Author Affiliations
Abstract
1 MOE Key Laboratory of Material Physics and Chemistry under Extraordinary Conditions, and Shaanxi Key Laboratory of Optical Information Technology, School of Physical Science and Technology, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China
2 Institute for Photonics and Advanced Sensing, University of Adelaide, Adelaide, SA 5005, Australia
3 ARC Centre of Excellence for Nanoscale BioPhotonics, University of Adelaide, Adelaide, SA 5005, Australia
4 Institute of Photonics Technology, Jinan University, Guangzhou 510632, China
5 Institute of Laser Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
6 e-mail: dxyang@nwpu.edu.cn
Plasmonic devices using periodic metallic nanostructures have recently gained tremendous interest for color filters, sensing, surface enhanced spectroscopy, and enhanced photoluminescence, etc. However, the performance of such plasmonic devices is severely hampered by the solid substrates supporting the metallic nanostructures. Here, a strategy for freestanding metallic nanomembranes is introduced by taking advantages of hollow substrate structures. Large-area and highly uniform gold nanomembranes with nanohole array are fabricated via a flexible and simple replication-releasing method. The hollow structures include a hollow core fiber with 30 μm core diameter and two ferrules with their hole diameter as 125 and 500 μm, respectively. As a proof-of-concept demonstration, 2 times higher sensitivity of the bulk refractive index is obtained with this platform compared to that of a counterpart on a solid silica substrate. Such a portable and compact configuration provides unique opportunities to explore the intrinsic properties of the metal nanomembranes and paves a new way to fabricate high-performance plasmonic devices for biomolecule sensing and color filter.
Photonics Research
2020, 8(11): 11001749
西北工业大学 理学院 陕西省光信息技术重点实验室，陕西 西安 710072
对于全息波导显示系统，为获得连续的输出光瞳而引入的半透半反膜，会在波导中形成阶跃形光强分布，与阶跃形强度分布相匹配的输出光栅衍射效率须为阶跃形分布，这样才能获得均匀的衍射输出强度。为保证衍射角带宽内所有光线均有较佳的输出强度均匀性，提出了一种连续递增的衍射效率分布光栅模型。建立了基于对阶跃形衍射效率分布的分段加权平均和二次曲线拟合的优化计算模型，计算得到了衍射效率分布曲线，并由衍射效率分布曲线计算得到衍射角带宽内不同视场光束的输出光强分布。结果表明，输出光强位置均匀性最小为524%，出瞳内角度均匀性达到849%。随着分束膜层数的增加，波导阶跃形光强差将会减小，可获得更好的输出强度均匀性。
全息波导显示 图像均匀性 出瞳连续 衍射效率分布 分束膜 holographic waveguide display image uniformity continuous exit pupil diffraction efficiency distribution beam splitter
1 光电控制技术重点实验室, 河南 洛阳 471000
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
3 西北工业大学理学院陕西省光信息技术重点实验室, 陕西 西安 710072
以Kogelnik 耦合波理论为基础，从理论上分析了反射体全息光栅衍射效率的影响因素，提出了采用多光栅重叠衍射拓展体全息光栅角带宽的方法。针对衍射均匀性的要求，分析了多重光栅重叠衍射的物理过程，给出了相邻光栅拼接时的布拉格角偏移量，得到了多重光栅衍射角带宽随光栅重数和折射率调制度的变化关系。理论计算结果表明，多重光栅衍射角带宽与多重光栅数量和光栅折射率调制度均呈现出线性增加的关系。在合适的折射率调制度下，通过增加光栅数量可显著增加衍射角带宽。
全息 耦合波理论 反射体全息光栅 角带宽拓展 多重光栅 折射率调制度 激光与光电子学进展
2013, 50(9): 090901
西北工业大学理学院陕西省光信息技术重点实验室， 教育部空间应用物理与化学重点实验室， 陕西 西安 710072
采用有限元方法(FEM)建立了金刚石压砧(DAC)加载下脉冲激光激发超声波的数值分析模型。数值模拟了高压下样品中的瞬态温度场和超声位移场，得到了激光垂直照射下入射点异侧不同位置处的超声波波形，分析了超声位移场随时间变化的特征。结果表明，在DAC加载下，热弹作用产生的超声波具有明显的指向性，其纵波能量主要集中于激光入射方向附近，而横波的能量集中于偏离激光入射点30°~55°的倾角之间。上述特征与自由面热弹作用结果差异很大，而与自由面烧蚀作用结果相似。
激光技术 激光超声 位移场 金刚石压砧 有限元方法
西北工业大学理学院光信息科学与技术研究所陕西省光信息技术重点实验室, 陕西 西安 710072
对于光学涡旋特别是具有复杂拓扑结构的光学涡旋, 可以通过数值计算的方法获得实验上难以准确测量的角动量分布及其传输演化特性。在略去线偏振光场线动量密度中的轴向分量的情况下可获得涡旋光场的横向线动量密度, 其在光束截面上的角向分量表征了涡旋角动量的分布。通过数值模拟, 研究了单束拉盖尔高斯光束和拓扑荷不同的两束拉盖尔高斯光束同轴叠加后在自由空间中的传播过程, 获得了强度分布、相位分布和横向线动量密度在瑞利长度内的分布特征。通过分析光束横截面上强度分布和线动量密度的演化特性表明, 在远离束腰处光束的衍射效应不仅降低了横向线动量密度, 还会增加径向分量, 因而增强了径向力学特性, 减弱了角向力学特性, 因此在具体实施微操控时不宜在距离束腰面较远的横截面内进行。
物理光学 光学涡旋 横向线动量密度 角动量 拉盖尔高斯光束
1 中国空间技术研究院 北京空间机电研究所,北京 100190
2 西北工业大学 理学院,陕西 西安 710072
空芯光子晶体光纤由于独特的结构,具有不同于传统光纤在弯曲状态下的光传输特性。对空芯带隙型光子晶体光纤的微观弯曲损耗特性进行研究,利用改进型微弯器使光纤获得不同外力和弯曲条件下的响应,测量其传输谱。实验上分析了波长、压力、微弯振幅和微弯周期等因素对于光纤传输损耗的影响,利用模式理论分析给出了微弯损耗产生的原因。结果表明,带隙型光子晶体光纤的抗微弯能力强,由于表面模式的存在,在1520-1620 nm波段内光纤微弯损耗随波长的增加而增大。带隙型光子晶体光纤的弯曲损耗随微弯振幅增大而增大,并且在一定范围内损耗随微弯空间周期的增加而增大,但当微弯周期超过一定的临界值时其损耗随之减小;微弯状态下光纤的表面模式、包层模式与损耗密切相关。
光纤光学 光子晶体光纤 弯曲损耗 光子带隙 表面模式
西北工业大学 理学院光信息科学与技术研究所陕西省光信息技术重点实验室,陕西 西安 710072
提出用光纤环腔衰荡技术研究单模光纤的弯曲损耗及其随弯曲半径和温度变化的振荡特性。光纤弯曲时,从基模辐射出去的一部分能量在包层涂敷层或涂敷层空气界面处发生反射形成回音壁(WG)模,当满足同向耦合条件时,WG模又重新耦合回纤芯与基模发生干涉,使光纤的弯曲损耗产生振荡。实验结果表明,在弯曲半径为9.33-27.63 mm的范围内,单模光纤的弯曲损耗除了随弯曲半径的减小呈指数增大外,还伴随有振荡现象,且WG模与纤芯基模之间还会发生二阶耦合,导致次级振荡的存在;弯曲损耗随温度的变化也存在振荡现象,振荡周期随温度的升高和弯曲半径的减小而减小。实验得到的振荡峰的位置和幅值及振荡周期与理论分析结果一致。
光纤光学 弯曲损耗 光纤环腔衰荡技术 弯曲半径
西北工业大学 理学院光信息科学与技术研究所,陕西省光信息技术重点实验室,陕西 西安 710072
利用全息法可产生复杂拓扑结构的光学涡旋且容易实现对涡旋态的控制,但通常情况下衍射效率较低。以掺铁铌酸锂晶体为存储介质,通过对光学涡旋的体全息存储与再现研究,在晶体几何厚度仅为0.6 mm的情况下获得了26.7%的衍射效率,且再现图像与记录前图像质量相当。根据实验参数,应用Kogelnik耦合波理论进行的计算表明,在同一种晶体和曝光参数情况下,当晶体的几何厚度达到1.23 mm时可获得100%的涡旋光衍射效率。
衍射 光学涡旋 体全息 衍射效率 掺铁铌酸锂晶体
1 西北工业大学 理学院 光信息科学与技术研究所,陕西省光信息技术重点实验室,西安 710129
2 中国科学院 西安光学精密机械研究所,瞬态光学与光子技术国家重点实验室,西安 710119
在传统光纤激光器工作原理的基础上,考虑光子晶体光纤(PCF)模场分布特征,给出了连续泵浦情况下单模PCF激光器的速率方程和功率传输方程。利用该方程对掺镱单模PCF激光器的性能进行了数值模拟研究。结果表明:虽然空气占空比大小对PCF激光器的输出功率、泵浦阈值和斜率效率等影响不显著,但对拉曼非线性阈值影响却很大。当泵浦功率小于拉曼非线性阈值时,激光器主要输出信号激光;当超过拉曼阈值且在较宽的范围内,激光器同时输出功率相近的信号激光和拉曼光。基于这种效应,提出一种由泵浦功率控制的双波长光纤激光器的新思路。考虑到PCF非线性系数的可调控特性,采用不同光纤有可能在较宽的功率范围获得双波长激光振荡。
光纤激光器 光子晶体光纤 模场分布 双波长激光 拉曼非线性阈值 fiber laser photonic crystal fiber(PCF) mode-field distribution double wavelength laser 强激光与粒子束
2009, 21(10): 1462
