具有高功率及高亮度激光特性的锥形半导体激光器在激光加工、自由空间通信、医疗等领域具有广泛的应用前景。本文基于广角差分光束传播法(WA-FD-BPM), 对980 nm锥形半导体激光器进行了仿真模拟, 详细分析了不同结构参数(脊形区刻蚀深度、锥形角度、不同脊形区/锥形区长度比、锥形区刻蚀深度、前腔面反射率)对器件光束质量和P-I-V特性的影响。分析认为, 锥形区波导的几何损耗是导致器件斜率效率降低的主要因素, 光泵浦效应是影响锥形激光器光束质量变差的重要因素, 可通过降低器件的前腔面反射率来改善光束质量。研究结果可为锥形激光器的性能优化提供参考。

针对传统高精度角位移测量方法中,存在制造工艺复杂、多测头结构复杂且安装困难等问题,提出一种基于旋转光场且整周封闭的高精度角位移测量方法。该方法借鉴旋转磁场产生原理,在整个圆周面上均布正弦型透光面,等间隔地将整圈透光面分成0°、90°、180°和270°四组,用单路交变光场为整周封闭的透光面提供交变光强信号,经光电转换和微控移相合成一路电行波信号,最后利用高频时钟脉冲对参考信号与电行波信号的相位差进行插补,实现了角度测量。通过搭建实验平台,对不同的原理样机进行对比实验,实验验证了制造精度和对极数对测量误差的影响,在整周360°测量范围内,采用圆心角为2°的等分透光栅面,测量误差可达±5.0″。由于测量误差主要由周期性误差成分组成,通过修正谐波误差以及提高光场分布质量,其测量精度还将有较大的提升空间。验证了该方法对制造和安装误差的抑制效果,为采用低精度制造工艺实现高精度测量提供了一种有效的实现方案。

详细研究了n型AlGaN限制层与InGaN上波导对GaN基绿光激光器光场分布与电学特性的影响,结果表明:增加n型AlGaN限制层厚度或提高InGaN上波导中的铟组分可以明显抑制GaN基绿光激光器的光场泄漏,改善光场分布;相比In0.02Ga0.98N上波导,采用更高铟组分的In0.05Ga0.95N上波导可增加光场限制因子,改善绿光激光器的性能。综合调控n型限制层和上波导才能有效改善GaN基绿光激光器的光场分布,提高激光器的性能。

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.

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。

基于非傍轴矢量光束传输理论, 研究了拉盖尔高斯光束的远场特性。运用角谱衍射公式以及稳相法, 得到了初始为线偏振态的拉盖尔高斯光束传输一段距离后的矢量电场分布的解析表示式。数值计算了初始为x方向偏振的拉盖尔高斯光束沿z轴传播时各方向的电场分量及等相面空间分布。结果表明, 传输一段距离后, 出现了平行于传播方向的电场分量, 其强度分布呈双峰结构, 且其值远小于垂直电场方向的分量值; 随着拓扑荷数的增加, 该平行分量增加, 光斑发散程度也相应增强。该光束等相面呈螺旋状分布。

A model to calculate the optical field distribution of quadruplet beams on a hohlraum target wall is pre-sented. This model combines geometrical ray tracing, coordinate transformation, and Fresnel diffractionintegral to capture the quadruplet beams propagating in four different directions and the typically non-planar geometry of the hohlraum wall. The results demonstrate that the optical field distribution arisesmainly from individual beam diffraction, and the interference with other beams in the quadruplet hardlydevotes to the distribution. A movie is also produced to interpret the spatio and temporal evolution ofthe optical field on a cylindrical hohlraum wall.

利用传输矩阵法研究了液晶染料填充一维阶梯型Double-period第四代准周期结构局域模的光学特性。计算了增益前局域模与外加电场方向和正入射波方向间夹角θ的变化关系,分析了增益系数与局域模透射率的关系以及局域模在空间位置的光场分布,讨论了增益后的局域模透射率与光场强度的关系。结果表明:随着夹角θ的增大,光子禁带变宽并且只向短波方向拓展;随着夹角θ的增大,增益前的局域模向短波方向移动,透射率逐渐增大,且局域模波长的调控量为237 nm。随着增益系数的增大,透射率先增大后减小。光场分布呈现局域现象,当夹角θ=434°,波长λ=5950 nm时,光强达到6个数量级。增益后的局域模透射率与光场强度呈正比关系。

利用传输矩阵法研究了含向列相液晶缺陷层的1维阶梯型双周期第4代准周期结构 缺陷模的电场方向调控特性。分析了外加电场方向和正入射波方向间夹角θ与缺陷模波长的位置、 品质因子、空间位置光场分布的变化关系,探讨了缺陷模的品质因子对光场强度的影响。 结果表明:随着夹角θ的逐渐增大,缺陷模的位置向短波方向移动,缺陷模波长的调控量为84 nm;随着夹角θ的逐渐增大, 缺陷模的品质因子逐渐增大;缺陷模在空间位置的光场分布呈现出局域现 象,随夹角θ的增大,空间位置的光场强度逐渐增强;缺陷模的品质因子与光场强度成正比关系。