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
杨克羽 1,2孙伟路 1,2盛俊凯 1,2彭芊芊 1,2[ ... ]王训四 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 宁波大学信息科学与工程学院高等技术研究院红外材料与器件实验室,浙江 宁波 315211
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室,浙江 宁波 315211
3 宁波海洋研究院,浙江 宁波 315832
基于有效全向反射原理的布拉格光纤可以通过调谐周期性的包层结构参数来实现特定波长的高功率传输。为了克服传统空心布拉格光纤易于形变的缺点,制备了一种基于补偿叠层挤压技术的硫系玻璃纤芯全固态布拉格光纤,解决了传统叠层挤压引起的光纤层厚不均匀问题。该光纤含有三对厚度相同的包层对,在整根6 m长光纤中包层对的厚度与光纤直径的比例保持恒定的3∶100。该光纤在4~10 μm的波长范围内具有四个明显的低损耗窗口,证明了优化玻璃厚度的补偿叠层技术可以有效改善光纤结构及光传输性能。
光纤光学 全固态 布拉格光纤 硫系玻璃 叠层挤压法 
中国激光
2024, 51(2): 0206006
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
陈津津 1,2周港杰 1,2谭燕 1,2戴世勋 1,2林常规 1,2,*
作者单位
摘要
1 宁波大学 红外材料及器件实验室,浙江 宁波 315211
2 先进红外光电材料与器件浙江省工程研究中心,浙江 宁波 315211
为了丰富当前可用红外材料的种类,满足新一代红外成像光学系统的轻薄化设计需求,充分利用硫系玻璃组分可调和色散参数可选两大特殊优势,开发了新型硫系玻璃材料,并且在同一系统指标要求下,分别对基于传统红外材料和基于新型硫系玻璃设计的红外光学系统进行了性能对比。基于高折射率硫系玻璃的中波双视场红外光学系统,有效实现了去锗化设计,与基于传统红外材料的红外光学系统相比较,光学系统质量减轻了35%,长度减少了15%,透过率提高了10%。基于叠层梯度折射率(gradient refractive index, GRIN)硫系玻璃的共光路、共焦面双波段红外光学系统,在非制冷型中/短波红外成像光学系统中首次实现了胶合透镜的设计,与基于传统红外材料的双波段红外光学系统相比较,光学系统质量减轻了40%,长度减少了30%,透过率提高了15%;在制冷型中/长波红外光学系统中,具有不同折射率差值Δn的GRIN硫系玻璃展现出卓越的色差校正能力,与基于传统红外材料的双波段红外光学系统相比较,光学系统质量减轻了20%,长度减少了20%,透过率提高了18%。设计结果表明,新型硫系玻璃的出现,是对现有红外材料的有益补充,为新一代红外成像光学系统提供了更为丰富的材料选择和更多的设计自由度,是实现轻薄化透射式红外光学系统的重要技术途径。
高折射率 梯度折射率(GRIN) 双波段 硫系玻璃 共口径 红外光学系统 high refractive index gradient refractive index (GRIN) chalcogenide glass dual-band common path infrared optical system 
红外与激光工程
2023, 52(5): 20230102
张敏 1,2王弦歌 1,2李宁哲 1,2肖峰 1,2[ ... ]王训四 1,2,*
作者单位
摘要
1 宁波大学高等技术研究院 红外材料与器件实验室,浙江 宁波 315211
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室,浙江 宁波 315211
3 浙江省海洋研究院,浙江 宁波 315211
4 吉林大学 集成光电子学国家重点实验室,吉林 长春 130012
基于空分复用技术的多芯光纤通信核心指标之一是信道串扰,该问题的存在极大地影响着传输距离及信号质量,尤其是在宽带光纤放大系统中。本文重点讨论了弱耦合19芯光纤的串扰问题,同时提出了一种利于多组分碲酸盐玻璃挤压制备的沟槽辅助型19芯光纤,并采用耦合功率理论和有限元法对模型进行了相关性能的数值仿真,系统研究了沟槽尺寸、折射率分布及相关光纤参数对芯间串扰的影响。仿真结果表明,优化设计后的光纤在1 550 nm处拥有-156 dB/100 m的低串扰值,可以满足大容量光纤通信用宽带光放大器的应用需求。
低串扰 19芯光纤 沟槽辅助型 多组分碲酸盐玻璃 low crosstalk 19-core fiber trench assisted multicomponent tellurite glass 
发光学报
2023, 44(4): 694
邵欲欣 1,2康世亮 1,2,*李赛辉 1,2戴世勋 1,2林常规 1,2,**
作者单位
摘要
1 宁波大学高等技术研究院 红外材料及器件实验室,浙江 宁波 315211
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室,浙江 宁波 315211
采用高温浮粉熔融法制备了组分为60TeO2?10GeO2?20BaF2?9Y2O3?1Er2O3的Er3+掺杂氟碲酸盐玻璃微球,并对其品质因子(Q)、近红外激光特性以及温度传感进行了细致研究。结果发现微球腔的Q值可高达 ~106。在980 nm激光泵浦下,在直径为44.58 μm的微球中实现了阈值为54 μW、光学转换效率为0.050%的 1 607 nm激光输出。通过研究不同直径对微球腔激光性能的影响规律,可知随着微球腔直径的减小,激光阈值逐渐降低,光学转换效率逐渐提高,这主要归因于较小的微球腔具有更高的能量密度和更强的光与物质相互作用。此外,研究了微球腔的温度传感特性,其灵敏度为14 pm/℃。以上实验结果表明,所制备的Er3+掺杂氟碲酸盐玻璃微球腔在低阈值激光器和高灵敏度温度传感器领域具有潜在的应用。
玻璃微球 Er3+掺杂 氟碲酸盐 温度传感 glass microspheres Er3+-doped fluortellurite temperature sensing 
发光学报
2023, 44(5): 845
王敏 1,2,3戴世勋 1,2,3张培晴 1,2,3王训四 1,2,3[ ... ]刘自军 1,2,3
作者单位
摘要
1 宁波大学高等技术研究院红外材料及器件实验室, 浙江 宁波 315211
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室, 浙江 宁波 315211
3 先进红外光电材料及器件浙江省工程研究中心, 浙江 宁波 315211
基于倏逝波原理的光纤传感器因其灵敏度高、响应速度快、成本低等优点, 已广泛应用于液体、气体及生物化学传感等诸多领域。与此同时, 以碲酸盐玻璃、氟化物玻璃、硫系玻璃和卤化物晶体等为基质材料的中红外光纤因其具有较宽的红外透过范围, 近年来在中红外波段传感领域得到了广泛关注。本文首先概述了中红外光纤倏逝波传感原理, 介绍了各种中红外光纤基质材料的特点、光纤结构及参数特性, 详细综述了其在中红外波段气体、液体和生物化学等领域的传感进展, 最后对中红外光纤倏逝波传感器的发展趋势进行了展望。
光纤传感 倏逝波传感 中红外光纤 硫系玻璃光纤 fiber sensor evanescent wave sensor mid-infrared fiber chalcogenide glass fiber 
硅酸盐学报
2022, 50(4): 1117
王煜泽 1,2,*汪俊 1,2焦凯 1,2梁晓林 1,2[ ... ]王训四 1,2
作者单位
摘要
1 宁波大学信息科学与工程学院高等技术研究院, 红外材料与器件实验室, 浙江 宁波 315211
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室, 浙江 宁波 315211
3 嘉兴学院数据科学学院 , 浙江 嘉兴 314001
传统硫系玻璃必须在完全隔氧的环境下进行熔制, 但是微量氧化物对硫系玻璃的具体性能影响仍是一个问题。为了探究微量氧化物对As-Se玻璃中Se-H杂质的影响, 使用SeO2药品对Se原料进行提纯, 通过主动蒸馏法制备了多组玻璃样品, 对比研究其在Ge引入后形成的弱还原条件对SeO2发挥作用的效率变化情况。光谱特性和相关数据表明: 2×10-3的SeO2可以使As2Se3玻璃样品中的Se-H杂质含量在红外透过光谱中没有明显的吸收, 虽然会产生少量的As-O、Se-O等氧杂质; 当SeO2的添加量增加到10-2时, As-O、Se-O等氧杂质的吸收增加。当在主动蒸馏过程中引入Ge单质之后, 需要适当增加SeO2的添加量才能最终降低Se-H杂质的浓度, 相比制备的As2Se3样品, 该Ge-As-Se玻璃样品中的As-O、Se-O氧杂质含量有所减少, Ge-O杂质明显增多。总之, Ge金属的引入会使SeO2的作用效率减弱, 要想玻璃样品的Se-H杂质在红外透过光谱中没有明显的吸收, 则需要更高含量的SeO2进行补偿, 该研究为进一步了解硫系玻璃中的杂质来源和低羟基硫系玻璃光纤的制备提供了一种新的思路。
硫系玻璃提纯 杂质 氧化铈 光学透过谱 chalcogenide glass impurity selenium dioxide optical transmission spectrum 
硅酸盐学报
2022, 50(4): 943
于潇涵 1,2亓东锋 1,*周文举 3陈梦霞 3[ ... ]郑宏宇 1,**
作者单位
摘要
1 山东理工大学机械工程学院,山东 淄博 255000
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室,上海 201800
3 宁波大学红外材料及器件实验室,浙江 宁波 315211
硫系玻璃作为一种特殊的红外光学玻璃,在中红外波段光子器件领域应用中展现出巨大的优势。激光诱导周期性表面结构,其周期接近或小于入射激光波长,在红外微纳光学器件领域具有广阔的应用前景。首先,分别采用单点及激光直写两种加工方式系统地研究了飞秒激光在As2S3玻璃上诱导周期性结构随脉冲数量的演化过程。其次,对低脉冲数量及高脉冲数量下所形成的两种不同的周期性结构(低空间频率周期性结构及高空间频率周期性结构)的形成机制进行了系统地分析。最后,通过采用飞秒激光直写技术在As2S3玻璃表面制备出了大面积的周期性结构,并对该周期性结构的光学颜色特性进行了测试和探究。
飞秒激光 硫系玻璃 As2S3 周期性结构 
激光与光电子学进展
2022, 59(15): 1516019
刘婷 1,3,4李耀威 1,3,4戴世勋 1,3,4王训四 1,3,4[ ... ]张培晴 1,3,4,*
作者单位
摘要
1 宁波大学高等技术研究院红外材料及器件实验室,浙江 宁波 315211
2 哈尔滨工程大学理学院,黑龙江 哈尔滨 150006
3 浙江省光电探测材料及器件重点实验室,浙江 宁波 315211
4 先进红外光电材料及器件浙江省工程研究中心,浙江 宁波 315211
中红外波段包含了极其重要的大气红外窗口和众多重要分子的指纹区,该波段的光源和光器件在光电对抗、环境监测、生物传感和医疗诊断等领域具有重要应用。作为全光纤化中红外激光的关键元件,中红外玻璃光纤光栅成为人们的研究热点。氟化物光纤光栅、硫系光纤光栅和碲酸盐光纤光栅是目前应用最广泛的中红外玻璃光纤光栅,本文分门别类地对这3种光纤光栅的性能特点、制备工艺、研究现状和应用领域等进行了全面系统的概述,并分析了目前中红外玻璃光纤光栅的优势和局限性,为进一步提升中红外光纤激光器的性能,拓展中红外光纤光栅的应用领域提供参考和借鉴。
材料 中红外波段 光纤光栅 光纤光栅制备 光纤激光器 传感应用 
激光与光电子学进展
2022, 59(15): 1516015

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