Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China
2 School of Optoelectronic Science and Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China
Electromagnetic topological chiral edge states mimicking the quantum Hall effect have attracted a great deal of attention due to their unique features of free backscattering and immunity against sharp bends and defects. However, the matching techniques between classical waveguides and the topological one-way waveguide deserve more attention for real-world applications. In this paper, a highly efficient conversion structure between a classical rectangular waveguide and a topological one-way waveguide is proposed and demonstrated at the microwave frequency, which efficiently converts classical guided waves to topological one-way edge states. A tapered transition is designed to match both the momentum and impedance of the classical guided waves and the topological one-way edge states. With the conversion structure, the waves generated by a point excitation source can be coupled to the topological one-way waveguide with very high coupling efficiency, which can ensure high transmission of the whole system (i.e., from the source and the receiver). Simulation and measurement results demonstrate the proposed method. This investigation is beneficial to the applications of topological one-way waveguides and opens up a new avenue for advanced topological and classical integrated functional devices and systems.
guided waves highly efficient conversion photonic crystals topological chiral edge states Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 023902
电子科技大学 物理电子学院, 四川 成都 610054
在毫米波段, 为了更精确、快速地设计出非谐振型低副瓣波导缝隙天线, 提出了一种改进型解析方法, 具体方法为在传统的斯蒂文生公式引入一个修正因子。该修正因子可大幅度提高波导宽边上的径向缝隙偏移量的解析计算精度。一般情况下, 传统斯蒂文生公式仅适用于长宽比大于10∶1的窄缝设计。而此方法则可用于低副瓣、长宽比接近4∶1的宽缝波导缝隙天线的快速设计。对修正公式进行了理论分析, 并使用改进型公式, 设计加工出了一个工作频率为60GHz的波导缝隙原型天线, 实测增益和副瓣电平分别为14.8dB和-25dB。仿真结果以及测试数据吻合良好, 证实了此改进型方法的有效性。
毫米波 波导缝隙天线 斯蒂文生公式 泰勒分布 millimeter-wave slotted waveguide antenna Stevensons formula Taylor distribution
1 许昌职业技术学院, 河南 许昌 461000
2 郑州幼儿师范高等专科学校, 郑州 450099
3 电子科技大学 物理电子学院, 成都 610054
采用天线瞬态辐射理论和数值仿真方法, 分别研究了阵元个数、阵元间距、激励延迟等物理参量对光导天线阵列功率空间合成效率的影响。通过深入分析和对比文献报道的实验数据, 发现在不考虑非线性饱和效应和电磁屏蔽的条件下, 对于轴向排列的偶极子光导阵列, 导致功率合成效率不高的重要原因主要源自: 偶极子的方向性辐射、电磁能量空间耗散和非同步光激励。
太赫兹 光导天线 功率空间合成 天线阵列 terahertz photoconductive antenna power combination antenna array
1 电子科技大学光电信息学院, 四川 成都 610054
2 电子科技大学物理电子学院，四川 成都 610054
基于非线性偏振旋转锁模原理、非线性薛定谔方程和色散波干涉理论, 建立了被动锁模光纤激光器的光谱分析模型。采用此模型进行数值仿真, 研究了腔体长度、增益光纤长度和耦合输出比对光谱边带的影响。并分别采用13 m、16 m和26 m的腔长, 0.5 m, 1.5 m和3 m的掺铒光纤以及不同的耦合输出比进行了实验, 对比了上述情况下激光器的输出光谱。实验与仿真结果表明, 要抑制光谱边带, 应尽量缩短腔长, 适当增加增益光纤的长度和采用较低的耦合输出比, 并保证激光器处在基阶锁模状态。理论模型的仿真结果与实验现象吻合较好。取3 m增益光纤、13 m腔长和10%的输出比, 获得了光谱边带抑制较好、谱宽20.4 nm的锁模脉冲激光, 重复频率为15.87 MHz, 单脉冲能量约0.52 nJ, 脉冲幅值和光谱谱宽分别存在约4%和2%的波动。
光纤激光器 光谱边带 增益光纤长度 腔体长度 耦合输出比
1 电子科技大学 光电信息学院,成都 610054
2 电子科技大学 物理电子学院,成都 610054
锁模光纤激光器能够产生超短脉冲,在众多领域中有着广泛的应用前景。概述了光纤激光器锁模实现技术的基本原理、典型结构和最新研究进展,分析了主动锁模、被动锁模和混合锁模技术的优缺点,并对多波长锁模、拉伸脉冲锁模和基于光子晶体的锁模光纤激光器的最新研究情况进行了介绍和分析。展望了锁模光纤激光器研究的发展方向和急需解决的问题。
激光器 光纤激光器 主动锁模 被动锁模 混合锁模 lasers fiber laser active mode-lock passive mode-lock mixed mode-lock
1 电子科技大学光电信息学院，四川 成都，610054
2 电子科技大学物理电子学院，四川 成都，610054
基于环形腔被动锁模光纤激光器的基本原理，对影响其输出特性的关键因素——耦合输出比(R)作了理论和实验研究。理论仿真结果表明，要得到高质量的脉冲，激光器腔内增益与耦合输出比存在一最佳比值，小信号增益为7.5 dB时，耦合输出比应在30%左右。实验中取3 m长的增益光纤，分别采用5%，10%～40%和60%～90%的耦合输出比搭建环形腔被动锁模光纤激光器。实验结果对比分析表明，耦合输出比对激光器的输出特性有重要影响，R取5%～10%间时脉冲谱宽最宽(可达25.4 nm)且谱宽调谐范围较大(>12 nm)，R=10%和30%时脉冲波动幅度最小，R=70%左右时单脉冲能量最大(达3.86 nJ)。另外，取R=30%，可在脉冲幅值波动较小的基础上获得最大的脉冲能量; 而R=10%时为保证脉冲波动小、谱宽宽和能量大的平衡点。取3 m长的增益光纤和R=10%的激光器，获得了重复频率15.87 MHz，谱宽25.4 nm，单脉冲能量约0.52 nJ的脉冲激光，这些特性不会受到工作台振动、激光器搬动及普通温度变化等因素的影响，脉冲幅值存在约4%的波动。
激光器 光纤激光器 被动锁模 稳定性 耦合输出比
1 电子科技大学光电信息学院, 四川 成都 610054
2 电子科技大学物理电子学院, 四川 成都 610054
超宽带(UWB)无线通信的关键技术之一是UWB窄脉冲产生技术。为简化光子超宽带脉冲源的设计, 提出采用基于光纤可饱和吸收体效应的环形腔被动锁模光纤激光器来设计光子UWB脉冲源。为了获得满足UWB室内无线通信频谱范围的脉冲, 利用色散和啁啾效应展宽脉宽的原理, 在激光器环形腔内使用较长的增益光纤引入大量色散效应, 将光脉冲展宽以符合美国通信委员会(FCC)规定的室内UWB通信频谱范围(3.1～10.6 GHz)。并根据光纤激光器谐波锁模的原理, 通过控制偏振态调制输出脉冲的周期以提高脉冲重复频率。实验中, 展宽的光脉冲经光电转换器转换成UWB电脉冲序列后, 由宽带数字示波器进行波形观测和测量。通过调节偏振控制器, 获得了可输出8种不同脉冲重复频率的光子超宽带脉冲源。
激光器 光纤激光器 超宽带技术 群速度色散 自相位调制 脉宽 被动谐波锁模
1 电子科技大学 光电信息学院，成都 610054
2 电子科技大学 物理电子学院，成都 610054
在考虑增益、损耗、群速度色散、自相位调制、快速可饱和吸收体等各种参数同时作用情况下，分析了非线性偏振旋转效应自启动锁模机理，研究了腔体参数与锁模脉冲之间的关系，并给出飞秒被动锁模环形腔掺Er3+光纤激光器实验原理。实验采用性能稳定的980nm半导体激光器作为抽运源，高掺杂短长度掺Er3+光纤作为增益介质，利用非线性偏振旋转锁模技术，得到了稳定的飞秒自起振锁模光脉冲。抽运功率为23mW时，激光器输出锁模脉冲中心波长1552nm，3dB带宽为7．6nm，重复频率14．0MHz，平均输出功率0．43mW，自起振锁模泵浦阈值功率11．5mW，并观测到了稳定的高阶锁模脉冲输出。该激光器与报道过的相同结构光纤激光器相比，自起振泵浦阈值低、脉冲能量高、稳定性好，且频谱边带幅度小。
光纤激光器 光孤子 被动锁模 飞秒脉冲 掺Er3+光纤 fiber laser optical soliton passively mode-locked femtosecond pulse Er3+-doped fiber
1 电子科技大学光电信息学院，成都 610054
2 电子科技大学物理电子学院，成都 610054
基于偏振态调谐原理，利用多个偏振控制器在环形腔掺Er3+光纤激光器中实现了连续可调谐、窄线宽、高信噪比的单频激光输出．连续调谐宽度达22nm(1538～1560nm)，3dB谱线宽度小于0．1nm，光信号－自发辐射噪音比大于45dB，最大输出功率约1mW．在10～50mW泵浦功率范围内，输出功率波动幅度小于1dB．在室温下，工作数十个小时，中心波长漂移小于0．05nm．
光纤激光器 可调谐 偏振 环形腔 掺铒激光器 Fiber laser Tenability Polarization Ring laser Er3+-doped fiber laser
电子科技大学,光电信息学院,四川,成都,610054
从广义非线性薛定谔锁模方程出发,运用数值方法分别研究了泵浦光功率和非线性饱和吸收体对飞秒被动锁模光纤激光器工作特性的影响 ,并得到了激光器在基阶脉冲重复频率下稳态输出的最高输入泵浦功率和其对应的非线性饱和吸收体稳定工作区间.该研究结果为进一步优化设计最高泵浦功率、非线性饱和吸收体开关以及提高被动锁模光纤激光器的稳定工作性能都具有指导意义.
光纤激光器 被动锁模 稳定性 fiber laser passively mode-locked stability
