Author Affiliations
Abstract
1 Faculty of Electrical Engineering and Computer Science, Ningbo University, Ningbo 315211, China
2 College of Electrical and Electronic Engineering, Wenzhou University, Wenzhou 325035, China
3 College of Science and Technology, Ningbo University, Ningbo 315211, China
4 Laboratory of Infrared Materials and Devices, The Research Institute of Advanced Technologies, Ningbo University, Ningbo 315211, China
5 Department of Information Science and Electronics Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
A polarization-insensitive mode-order converting power splitter using a pixelated region is presented and investigated in this paper. As TE0 and TM0 modes are injected into the input port, they are converted into TE1 and TM1 modes, which evenly come out from the two output ports. The finite-difference time-domain method and direct-binary-search optimization algorithm are utilized to optimize structural parameters of the pixelated region to attain small insertion loss, low crosstalk, wide bandwidth, excellent power uniformity, polarization-insensitive property, and compact size. Experimental results reveal that the insertion loss, crosstalk, and power uniformity of the fabricated device at 1550 nm are 0.57, -19.67, and 0.094 dB in the case of TE polarization, while in the TM polarization, the relevant insertion loss, crosstalk, and power uniformity are 0.57, -19.40, and 0.11 dB. Within a wavelength range from 1520 to 1600 nm, for the fabricated device working at TE polarization, the insertion loss, crosstalk, and power uniformity are lower than 1.39, -17.64, and 0.14 dB. In the case of TM polarization, we achieved an insertion loss, crosstalk, and power uniformity less than 1.23, -17.62, and 0.14 dB.
integrated optics optical waveguide polarization-insensitive property mode-order converting power splitter 
Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 031301
Author Affiliations
Abstract
1 Faculty of Electrical Engineering and Computer Science, Ningbo University, Ningbo 315211, China
2 College of Electrical and Electronic Engineering, Wenzhou University, Wenzhou 325035, China
3 College of Science and Technology, Ningbo University, Ningbo 315300, China
4 Laboratory of Infrared Materials and Devices, The Research Institute of Advanced Technologies, Ningbo University, Ningbo 315211, China
5 Department of Information Science and Electronics Engineering and Cyrus Tang Center for Sensor Materials and Applications, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
A flexible-grid 1×(2×3) mode- and wavelength-selective switch which comprises counter-tapered couplers and silicon microring resonators has been proposed, optimized, and demonstrated experimentally in this work. By carefully thermally tuning phase shifters and silicon microring resonators, mode and wavelength signals can be independently and flexibly conveyed to any one of the output ports, and different bandwidths can be generated as desired. The particle swarm optimization algorithm and finite difference time-domain method are employed to optimize structural parameters of the two-mode (de)multiplexer and crossing waveguide. The bandwidth-tunable wavelength-selective optical router composed of 12 microring resonators is studied by taking advantage of the transfer matrix method. Measurement results show that, for the fabricated module, cross talk less than -10.18 dB, an extinction ratio larger than 17.41 dB, an in-band ripple lower than 0.79 dB, and a 3-dB bandwidth changing from 0.38 to 1.05 nm are obtained, as the wavelength-channel spacing is 0.40 nm. The corresponding response time is measured to be 13.64 µs.
integrated optics optical waveguide mode- and wavelength-selective switch 
Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 011301
作者单位
摘要
中国工程物理研究院 流体物理研究所,四川 绵阳 621900
复合折射透镜(compound refractive lens, CRL)因具有结构紧凑、焦距可调、准直方便等优点,被用作硬X射线自由电子激光(X-ray free electron laser, XFEL)装置的光束聚焦器件。面向XFEL光束高精度聚焦对高性能CRL的实际需求,从CRL的几何结构设计原理出发,分析了不同材料CRL的性能参数,证明了单晶金刚石材料是适用于XFEL光束聚焦的CRL优选材料。同时,考虑超硬金刚石材料的难加工特性以及低重频钛宝石飞秒激光不能实现大厚度材料高效加工的实际问题,探索了高重频光纤飞秒激光对大厚度单晶金刚石材料进行高效加工的可行性。研究结果表明,高重频飞秒激光精密加工技术是实现金刚石CRL制备的有效手段。
X射线聚焦 复合折射透镜 单晶金刚石 飞秒激光 精密加工 X-ray focusing compound refractive lens single crystal diamond femtosecond laser precision machining 
应用光学
2023, 44(6): 1273
张凡 1罗江华 1,2,*李军 2林天瑞 3[ ... ]徐正元 3
作者单位
摘要
1 长江大学非常规油气省部共建协同创新中心,长江大学物理与光电工程学院,湖北 荆州 434023
2 中山市中创光电产业技术研究院,广东 中山 528415
3 中国科学院无线光通信重点实验室,中国科学技术大学信息科学技术学院,安徽 合肥 230027
在跨水空界面可见光通信(W2A‐VLC)中,动态水面波浪会导致光束折射、接收到的光信号强度随机波动。本文重点研究规则波浪和随机波浪对光无线传输的影响,采用实验与理论仿真相结合的方法,研究跨波动水空界面的可见光传输,分析光信号传输的物理响应及其链路性能。先通过实验测试激光二极管(LD)窄光束传输,获得接收端光斑的统计特性,然后将其与蒙特卡罗仿真结果进行对比,结果发现规则波浪和随机波浪引起的光子能量分布的统计规律不同。接着从发光二极管(LED)宽光束传输的角度验证LD的传输特性,即:将LED视为窄光束的集成,进行仿真和真实的W2A‐VLC实验验证;仿真结果与实验结果一致,从而从宽光束角度证明了窄光束的统计规律。
光通信 规则波浪 随机波浪 蒙特卡罗仿真 窄光束 宽光束 
中国激光
2023, 50(19): 1905001
林健 1刘雨潇 1符强 3李军 1[ ... ]陈伟伟 1,*
作者单位
摘要
1 宁波大学 信息科学与工程学院,宁波 315211
2 温州大学 电气与电子工程学院,温州 325035
3 宁波大学 科学技术学院,宁波 315300
提出了一种基于锥形渐变耦合结构的可扩展多模弯曲波导。该器件利用模式等效折射率匹配原理,通过对称的锥形渐变耦合结构,实现高阶模式与基模的相互转化,完成多模弯曲传输功能。同时,结合时域有限差分方法和粒子群优化算法,优化锥形渐变耦合结构区域,提升器件性能。实验测试结果表明,在1 520~1 600 nm的波长范围内,当输入模式分别为TE0、TE1、TE2、TE3和TE4时,该器件的插入损耗分别小于1.71 dB、3.04 dB、2.90 dB、3.16 dB和4.00 dB,对应的串扰分别小于-10.60 dB、-11.35 dB、-10.92 dB、-10.35 dB和-11.45 dB。
集成光学 多模弯曲波导 粒子群算法 锥形耦合器 有限时域差分法 Integrated optics Multimode waveguide bend Particle swarm optimization algorithm Tapered coupler Finite difference time domain method 
光子学报
2023, 52(7): 0713001
何煦 1马云灿 1,*李军 1袁鸣洲 2[ ... ]吴军 2
作者单位
摘要
1 中国工程物理研究院流体物理研究所,四川 绵阳 621900
2 深圳市第二人民医院烧伤整形科,转化医学研究院,广东 深圳 518035
飞秒激光加工技术主要是利用激光焦点对材料进行微区去除,结合加工路径的精准规划和激光参数的精确调控,实现各种功能微结构的精密加工。然而,在实际加工过程中,材料表面并非都是理想平面,这引起激光焦点与材料表面的相对距离发生变化,导致材料表面接收的激光焦斑尺寸不一致,进而造成飞秒激光加工的微结构不均匀,最终不满足某些应用场景的实际需求。针对该问题,提出了基于分区域平面拟合和二维插值的两种校正方法,即在待加工区域内以少量采样点近似描述材料表面起伏形貌,并以此为依据校正加工路径的高度坐标,使飞秒激光加工过程中激光焦点和材料表面的相对距离控制在不影响加工效果的范围内。试验结果表明,这两种校正方法都能保证飞秒激光加工大面积微结构的均匀性和一致性,是解决非平整表面不易实现高品质微结构加工的有效方法。
飞秒激光 精密加工 非平整表面 分区拟合 二维插值 
激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1714009
作者单位
摘要
1 西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室, 绵阳 621010
2 西南水泥有限公司, 成都 610000
3 四川利森建材集团有限公司, 德阳 618400
发展低熟料高标号胶凝材料是水泥工业碳达峰目标达成的有效途径之一, 但对水泥混合材特性利用及多种混合材协同作用也提出了更高要求。本文以四川地区工业固废硅锰渣和地域资源丰富的石灰石为主要混合材, 配制了熟料-硅锰渣-石灰石复合胶凝材料, 研究了复合胶凝材料性能及水化特性。研究结果表明, 熟料-硅锰渣-石灰石复合胶凝材料工作性良好, 后期力学性能增强, 且石灰石粉的成核诱导水化效应可有效改善单独使用硅锰渣胶凝材料体系凝结时间延长和早期强度过低问题。复合胶凝材料体系中, 石灰石粉的早期成核诱导水化效应和硅锰渣后期水化活性均能得到充分发挥。此外, 硅锰渣和石灰石粉能够协同参与胶凝材料体系水化, 消耗铝相生成水化碳铝酸盐相, 增加水化产物总量, 同时也能阻止AFt向AFm转变, 有利于体系力学性能稳定提升。
硅锰渣 石灰石粉 复合胶凝材料 协同水化作用 水化碳铝酸盐 silicomanganese slag limestone powder compound cementitious material synergistic hydration carbonaluminate hydrate 
硅酸盐通报
2023, 42(5): 1794
季杭馨 1,2,*巴国鑫 1,2,3李军 1,2余浩然 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所,南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室,南京 210042
3 中国科学院大学,北京 100049
为实现各类暂现源及暗弱目标的宽波段、高效率光谱后随观测,以1.9 m光学望远镜为例,设计了一种基于Faint Object Spectrograph and Camera型的双通道中低色散光谱仪,可实现三种光谱分辨率(R=500、2 000和5 500),工作波段覆盖紫外-近红外(310~1 000 nm)。根据光栅方程和光谱分辨率等各项指标,确定光谱仪的初始结构参数,针对光谱仪在全波段的高效率需求以及仪器随动的包络限制,确定光学系统采用双通道设计并近似对称分布:准直系统采用了不同于传统Faint Object Spectrograph and Camera型光谱仪的折反射式系统,在提高了系统效率的同时压缩了空间。色散系统根据直视棱栅的不同工艺,通过棱镜材料和角度的调整对工作波段的光栅效率进行优化并得到8种棱栅参数;红蓝通道相机系统在设计过程中优化选取光学材料,同时结合二次非球面和单透镜的主动调焦补偿,实现大动态温度范围(-30 ℃~20 ℃)全视场(φ16°)最大弥散斑半径均方根小于5 μm的优良像质。该系统结构紧凑、分布对称,设计结果满足各项指标,光谱仪全波段峰值效率优于60%,最低效率优于20%,具有较高的可实现性。基于曲面芯片工艺,以红通道为例,简化的相机系统至少可提高整体光谱效率约4%,可以为未来光谱仪相机系统的设计提供参考。
棱栅 天文光谱仪 中低色散 体位相全息光栅 曲面探测器 紫外 Grism Astronomical spectrograph Medium-Low dispersion Volume phase holographic grating Curved detector Ultraviolet 
光子学报
2023, 52(5): 0552206
作者单位
摘要
1 宁波大学信息科学与工程学院,浙江 宁波 315211
2 温州大学电气与电子工程学院,浙江 温州 325035
提出一种相变材料辅助的非易失性硅基偏振不敏感1×2模式光开关,该器件包括偏振分束单元、偏振合束单元、定向耦合结构单元、偏振不敏感交叉波导以及模式转换单元。通过调谐相变材料的晶态与非晶态,可实现偏振不敏感的多模光开关功能。利用粒子群智能算法和时域有限差分法对所提出的器件进行优化并分析其性能。仿真结果表明,在1535~1569 nm波长范围内:输入TE0模式时,所设计器件的插入损耗小于1.37 dB,串扰小于-13.12 dB;输入TM0模式时,所设计器件的插入损耗小于1.61 dB,串扰小于-17.39 dB。
集成光学 硅基光子学 模式光开关 偏振不敏感 非易失性 
光学学报
2023, 43(11): 1113001
作者单位
摘要
南京理工大学机械工程学院,江苏 南京 210094
采用激光选区熔化成形GH3536高温合金可以实现复杂结构的高效率、高精度制造。但是,采用激光选区熔化制造GH3536高温合金零件面临成形质量影响因素多、工艺参数优化过程复杂等难题。本研究通过建立粉末尺度热流耦合模型探索了GH3536高温合金在不同激光选区熔化工艺参数下的成形特征,结合实验数据揭示了主要工艺参数对结构件成形质量的影响规律,阐明了成形过程中温度场、流场的复杂变化及其对成形缺陷的影响机制。在激光功率为190~250 W、扫描速度为0.94~1.25 m/s的典型工艺参数区间内,熔池中液态金属的最高流速可达5.45 m/s,冷却速率最大可达1.219×106 K/s。若扫描间距过大,则粉末的熔化条件不足,沉积道接触位置出现部分未熔化粉末以及表面孔洞等缺陷。本研究结果为GH3536高温合金激光选区熔化过程特征的理解以及内部孔隙缺陷的控制提供了依据。
激光技术 增材制造 激光选区熔化 GH3536高温合金 模拟仿真 孔隙 
中国激光
2023, 50(12): 1202302

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