作者单位
摘要
1 中国工程物理研究院 研究生院,四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 应用电子学研究所,四川 绵阳 621900
为了实现Ka波段回旋行波管高纯度TE01模式输入,通过在输出口添加滤波结构,对二级功分TE01输入耦合器进行改进,改进后杂散模式传输效率由平均7%下降至2%。该结构主体为一个级联的两级Y型功分网络,能高效地实现矩形波导TE10模式到圆波导TE01模式的转换。在基于传输线理论对功分网络的传输性能理论分析的基础上,借助三维电磁仿真软件进行多次优化迭代,最终得到了一个在31 GHz附近模式转换效率大于99%的宽带TE01输入耦合器, 该输入耦合器具有5 GHz的−0.1 dB插入损耗带宽,同时有效频带内的平均模式转换效率高达98.6%,模式纯度在99%以上并且回波损耗小于−15 dB。采用矢量网络分析仪对该器件进行了背靠背冷测实验,结果表明,其带内衰减约为0.5 dB,与仿真计算结果偏差较小,符合工程实际需求。
回旋行波管 功分网络 输入耦合结构 高纯度 滤波结构 模式转换 gyro-TWT power distribution network input coupling structure broadband filter structure mode conversion 
强激光与粒子束
2023, 35(8): 083002
陈欢 1,2吴淦 1,2孙旭辉 1,2马艺冰 1,2[ ... ]秦亦强 1,2,*
作者单位
摘要
1 南京大学固体微结构物理国家重点实验室,江苏 南京 210093
2 南京大学现代工程与应用科学学院,江苏 南京 210093
3 南京大学物理学院,江苏 南京 210093
4 南京工业大学物理系,江苏 南京 211816
提出一种能够同时实现拉盖尔高斯光束倍频和模式转换两种功能的光学超晶格。首先,通过局域相位匹配原理设计得到了实现以上功能所需的超晶格结构函数。不同于常规的多通道周期或啁啾结构,采用局域相位匹配原理得到的是一种具有弯曲畴的超晶格结构,理论上可以减少相差并提高转换效率。其次,讨论了正反两种模式的超晶格结构,两种结构均可以实现非线性模式转换,但正向结构效果更佳。最后,对不同角向指数的拉盖尔高斯光束的模式转换过程进行数值模拟,观察转换得到的厄米高斯光束图像,验证了两种光束模式指数的关系。模拟结果表明,这样设计不仅能够实现不同特殊光束之间的相互转换,而且将倍频和模式转换两种功能集为一体,使得器件更加紧凑。该结构有望推进非线性模式转换器的研究。
涡旋光 模式转换 倍频 弯曲畴 局域相位匹配 
光学学报
2023, 43(14): 1419001
作者单位
摘要
1 上海大学通信与信息工程学院上海市特种光纤与光接入网教育部重点实验室,上海 200444
2 江西师范大学物理与通信电子学院江西省光电子与通信重点实验室,江西 南昌 330022
3 河南师范大学电子与电气工程学院河南省光电传感集成应用重点实验室,河南 新乡 453007
长周期光纤光栅作为一种重要的光无源器件,与所有光纤传感器一样具有抗电磁干扰、耐腐蚀、灵敏度高、体积小、与光纤系统兼容等优点,在光纤传感与光纤通信领域都有广泛的应用。本文对长周期光纤光栅的模式耦合原理、理论分析方法、光栅制备技术及其在光纤传感与光纤通信领域的主要应用进行了总结分析,其中制备技术主要总结了激光制备技术(包括紫外激光、二氧化碳激光、飞秒激光制备技术)与非激光制备技术(包括电弧放电、机械微弯、包层腐蚀、熔融拉锥、离子注入、超声调制技术),分别介绍了长周期光纤光栅在温度、应变、弯曲、扭转和环境折射率、生化传感等方面的应用,对于光纤通信领域的应用则侧重于全光纤滤波器、模式转换器、起偏器、模式耦合器等方面。本文是按照教程论文的形式撰写的,旨在为相关领域的学生、科研工作者提供一个系统的介绍。
光纤光学 长周期光纤光栅 模式耦合 模式转换 光纤传感器 光纤通信 
激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0900001
Author Affiliations
Abstract
1 Medical University of Innsbruck, Institute of Biomedical Physics, Innsbruck, Austria
2 Friedrich-Alexander-University Erlangen-Nürnberg, Institute of Photonic Technologies, Erlangen, Germany
3 Friedrich-Alexander-University Erlangen-Nürnberg, Erlangen Graduate School in Advanced Optical Technologies, Erlangen, Germany
4 University of Oxford, Department of Engineering Science, Oxford, United Kingdom
Light plays a central role in many applications. The key to unlocking its versatility lies in shaping it into the most appropriate form for the task at hand. Specifically tailored refractive index modifications, directly manufactured inside glass using a short pulsed laser, enable an almost arbitrary control of the light flow. However, the stringent requirements for quantitative knowledge of these modifications, as well as for fabrication precision, have so far prevented the fabrication of light-efficient aperiodic photonic volume elements (APVEs). Here, we present a powerful approach to the design and manufacturing of light-efficient APVEs. We optimize application-specific three-dimensional arrangements of hundreds of thousands of microscopic voxels and manufacture them using femtosecond direct laser writing inside millimeter-sized glass volumes. We experimentally achieve unprecedented diffraction efficiencies up to 80%, which is enabled by precise voxel characterization and adaptive optics during fabrication. We demonstrate APVEs with various functionalities, including a spatial mode converter and combined intensity shaping and wavelength multiplexing. Our elements can be freely designed and are efficient, compact, and robust. Our approach is not limited to borosilicate glass but is potentially extendable to other substrates, including birefringent and nonlinear materials, giving a preview of even broader functionalities, including polarization modulation and dynamic elements.
integrated photonics holography mode conversion inverse design 
Advanced Photonics Nexus
2023, 2(3): 036006
Author Affiliations
Abstract
1 Shenzhen Key Laboratory of Micro-Nano Photonic Information Technology, Key Laboratory of Optoelectronic Devices and Systems of Ministry of Education and Guangdong Province, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Guangzhou, China
2 SZU-NUS Collaborative Innovation Center for Optoelectronic Science & Technology, Key Laboratory of Optoelectronic Devices and Systems of Ministry of Education and Guangdong Province, Shenzhen University, Guangzhou, China
3 State Key Laboratory of High Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China
4 Great Bay University, Dongguan, China
We report on a vortex laser chirped-pulse amplification (CPA) system that delivers pulses with a peak power of 45 TW. A focused intensity exceeding 1019 W/cm2 has been demonstrated for the first time by the vortex amplification scheme. Compared with other schemes of strong-field vortex generation with high energy flux but narrowband vortex-converting elements at the end of the laser, an important advantage of our scheme is that we can use a broadband but size-limited q-plate to realize broadband mode-converting in the front end of the CPA system, and achieve high-power amplification with a series of amplifiers. This method is low cost and can be easily implemented in an existing laser system. The results have verified the feasibility to obtain terawatt and even petawatt vortex laser amplification by a CPA system, which has important potential applications in strong-field laser physics, for example, generation of vortex particle beams with orbital angular momentum, fast ignition for inertial confinement fusion and simulation of the extreme astrophysical environment.
high-power laser light amplification mode conversion optical vortex 
High Power Laser Science and Engineering
2022, 10(5): 05000e32
Author Affiliations
Abstract
1 Ningbo Femto & Nano Laser Technology Co., Ltd., Ningbo 315000, China
2 Zhejiang Lab, Hangzhou 311100, China
3 Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communications, Institute of Photonics Technology, Jinan University, Guangzhou 511443, China
4 State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
5 Laboratory of Infrared Materials and Devices, The Research Institute of Advanced Technologies, Ningbo University, Ningbo 315211, China
6 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
We report on a conceptually new type of waveguide in glass by femtosecond laser direct writing, namely, photonic lattice-like waveguide (PLLW). The PLLW’s core consists of well-distributed and densified tracks with a sub-micron size of 0.62 µm in width. Specifically, a PLLW inscribed as hexagonal-shape input with a ring-shape output side was implemented to converse Gaussian mode to doughnut-like mode, and high conversion efficiency was obtained with a low insertion loss of 1.65 dB at 976 nm. This work provides a new freedom for design and fabrication of the refractive index profile of waveguides with sub-micron resolution and broadens the functionalities and application scenarios of femtosecond laser direct-writing waveguides in future 3D integrated photonic systems.
femtosecond laser glass material laser direct-writing waveguide light mode conversion 
Chinese Optics Letters
2022, 20(3): 031406
杨晨 1,2,*郭炜 1李志贤 1焦梦龙 1[ ... ]朱敏 1
作者单位
摘要
1 中国科学院空天信息创新研究院 高功率微波源与技术重点实验室,北京 100094
2 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院,北京 100049
基于开放式谐振腔及准光学模式变换理论,设计并实现了一种应用于回旋管振荡器冷测的高阶模式激励器。以140 GHz、TE28,8模工作为例,通过计算机编程控制三维移动测量平台和网络分析仪完成了相应的实验测量。当模拟仿真获得在谐振腔激起频率为140.179 GHz、Q值为855、输出场分布与TE28,8模的相关性为90.9 %时,对应设计构建模式激励器完成的冷测结果频率为140.155 GHz、Q值为876、横向电场明显具有TE28,8的特征,为回旋管振荡器研究和设计过程检验提供了一个有效的实验平台。
开放式谐振腔 高阶体模 准光学模式变换 模式激励器 冷测 open resonant cavity high-order body mode quasi-optical mode conversion mode generation cold test 
红外与毫米波学报
2021, 40(6): 768
作者单位
摘要
1 电子薄膜与集成器件国家重点实验室,光电科学与工程学院,电子科技大学,四川 成都 610054
2 重庆微电子中心,重庆 401332
文章提出了一种3-μm中红外波段偏振无关且CMOS兼容的石墨烯调制器,器件主要包括两部分:模式转换结构及石墨烯调制器。该调制器不仅满足于CMOS兼容的要求,而且能够实现基膜的偏振无关调制。仿真结果表明该调制器在2.95 μm到3.05 μm的中红外波段能够实现高于20 dB的消光比,TE和TM模式的插入损耗都低于1.3 dB,其偏振相关损耗低于1.09 dB。通过计算,当器件长度为420 μm,能够获得高达9.47 GHz的3 dB带宽。
石墨烯调制器 偏振无关 模式转换 中红外 graphene modulator polarization-independent mode conversion mid-infrared 
红外与毫米波学报
2021, 40(3): 297
作者单位
摘要
1 广东省特种设备检测研究院珠海检测院, 广东 珠海 519002
2 郑州大学机械工程学院, 河南 郑州 450001
采用一种斜入射纵波探头在管内壁上形成爬波,以达到检测厚壁管内壁缺陷的目的。首先采用有限元方法模拟斜入射纵波在内壁上形成爬波的过程;然后使用激光超声可视化技术观察爬波在内壁上的形成过程,以验证有限元仿真的结果;最后通过超声波探伤仪连接研制的爬波探头,得到爬波在内壁人工缺陷上的反射信号。实验结果表明,超声纵波在管内壁上发生模态转换形成爬波,而爬波能量和纵波的入射角有关;探头和缺陷之间的距离影响着缺陷反射信号的幅值和出现时间;纵波在内壁上只是部分转换为爬波,还存在其他模态的超声波。试制的爬波探头可有效地检测厚壁管的内壁缺陷,为保障厚壁管的运行安全提供有效的无损检测方法。
传感器 激光超声 爬波 厚壁管 有限元模拟 模态转换 
激光与光电子学进展
2021, 58(6): 0628004
陶洪 1,2芈月安 1,2古皓 1,2李雪健 1,2[ ... ]任国斌 1,2,*
作者单位
摘要
1 北京交通大学全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044
2 北京交通大学光波技术研究所, 北京 100044
针对机械微弯长周期光纤光栅的基模HE11到高阶纤芯矢量模式(TE01、TM01和HE21)的耦合特性,分析了阶跃型和反抛物线型两种少模光纤结构下机械微弯长周期光纤光栅的光栅周期、微弯幅度和耦合系数等参数对矢量模式耦合的影响。研究结果表明,耦合系数是模式耦合过程中的关键,通过施加压力改变光纤的微弯幅度可以有效调谐光栅矢量模式的耦合强度。基于反抛物线型光纤结构的机械微弯长周期光纤光栅可以特定波长激发特定的高阶矢量模式(TE01、TM01和HE21),并且由基模向高阶模式转换的谐振波长可调谐。该机械微弯长周期光纤光栅在矢量模式复用、轨道角动量的产生和复用领域有潜在的应用价值。
光纤光学 机械微弯长周期光纤光栅 少模光纤 矢量模式转换 
光学学报
2020, 40(12): 1206003

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