斯亨兴位移 光波导 四方相铌镁酸铅钛酸铅
1 铜仁学院物理与电子科学系,贵州 铜仁 554300
2 上海交通大学物理系,上海 200240
利用亚毫米尺度对称金属包覆波导,提出了一种大量程折射率仪的工作原理, 这种仪器可测量气体、液体和固体的折射率。 原理上,只要待测介质对所用激光波长透明,折射率测量范围不受限制。通过对空气、纯水和LiNbO3 晶体的测量, 结果表明仪器的测量精度小于 3.0×10-3。
光电子学 衰减全反射 共振角度 折射率 精确度 optoelectronics attenuated total reflection resonance angle refractive index precision
1 上海交通大学物理系,上海 200240
2 江西师范大学物理系,江西 南昌 330022
3 宜春学院物理科学与工程技术学院,江西 宜春 336000
设计了一种利用铌酸锂作为波导基片的双面金属包覆平板光波导, 利用波导中超高阶导模高敏感特性制成了 一种反射型光学电压传感器。入射激光束采用小角度入射,当光波导处于导模共振状态时,选择一个恰当的 工作点,再通过两金属电极对该器件施加直流电压,通过检测反射光强,获得相应的电压值变化。实验测量 中所用的电压范围是 -800～800 V, 得到的线性度值为0.995, 波导反射光的反射率变化灵敏度为0.2% V-1, 实验表明这种电压传感器具有较好的 线性和灵敏度,该新型电压传感器具有结构与制作简单、调节方便和成本低廉等优点。
导波光学 双面金属波导 铌酸锂 电压传感 waveguide optics double metal-cladding optical waveguide LiNbO3 voltage sensor
1 宜春学院物理科学与工程技术学院,江西 宜春 336000
2 上海交通大学物理系,区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室,上海 200240
利用双面金属包覆波导中的超高阶导模对导波层折射率极其敏感的特性, 提出一种新型的生物传感器。 与传统的表面等离子共振、泄漏波导以及反对称波导等消逝场生物传感器相比,该传感器的待测样品放置在 导波振荡场中,样品折射率的微小变化都将引起输出光强的极大改变,从而极大提高了传感器的灵敏度和分 辨率。初步的实验结果显示在现有噪声水平下至少能够分辨1ppm的葡萄糖溶度改变。预计该传感器将在环境监测、 食品安全、生物医学和疾病诊断等领域有着极其广泛的应用前景和巨大的市场潜力。
波导光学 超高阶导模 灵敏度 生物传感器 waveguide optics ultrahigh-order mode sensitivity biosensor
1 江西师范大学 物理与通信电子学院,江西 南昌 330022
2 上海交通大学 导波光子学实验室,上海 200240
利用光频范围贵金属介电常量的虚部远小于其实部绝对值的特点,采用一阶微扰理论得到了对称金属包覆波导横电和横磁导模微扰传播常数的解析公式。针对金属包覆波导传输损耗大的缺陷,提出采用亚毫米尺度的超厚导波层来抑制传输损耗的新方法。微扰公式与精确数值解结果相符。
光学设计 光波导 超高阶导模 微扰理论 传输损耗
1 上海交通大学 物理系,上海 200240
2 复旦大学 先进材料实验室,上海 200433
二次电光效应是有机聚合物材料一种重要的电光特性,利用这种特性可以制备有机聚合物电光调制器等电光器件。有机聚合物材料的二次电光系数是衡量其二次电光效应的一个重要参数,其可以用一个6×6阶的张量来表示。利用该张量的对称特性、各个元素之间的已知关系以及折射率椭球公式,本文提出了一种基于衰减全反射(ATR)技术的测量有机聚合物二次电光系数的方法。在测量中,通过选用TM偏振光以及TE偏振光作为测量光束,可以分别获得二次电光系数张量中S11以及S12元素。利用已知关系,可以计算得到S44以及直流克尔系数。从而得到二电光系数张量中所有元素的值。
导波光学 导波光电子器件 衰减全反射 二次电光系数 直流克尔系数 guided-wave optics guided-wave optoelectronic devices attenuated-total-reflection quadratic electro-optic coefficient DC Kerr coefficient
