1 燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛066004
2 东北大学秦皇岛分校控制工程学院, 河北 秦皇岛066004
提出了一种适用于湿度传感的表面等离子微环传感器。 该传感器纵向上采用表面等离子多层波导结构, 横向上采用U型微环结构, 以聚酰亚胺(polyimide, PI)为感湿材料。 根据传输矩阵法推导表面等离子微环传感器结构的传递函数, 外界环境的相对湿度变化引起聚酰亚胺的折射率变化, 从而多层波导结构的有效折射率发生改变, 导致传感器的输出光谱发生漂移。 重点分析讨论了多层波导结构的传输特性以及感湿部位折射率的变化对输出光谱的影响。 根据计算和仿真得出: 当U型波导的两个耦合点间的距离为微环周长的整数倍时, 传感器的输出光谱水平漂移量较大, 自由光谱范围(FSR)加倍, 达到128 nm, 当外界环境相对湿度从10%RH变化到100%RH时, 漂移量Δλm在0.005～0.038 μm之间变化, 相比于其他湿度传感器, 灵敏度提高了10～50倍, 高达0.0005 μm/%RH, 并且传输稳定。 结果表明: 设计的表面等离子微环传感器, 灵敏度较好, 性能稳定, 可以应用于湿度测量, 并且实现了在高灵敏度感湿的同时兼顾大范围的滤波选频, 为微型光学器件的制备提供了理论基础。
表面等离子微环传感器 多层波导结构 传输矩阵法 灵敏度 Surface plasmon Micro-ring sensor Multilayer waveguide structure Transfer matrix method Sensitivity 光谱学与光谱分析
2015, 35(9): 2660
燕山大学 电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
以碲玻璃为基质材料, 设计了八边形双芯光子晶体光纤.应用全矢量有限元法和模式耦合基本理论分析了八边形双芯光子晶体光纤中结构参数对耦合长度特性的影响.计算结果表明: 在波长1.55 μm处, 减小孔间距可明显减小耦合长度, 但只略微改变相对耦合长度;增大空气孔及椭圆率可略微增大耦合长度, 但可明显增大相对耦合长度.当相对耦合长度为1时, 设计的偏振分束器性能较理想.在此基础上, 通过调节结构参数, 设计了一种较短传输长度、高带宽、高消光比的偏振分束器, 当光纤长度为139 μm时, X、Y方向偏振光即可实现分离, 消光比达到最小值-53.46 dB, 且在波长1.49 μm-1.61 μm, 即带宽为120 nm范围内, 消光比小于-20 dB, 与同类型的高消光比和极短长度双芯偏振分束器相比, 其综合性能比较突出.
光纤光学 双芯光子晶体光纤 全矢量有限元法 偏振分束器 耦合长度 消光比 碲玻璃 Fiber optics Dual-core photonic crystal fibers Full-vector finite element method Polarization splitter Coupling length Polarization extinction Tellurite glass
1 燕山大学 电气工程学院, 河北 秦皇岛066004
2 东北大学秦皇岛分校 控制工程学院, 河北 秦皇岛066004
设计了一种新型金属-多层绝缘介质-金属表面等离子波导结构, 利用时域有限差分法对其传输特性进行数值分析。研究了有效折射率和传播长度与中间多层绝缘介质厚度之间的关系, 并分析了金属层的角度对该波导结构中场分布的影响。结果表明: 当光波从波导结构上方垂直入射时, 电磁场被限制在多层介质中的高折射率区, 实现了场的耦合传输。多层绝缘介质的厚度均为220 nm时, 正六边形金属层结构对应的波导结构的传输性能较为理想。该结构能够实现亚波长尺度的光限制, 可以应用于光电子集成和传感器领域。
等离子波导 多层介质 传输特性 耦合传输 光电子集成 surface plasmon waveguide multi-insulator transmission property coupling transmission optoelectronics integration
燕山大学 电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
分别以碲玻璃和SF6玻璃作为基质材料,设计制作了一种基于双折射效应的新型八边形晶格双芯光子晶体光纤偏振分束器。应用全矢量有限元法(FEM)分析了碲玻璃和SF6两种双芯光子晶体光纤中结构参数对双折射和相对耦合长度特性的影响, 数值模拟了碲玻璃和SF6两种偏振分束器的性能。结果表明: 在碲玻璃和SF6两种双芯光子晶体光纤中, 增大椭圆率可同时增加结构的双折射和相对耦合长度, 与SF6玻璃偏振分束器相比较, 碲玻璃偏振分束器具有更高的消光比和更大的带宽, 即在工作波长为1.55 μm处, 消光比达到最小值-53.46 dB, 且消光比小于-20 dB的带宽为120 nm。
光子晶体光纤 偏振分束器 全矢量有限元法 耦合长度 photonic crystal fibers polarization splitter full-vector finite element method coupling length
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Automation, Northeastern University at Qinhuangdao, Qinhuangdao 066004, China
2 Institute of Electric Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, China
3 School of Information, Hebei University of Technology, Tianjin 300130, China
The tunable micro-cavity based on one-dimensional (1D) photonic crystal doped by KTP is designed. The optical transmission properties in the doped one-dimensional defect photonic crystals are analyzed using transfer matrix method (TMM). According to the electro-optic effect, the refractive index ellipsoid equation is established with the applied alternating current at both coordinate axes, and the characteristics of temperature-optics and modulation are studied. Numerical calculations and experimental results show that the tuning range is ~40 nm.
1 秦皇岛职业技术学院， 河北 秦皇岛 066100
2 河北工业大学信息学院， 天津 300130
3 燕山大学电气工程学院， 河北 秦皇岛 066004
4 中国人民解放军装备指挥技术学院， 北京 101416
在采用光腔衰荡技术实现痕量气体浓度测量时，设计了用于痕量气体浓度测量的比较式光腔衰荡气室。通过对双探测器的比较及对数线性化，利用所设计的系统及其气室对气体浓度在线测量并进行了实验分析。得出了同种气体不同浓度时光的吸收程度随时间变化的规律与特性，实现了测量分辨力为10-9的测量结果。
气体浓度 在线测量 衰荡特性 掺铒光纤放大器 可调光衰减器 gas concentration on-line measurement ring-down characteristics Erbium doped fiber amplifier variable optical attenuator
