南京邮电大学 通信与信息工程学院, 南京 210000
为了进一步提高系统的能量利用率, 设计了一种基于智能充电控制的光纤供能系统。系统采用充电控制装置对后级负载稳定供能并灵活调控储能模块的充电方式, 实现对远端富余的能量快速存储和合理利用, 并基于反馈信号实现对系统工作状态的实时调控。实验结果表明: 所提系统在不同场景下能够根据远端的负载及器件的工作状态自动调整本地激光源的输出功率, 从而保证供能系统的安全工作; 当光供能不足时, 所储存的能量可作为备用能源对传感器件或应用设备进行紧急供能。
光纤供能 光伏电池 电源管理 最大功率跟踪 充电控制 fiber optic power supply, photovoltaic cell, power
南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
在金属光栅覆盖分布式布拉格反射镜（DBR）双层结构中，利用金属与DBR交界面上的塔姆等离激元（TPPs）能够激发金属光栅狭缝内的表面等离激元（SPPs）的法布里-珀罗（F-P）谐振，由此产生的能量局域有助于感知狭缝内填充介质的折射率参数。为了进一步提升TPPs的激发效率，实现高灵敏度折射率传感，本文提出在金属光栅底部引入金属膜层构建金属光栅-金属膜-DBR的三层复合结构，采用有限元法分析了膜层厚度对复合结构透射谱线的定量影响。仿真结果显示，随着金属膜层厚度的增加，透射峰的谱宽单调减小，而峰值透射率呈现先增大后减小的变化趋势，在膜厚为12 nm时最大，相比无膜层结构，光谱峰值透射率提升约29%。在此基础上通过改变光栅占空比及金属光栅高度，分析了光栅狭缝中三到五阶类F-P谐振模对应的透射峰的传感性能指标。结果表明，随着占空比的减小，各阶谐振模透射峰的灵敏度显著增大。当选择占空比为60%时，四阶和五阶谐振透射峰的传感灵敏度分别升至171.20 nm/RIU（灵敏度单位）和178.35 nm/RIU。此外，改变金属光栅的高度可以实现折射率探测区间近乎线性移动，当光栅高度从900 nm增大到1200 nm时，基于三到五阶谐振模式的探测区间可以有效覆盖从1.00到2.27的折射率区间。本文的研究结果为利用TPPs进行折射率传感提供了一种有效的设计思路。
遥感与传感器 表面等离激元 塔姆等离激元 金属光栅 类法布里-珀罗谐振 折射率传感器 光学学报
2023, 43(14): 1428002
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、微电子学院, 江苏 南京 210023
2 南京邮电大学通信与信息工程学院, 江苏 南京 210023
设计并制备了一种基于金属有机骨架(MOF)的光纤传感器,该传感器包括通过在无芯光纤两端熔接单模光纤所构建的单模-无芯-单模结构,以及采用原位结晶技术在无芯光纤表面生长的ZIF-8纳米薄膜。光信号从单模光纤耦合进无芯光纤时会激发出多种高阶模式并形成多模干涉,干涉结果对无芯光纤周围折射率的变化异常敏感。利用ZIF-8材料的多孔性和对乙醇分子特异性吸附能力,吸附乙醇分子后的ZIF-8纳米薄膜因孔隙被填充,其折射率将发生变化,改变了无芯光纤中多模干涉条件,导致其透射谱线发生偏移,从而实现水溶液中微量乙醇的检测,实验结果表明传感器最低检测乙醇体积分数可达1%,灵敏度为1.3 nm·% -1。该传感器结构简单,易于制备,在水中微量有机分子检测方面具有一定的应用前景。
传感器 金属有机骨架 光纤传感 无芯光纤 多模干涉效应 光学学报
2021, 41(23): 2328002
南京邮电大学电子与光学工程学院 微电子学院, 江苏 南京 210023
当金属-分布式Bragg反射镜-金属（M1-DBR-M2）结构中的DBR周期数比较大时, M1-DBR-M2中的两光学Tamm态（OTS）发生弱耦合。 通过研究M1-DBR-M2结构中OTS弱耦合情况下的反射光谱和OTS本征波长电场分布, 揭示了弱耦合情况下的OTS和光隧穿效应。 研究结果表明： 在弱耦合情况下, 金属薄膜M1的厚度影响了OTS的本征波长, 而金属薄膜M2的厚度对OTS的本征波长没影响。 虽然弱耦合情况下只能激发M1-DBR交界面处的OTS1, 但电场局域现象并不是仅仅发生在M1-DBR交界面处, 光可以穿过DBR到达并被局域在DBR-M2交界面处, 存在光的隧穿效应。 光隧穿效应的强弱与两OTS的本征波长失谐量大小有关, 本征波长失谐量越小, 光隧穿效应越强。 两OTS的本征波长失谐量的大小, 也影响了光在M1-DBR-M2结构中局域的强弱, 本征波长失谐量越小, 光的局域现象越强, 反射光谱中凹峰处的反射率越小。
光学Tamm态 弱耦合 金属-分布式Bragg反射镜-金属 Optical Tamm state Weak coupling Metal-DBR-metal
南京邮电大学电子与光学工程学院、微电子学院, 江苏 南京 210023
研究亚波长负折射光栅透镜的柱矢量光束聚焦效应,探索并分析光栅的材料、几何参数等对聚焦效果的影响。亚波长光栅的-1级衍射效应可实现等效负折射现象,结合等光程原理可设计出聚焦平凹镜。利用柱对称坐标系下的有限元算法,分析不同材料折射率、不同等效负折射率、不同预设焦距对实际聚焦效果的影响。结果表明:材料折射率能影响聚焦场的能量效率;等效负折射率为-1时,焦点尺寸最小;预设焦距越小,焦点尺寸越小。聚焦场中纵向电场的比例是影响聚焦场横向尺寸的决定性因素。因此,合理设定光栅负折射率、材料折射率,优化负折射光栅平凹镜设计,能够获得优化的聚焦效果。本工作为柱矢量光束聚焦场调控及相关领域的微纳结构设计提供了参考。
光栅 亚波长结构 透镜 柱矢量光束 负折射 聚焦 光学学报
2019, 39(11): 1105001
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、微电子学院, 江苏 南京 210023
2 南京理工大学电光学院, 江苏 南京 210094
基于等效媒质理论,分析了近红外波段的石墨烯-电介质多层膜结构双曲超材料(GDM-HMMs)的双曲色散关系,对传输矩阵法(TMM)进行了优化,计算分析了不同周期数下的石墨烯双曲超材料的透射谱。基于法布里-珀罗共振腔(F-P腔),理论分析了透射谱的演变规律,验证了石墨烯双曲超材料在近红外波段的双曲色散关系。研究结果表明,实现电磁波传输需要大切向波矢条件。结构总周期数影响透射谱特性,可用F-P腔理论进行分析和反向结构设计。
材料 双曲超材料 传输矩阵法 石墨烯 法布里-珀罗(F-P)腔 激光与光电子学进展
2019, 56(4): 041602
南京邮电大学 通信与信息工程学院，南京 210003
采用三维结构光子器件可以实现多维度的空分复用，即并行处理多路信号，从而增加传输容量，提高集成密度。文章根据三维多模干涉耦合器的自成像原理，设计了一种易于集成的三维模式转换分束器。该分束器可以将输入的基模光场转换为3个基模光场和3个一阶模光场输出。用聚合物材料设计并优化得到多模波导的长、宽和高分别为3 398.17、50.00和29.37 μm。模拟结果显示，在1 550 nm波长时的总传输效率为85.5%，其中基模输出光场的传输效率为28.9%，最大不均衡性为0.010 dB；一阶模输出光场的转换效率为56.6%，最大不均衡性为0.004 dB。
集成光学 多模干涉耦合器 模式转换 分束器 integrated optics multimode interference coupler mode conversion beam splitter
南京邮电大学光电工程学院, 江苏 南京 210023
研究分析了金属-介质-金属(MIM)波导布拉格光栅(WBG)结构中的反对称和对称等离激元模式的色散关系和传输特性。计算分析了金属为银、介质层厚度为700 nm时,不同介质材料情况下两种模式的截止特性及色散关系。在此基础上用布洛赫模式分析法探讨了两种介质交替排列构成的MIM WBG结构的反对称与对称模式的能带结构;并用传输矩阵法计算了透射谱,发现结构在通信波段的模式滤波特性。进一步讨论了对称模式的截止频率、模式传输特性与材料和结构参数的依赖关系。通过对结构材料参数及几何尺寸的选择及优化,可以实现在特定波段的宽带或窄带滤波及模式滤波功能,该结构在光通信、集成光学领域具有一定的应用价值。
光学器件 表面等离激元波导 有限元法 布拉格光栅 模式特性 光学学报
2017, 37(11): 1123002
1 中国南方电网有限责任公司 超高压输电公司，广州 510000
2 南京邮电大学 光电工程学院，南京 210023
在超高压直流输电系统的直流测量系统中，使用光纤代替电力线传输激光能量以驱动远端测量传感器，可以实现高低电压隔离和绝缘以及抗电磁干扰。针对在实际运行中远端测量传感器故障率较高的问题，通过研究传感器各功能模块的工作原理、结构特点以及薄弱环节，研制了一种改进型直流测量传感器。该传感器采用光伏电池最大功率点跟踪技术，优化了各模块的电路设计，提高了模块的集成度，也改善了器件的性能。现场测试结果表明，改进型直流测量传感器在测量精度及功耗方面均优于国外产品。此传感器能提高直流测量系统的精确性和稳定性。
激光供能 超高压直流输电 测量传感器 最大功率点跟踪技术 laser power over fiber UHVDC measuring sensor maximum power point tracking technology
Author Affiliations
Abstract
Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210023, China
We demonstrate an ultra-narrow-band optical filter based on a hybrid-microsphere consisting of a coated SiO2 microsphere. As compared to the SiO2 microsphere, the hybrid-microsphere produces a quality factor of >108, a transmission spectrum bandwidth of <1 pm, and an increased side-mode suppression ratio. The microsphere surface roughness and whispering gallery mode (WGM) transmission spectra are measured experimentally. A 0.01 nm bandwidth, single-wavelength fiber laser output is achieved with a tunable wavelength, using the SiO2 microsphere as the mode selector. The optical field distribution and WGM transmission spectrum of the hybrid-microsphere with different coating parameters are theoretically investigated by the finite-difference time-domain method.
230.5750 Resonators 060.3510 Lasers, fiber 140.3945 Microcavities 140.4780 Optical resonators Chinese Optics Letters
2016, 14(11): 112302
