为了准确预测反射型半导体光放大器(RSOA)中的放大自发辐射(ASE)噪声和掌握RSOA的最佳工作区间, 在SOA宽带稳态模型以及高效动态模型的基础上, 修改了RSOA的部分结构并将多阶迭代的算法运用到RSOA理论建模以及增益噪声指数测试中。实验结果表明RSOA在偏置电流大于130 mA时增益稳定在26 dB以上, 噪声指数稳定在11 dB。且在偏置电流不变时, 低输入功率-30 dBm时, RSOA处于最佳工作区间。该种新型RSOA模型满足且优于实际应用中RSOA的各项工作参数, 测试结果对RSOA的产品优化设计和光网络单元最佳工作区间具有指导和改进的意义。、

针对熔融拉锥系统制得的熔锥型微纳光纤耦合器, 选择适当的连续函数描述其光场分布, 采用归一化的三角分布和矩形分布的加权叠加, 以及高斯分布和三角分布的加权叠加实现了模场沿 耦合器区域的连续变化; 利用局部模式耦合理论推导出腰区及腰区附近锥形区的耦合系数计算公式, 并得到微纳光纤耦合器输出光功率随拉伸长度的变化曲线.计算结果表明, 随着拉伸长度的增加, 光能量在两臂中来回交替耦合的程度变小并且呈现包络样, 直至腰区耦合功能消失.通过实时监测拉制微纳光纤耦合器的输出光功率, 得到火焰扫描宽度以及氢气流量对双纤失去耦合效应拉伸长度 的影响: 火焰扫描宽度(均匀腰区)越宽, 拉伸长度临界值越大; 氢气流量(熔融度)越大, 拉伸长度临界值越小.实验结果显示, 当光纤耦合器腰区直径达到1.6 μm时, 耦合功能消失, 两输出端口 光功率相同且恒定, 微纳光纤耦合器具备稳定的光学传输特性.

结合分布式偏振串扰分析仪,利用琼斯矩阵对LiNbO3集成Y波导进行理论建模分析,并且得到了实验验证。实验证明,偏振串扰分析仪能评估出Y波导的整体消光比,且能够测试出Y波导内部的一个缺陷的串扰值,弥补了强度型消光比测试仪的不足。最后用单偏振光纤验证了Y波导测试结果的合理性。分布式偏振串扰分析仪在实际应用中对筛选性能更加优异的LiNbO3集成光学芯片有着重要意义。

为了探究非对称耦合器的特性, 利用具有折射率差异的两根光纤制作了宽带耦合器。采用数值计算模拟了不同折射率差光纤耦合器的光场分布以及输出光功率随拉伸长度的变化曲线, 并分析了两种宽带耦合器的带宽差异以及熔融度对功率转换比的影响; 采用光束传播法, 通过仿真模拟得到了理论带宽。结果表明, 耦合的功率转换比随两根光纤的不对称情况而变化, 功率转换比调节到耦合器分束比的大小时, 耦合器带宽最宽; 熔融度对宽带耦合器分束比有一定的调节作用; 3dB光纤耦合器在C+L波段波长响应平缓, 带宽范围达到150nm; 分束比3∶7和1∶9的耦合器带宽范围分别是210nm和330nm; 分束比1∶99的耦合器带宽范围是420nm。此研究结果对制作非对称宽带耦合器提供了参考依据。

为了克服传统氙灯太阳模拟器成本高、寿命短、功耗大等缺点, 提高太阳电池测试的准确性, 本文首先设计了一种基于11种波段的LED太阳模拟器, 在光谱匹配度、不均匀度和不稳定度上均达到IEC60904-9-2007规定的A级标准。在此基础上, 开发了配套的太阳电池测试系统, 经过光源控制、数据处理、温度修正以及参数计算, 得到太阳电池的电特性参数。实验结果表明, 系统可以准确测得单晶硅太阳电池片的各项参数, 且结果稳定, 从而验证了光源的可靠性及测试方法的科学性。

现有保偏光纤侧视成像法多依赖于某特定形貌光强分布, 对成像面位置调整要求高、通用性差。为了提高保偏光纤定轴灵敏度、增加方法的通用性、提高定轴稳定性, 采用双光束光源取代单光束光源对保偏光纤进行侧视成像的方法, 改变了以往通过调整成像面寻找特定形貌光强分布的思路, 并进行了理论分析、仿真模拟和实验验证。结果表明, 采用双光束光源进行侧视成像时, 光强分布成双峰型, 选择双峰光强值之和为特征值, 建立特征值与偏转角度的对应关系, 利用互相关分析可对偏转角进行确定, 该方法不仅保持了透镜效应侧视法适用成像面范围广的优点, 而且定轴灵敏度平均优于单光束光源侧视成像定轴法11.88%。该研究具有良好的实用前景。

为了对微纳光纤耦合器进行研究, 采用光束传播法, 在不同熔融区长度和不同波长输入光情况下对微纳光纤耦合器的熔融拉制过程进行数值模拟, 取得了输出光功率随拉伸长度变化的曲线和光场分布, 并分析了耦合器的3个阶段的模场变化和光场特点。结果表明, 当拉伸到微纳光纤耦合器失去有效耦合阶段时, 两光纤的输出光功率趋于相等且不再随拉伸长度的变化而变化; 熔融拉锥耦合器在各个阶段的光场分布特点不同; 熔锥型的微纳光纤耦合器失去有效耦合与熔融区的光纤直径直接关联, 且此光纤直径与输入光的波长有关, 波长越小, 熔融区需经拉伸达到的光纤直径越小。这一结果对研究微纳光纤耦合器失去有效耦合的成立条件是有帮助的。

基于熔锥型光纤耦合器在拉锥过程中光纤锥形的渐变特性和光纤之间熔融度的变化特点, 构建了光纤耦合器在拉制过程中波导结构的变化模型.利用光束传播法对耦合器的拉制过程进行数值模拟, 得到耦合器输出光功率随拉伸长度的变化规律以及耦合器的能量分布图.理论模拟和实验结果表明, 光纤间熔融度与制作耦合器时的氢气流量及拉伸速度有关, 氢气流量大, 拉伸速度小, 熔融度就大；光纤之间的耦合作用与拉伸长度及熔融度有关, 拉伸长度增加或熔融度增大, 都会使光纤间的耦合更加显著；拉伸长度不大时, 锥形区的耦合可以忽略；随着拉伸长度的增加, 光纤变细, 耦合作用逐渐增强, 锥形区的耦合现象越明显, 同时光场也逐渐由纤芯向外发散, 产生附加损耗.

为使LED阵列在目标面上产生均匀的照度分布, 构建一个均匀度评价函数.通过优化阵列中各LED的位置, 使得评价函数产生最小值, 此时阵列在照明面上的均匀度最高.采用模拟退火算法对LED集成圆形阵列、4×4和4×5的矩形阵列进行优化, 优化后的阵列在目标面上均产生了均匀照度分布, 对应的均匀度分别为97%、96%和95%.对LED阵列中影响目标面均匀照度的参量进行研究, 结果表明圆形阵列的最佳半径与LED的颗数无关, 阵列面和目标面之间的距离与阵列的最佳半径呈线性关系；矩形阵列中, 相邻LED之间的最佳距离与阵列面和目标面之间的距离呈线性关系.该方法与现有解析方法所得结果一致, 且算法简单便捷, 可用于计算机自动优化设计.

基于掺铒光纤放大器(EDFA)的增益斜率随着铒纤(EDF)长度变化的实验现象, 对EDFA的增益斜率进行了分析, 研究了不同EDF长度对EDFA的增益斜率的影响, 从理论上对实验现象进行了解释。然后用OptiSystem 模拟不同EDF长度下的EDFA增益谱, 与实验室增益斜率数据相一致, 得出了用EDF的长度来控制EDFA增益斜率的方法。