强激光与粒子束
2024, 36(4): 043023
重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
提出一种具有模式保持功能的片上模式分离器方案。该方案基于多模干涉耦合器（MMI），通过在MMI多模区加入微型热电极，并通过合理设计热电极的位置和精确控制热电极的加热温度，实现TE0、TE1和TE2三种模式的分离，其插入损耗均低于1.06 dB，模式串扰均低于-15.38 dB。该方案具有模式分离数量多和可扩展的优势，可被广泛用于信号处理系统和通信系统中。
集成光学 模式保持 多模干涉耦合器 模式分离器 微型热电极
中国电子科技集团有限公司第三十六研究所, 浙江嘉兴 314033
为使高频高速大功率收发(T/R)组件在复杂电磁环境下可靠稳定工作, 本文对组件的开关控制、组件电源与地、组件布局与屏蔽等进行分析, 提出了注意要点, 并给出了设计方法。在 T/R组件开关控制设计中, 通过一对延迟与共轭延迟电路保证收发时间长于驱动开关时间, 解决共模干扰问题; 通过脉宽检测及最高切换速度约束, 解决差模干扰问题; 在组件电源与地的分析中, 着重强调了接地间距不超过信号波长的 1/20。在布局与屏蔽的设计中, 着重分析了腔体谐振波长。文中给出了实例模块, 并就上述 3点设计要点进行了对照分析, 达到在复杂电磁环境下 T/R组件稳定可靠工作的目的。
T/R组件 共模干扰 差模干扰 Transmitter and Receiver module common-mode interference differential-mode interference 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(11): 1351
1 江苏开放大学 教育学院，南京 210036
2 南京邮电大学 电子与光学工程学院&柔性电子（未来技术）学院，南京 210023
为了实现单波长输出，提出了一种基于单模石英-掺铒-单模石英结构混合介质光纤干涉仪（HFI）的单波长光纤激光器。基于混合介质光纤波导内的光场干涉原理及光波导理论，分析了HFI的模式干涉理论，研究了HFI内干涉光特性随中间段铒掺杂光纤（EDF）长度以及错位量的变化规律;采用熔融错位法制备HFI，优化了EDF的长度和单模光纤与EDF之间的偏移量。结果表明，最佳EDF长度为15 mm，单模光纤与EDF之间的最佳偏移量为7.9 μm;选择长度为15 mm的EDF HFI作为环形光纤激光器谐振腔的选模器件，可获得较高稳定性的单波长光纤激光器输出。这一结果对该激光器在光纤传感和光纤通信系统的应用是有帮助的。
光纤光学 光纤激光器 混合介质干涉仪 错位熔接 掺铒光纤 模式干涉 单波长 fiber optics fiber laser hybrid medium interferometer core-offset splicing erbium-doped fiber mode interference single wavelength
上海电子信息职业技术学院 通信与信息工程学院,上海 201411
RGB合波器作为激光扫描显示系统的关键性核心部件,其微小型化和高传输效率是应用于增强现实的必然要求。针对氮化硅、氮化镓、SU8三种可见光波段高透过率材料,对比研究了其波导的折射率差、色散曲线、单模条件,以及所构成的多模干涉型RGB波导合波器的尺寸、传输效率、光场分布。研究结果表明,氮化硅器件的各项性能介于氮化镓与SU8器件之间;氮化镓器件具有最大的芯层与包层折射率差,最小的单模截止尺寸,最短的器件长度（2 000 μm）;SU8器件具有最小的芯层与包层折射率差,最大的单模截止尺寸,但器件长度大于氮化镓,为3 600 μm。此外,氮化硅、氮化镓、SU8三种器件的RGB平均传输率分别为78%,55%和91%,可见SU8器件占有明显优势。未来,经过进一步优化设计的超紧凑氮化镓多模干涉型RGB波导合波器有望应用于激光扫描单片集成系统中,而具有良好柔性的SU8多模干涉型RGB波导合波器则在可形变系统中具有重要应用价值。这些器件为增强现实系统朝着微小型化和高传输效率的方向发展提供了技术基础。
多模干涉 RGB波导 合波器 增强现实 multi-mode interference RGB waveguide combiner augmented reality (AR)
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电工程中心，北京 100049
3 国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院，浙江 杭州 310024
4 中国科学技术大学物理学院，安徽 合肥 230026
5 中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室，北京 100190
6 中国科学院大学工程学院，北京 100049
7 中国科学院上海光学精密机械研究所红外光学材料研究中心，上海 201800
针对燃烧诊断在2~3 μm波长的光谱测量需求，设计并搭建了基于反谐振空芯光纤的可调谐半导体吸收光谱（TDLAS）测量装置，开展了高温水汽在2.5 μm波长吸收光谱的定标与测量研究。在2~5 μm中红外波段，反谐振空芯光纤可实现低损、单模长距离传输，能够有效解决商用氟化物光纤多模干涉造成的TDLAS测量精度下降的问题。经所提TDLAS系统准直后光束的直径低至2.5 mm，发散角为0.004 rad，系统信噪比为31 dB，相比基于氟化物光纤的TDLAS系统，所提系统的性能得到了极大提升。进一步分析了反谐振空芯光纤中痕量水蒸气对于4029.52 cm-1谱线测量的影响，并通过抽真空的方式降低其影响，从而提高了系统的测量精度。
光纤 反谐振空芯光纤 激光吸收光谱 多模干涉 单模 燃烧诊断 光学学报
2023, 43(13): 1306005
提出了一种基于样品连续旋转的高阶导模干涉刻写多层亚波长圆光栅的方法。利用有限元法模拟导模干涉场，以及坐标旋转矩阵和数值模拟方法研究对样品实施连续旋转曝光后的总光场。选取442 nm波长激光作为激发光，以TE5和TM51为例，研究了高阶导模干涉刻写制备多层亚波长圆光栅的光场分布。通过光场分布分析了多层亚波长圆光栅在X-Y平面的周期以及Z轴的周期和层数，这些参数可通过改变光刻胶厚度和干涉曝光的导波模式来调节。同一厚度光刻胶条件下存在着多种高阶导模，且同阶导模对应的激发角可以通过改变光刻胶的厚度进行有效调控。因此，通过选择不同厚度的光刻胶，选取曝光所用的高阶导模，可以刻写各种不同参数的多层亚波长圆光栅。该方法是制备多层亚波长圆光栅的一种简单而有效的方法，在微纳光学领域具有一定的应用前景。
光学设计与制造 微纳光刻 高阶导模干涉 多层亚波长圆光栅 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1122001
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 133033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为解决干涉型锥形微纳光纤传感器结构尺寸长、加工重复性低的问题,设计了一种非绝热锥形微纳光纤传感结构。首先基于光纤模式理论研究了干涉型锥形微纳光纤传感器的传感灵敏度对腰部直径的依赖关系及其不同部位的传感特性,并研究了非绝热条件下在光纤拉锥过程中进行模式控制的方法。在此基础上设计并制作了腰部直径为3.1 μm、锥腰长度为1.1 cm的锥形微纳光纤传感结构,其低折射率检测灵敏度高达90250 nm/RIU。该结构具有尺寸短、加工重复性好的特点,为实现传感器的小型化、集成化提供了基础,有望用于生物医疗、环境监测等领域。
光纤光学 锥形光纤 模式干涉 色散转折点 光学学报
2021, 41(23): 2306001
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
针对现有的RGB合波器分立元件多、结构复杂、成本高等问题，同时为了满足器件的微型化发展和高效率传输的需求，设计了一种基于SU-8聚合物波导的多模干涉型（MMI）RGB合波器。该合波器通过2个级联的2×1MMI对RGB三个波长进行组合，第一级MMI使R（660 nm）、B（440 nm）光束进行组合输出，第二级MMI使R、B组合光束与G（550 nm）光束进行组合输出。通过对光束传播的仿真，优化了合波器的结构参数，验证了该合波器的有效性。研究结果表明，合波器对RGB三个工作波长的平均传输效率为94.02%，外型尺寸可小到0.04 mm×3.60 mm，并具有较大的工艺制作容差和较小的波长依赖性。该合波器结构简单，便于集成，在保证三个工作波长均获得较高传输效率的前提下实现了器件尺寸微型化，可为未来微型显示器件的研究提供参考。
RGB合波器 SU-8聚合物 多模干涉 微型显示 RGB beam combiner SU-8 polymer multi-mode interference micro display
采用光纤熔接技术将薄壁柚子微结构光纤与单模光纤进行熔接制作成探针式的压强传感器,该微结构光纤一端开放的空气孔可以与外界压强相连通,实现压强响应,获得了0.70 nm/MPa的压强灵敏度,并且具有良好的线性度。通过有限元法模拟和实验结果对比发现该微结构光纤传感器存在LP01和LP11模式的干涉,并证明了该传感器具有良好的稳定性和重复性。
光学学报
2021, 41(13): 1306015
