红外与激光工程
2022, 51(12): 20220781
1 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
3 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
设计了一种基于Bi1.5Sb0.5Te1.8Se1.2材料的能对紫外线实现宽角度吸收的多凹槽型吸收器。采用有限元方法对该吸收器的吸收机制以及吸收特性与入射波波长、入射角度以及结构参数的依赖关系进行了研究。重点讨论了0°入射时的吸收情况与结构参数之间的关系，并采用归一化的磁场强度分布对所得结果进行了解释。结果表明：该吸收器的吸收机制主要是表面等离子共振和光学谐振腔共振；在优化参数下，当入射角度为0°～70°时，该吸收器的吸收率均可达到80%以上。该吸收器在紫外传感、紫外光催化等领域具有潜在的应用价值。
光学器件 紫外线吸收器 光栅 Bi1.5Sb0.5Te1.8Se1.2 表面等离子共振 光学谐振腔共振 中国激光
2022, 49(17): 1713003
1 中国科学技术大学合肥微尺度物理科学国家实验室, 安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子物理卓越创新中心, 安徽 合肥 230026
氢气作为潜在的能源载体和工业材料，在众多领域发挥着日益重要的作用。在很多应用中, 对氢气的检测需要有更高的灵敏度、更快的响应和更大的动态测量范围。腔增强拉曼光谱法 (CERS) 通过 Pound-Drever-Hall (PDH) 稳频技术将激光和高精细度的光学谐振腔锁定, 实现了 1900 倍的腔内功率增益, 用于痕量氢气的检测。在 7 mW 的激光输入功率下, 当积分时间为 100 s 时, 自行搭建的腔增强拉曼光谱装置对 H2 的检测限为 2 Pa。实验结果还表明拉曼散射强度与激光功率和气体压力具有良好的线性关系, 示范了 CERS 方法高精度气体定量分析的潜力。
光谱学 痕量气体检测 腔增强拉曼光谱 氢气 光学谐振腔 Pound-Drever-Hall 技术 spectroscopy trace gas detection cavity-enhanced Raman spectroscopy hydrogen optical resonant cavity Pound-Drever-Hall technique
1 杭州电子科技大学 通信工程学院, 杭州 310018
2 国民核生化灾害防护国家重点实验室, 北京 102205
3 防化研究院, 北京 102205
对不同参数的掺钕晶体双频微片激光器(DFML)进行频差温度特性研究.探索了在不同腔长、不同种类掺钕介质的DFML中, 晶体温控温度对双频信号频差的影响.结果表明, 双频信号频差与谐振腔光学腔长成反比, 与晶体温控温度呈正相关; 其中0.5 mm腔长DFML(Nd∶YVO4)的双频信号频差随晶体温控温度的变化率为0.34 GHz/℃, 0.8 mm腔长DFML(Nd∶YVO4)的双频信号频差随晶体温控温度的变化率为0.12 GHz/℃, 1 mm腔长DFML(Nd∶YVO4)的双频信号频差随晶体温控温度的变化率为0.044 GHz/℃; 即腔长越短, 晶体温控温度对频差的影响越大.不同材料Nd∶YVO4和Nd∶GdVO4晶体1 mm腔长的DFML双频信号频差随晶体温度的变化率相近,仿真与实验结果符合较好.
双频微片激光器(DFML) 频差调谐 温度控制 光学谐振腔 掺钕激光晶体 Dual-Frequency Microchip Laser (DFML) Frequency separation tuning Temperature control Optical cavity Nd3+ doped laser crystal
1 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室, 杭州 310027
2 长春理工大学 光电工程学院光学工程系, 长春 130022
研究了双环级联谐振腔传感器透射谱线包络的拟合方法, 用不同拟合函数拟合双环透射谱包络, 并利用单环和游标效应分析其拟合误差.理论计算表明, 将探测极限提高10倍时, 对包络作高斯拟合得到的传感器探测误差仅为0.41%.实验结果表明用波长探测方式, 未拟合时传感器探测误差高达14.96%, 而通过对包络作高斯拟合得到的传感器探测误差只有0.45%.仿真和实验结果均验证了高斯函数的拟合效果最好, 可在游标效应增大灵敏度的基础上, 进一步提高传感器的探测极限和探测精度.
集成光学 光波导 曲线拟合 折射率 光学谐振腔 Integrated optics Optical waveguides Curve fitting Refractive index Optical resonators 光子学报
2018, 47(10): 1023002
提出了一种新型MIM(金属-介质-金属)等离子光波导与二维介质平板波导耦合器结构, 该结构通过利用波导接口处的谐振效应来增大波导之间的耦合效率, 降低传输损耗。采用FDTD(有限时域差分)法进行了数值计算, 结果表明, 在波长1.55 μm处,谐振腔距离接口230 nm、深度为420 nm时耦合效率得到大幅度提高, 耦合效率比传统的耦合结构模型能够提高20%~30%。
金属-介质-金属结构 波导接口 耦合效率 光学谐振腔 metal-insulator-metal waveguide junction power coupling optical resonator
1 国防科技大学 光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
2 海军驻湖南地区军事代表室,湖南 湘潭 411100
3 空军第五电子对抗团, 辽宁 沈阳 110000
鉴于复杂环境会使激光陀螺谐振腔产生变形, 从而严重影响激光陀螺的性能, 本文利用有限元分析软件ANSYS仿真分析了典型随机振动谱(gRMS=6.6 g)下激光陀螺腔镜3个方向的微小形变量, 分别为0.342 5″、0.349 4″和0.215 0″, 并结合矩阵光学理论定量得到了谐振腔光阑处的形变量。然后定量分析了不同曲率半径、不同腔长、不同入射角对光学四边形环形谐振腔的影响规律。最后, 研究了球面镜-球面镜同时变化以及球面镜-平面镜同时变化下谐振光路的变动规律。实验结果表明, 单纯考虑谐振腔的抗振性能, 当L处于0~1 m, R处于1~8 m时, 球面镜的曲率半径越小, 腔长越短, 四边形环形光学谐振腔所受外界环境的影响越小, 两个腔镜同时变化时按照一定规律等效成单镜变化。本文研究可以为激光陀螺光学谐振腔的设计提供参考。
激光陀螺 随机振动 光学谐振腔 腔变规律 有限元仿真 laser gyroscope random vibration optical resonant cavity deformation law of resonator finite element analysis
中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
提出了一种利用窄线宽激光作为测量光源, 对光学谐振腔自由光谱区、腔内共振激光波长进行精密测量而得到光学谐振腔腔长的方法。对光学谐振腔腔长的测量理论进行了严格推导, 通过理论模拟对测量条件及结果进行了分析讨论。以自行研制的线宽为1.9 Hz、频率不稳定度为1.7×10-14 s-1、中心波长为1550 nm的窄线宽激光作为光源, 对长度约100 mm的光学谐振腔腔长进行了精密测量。对光学谐振腔自由光谱区进行测量, 得到其腔长为0.10024407 m、精度为22 nm; 对光学谐振腔腔内共振激光波长进行测量, 得到其腔长为0.1002440884 m、精度为0.21 nm, 精度相对提高了2个量级。提出的方法有望促进基础物理研究、材料的物理属性精密测量及光纤传感等领域的发展。
测量 窄线宽激光 长度精密测量 共振干涉 自由光谱区 光学谐振腔
1 中北大学, 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
2 中北大学, 电子测试技术国防科技重点实验室, 山西 太原 030051
绝缘衬底上的硅材料制备的光学微环谐振腔结构具有高灵敏度、 结构尺寸小和极低模式体积等特性, 被广泛应用到光信息传递、 惯性导航领域, 但极少被应用到力学信号的测试, 为此, 研究了一种基于硅基光学微环谐振腔结构的悬臂梁式应力/应变敏感计, 利用微环谐振腔环形波导径向形变量作为感应应力的中间物理量, 在外界应力作用下, 环形波导的半径将发生改变, 使结构的光学谐振参数产生变化, 从而使光学微环谐振腔谐振谱线发生明显红移, 体现出良好的应力/应变敏感特性; 通过设计双环级联光学微腔, 并采用MEMS光刻、 ICP腐蚀工艺制备了嵌入式光学微腔应变计结构, 结合理论计算了悬臂梁结构的应力应变敏感特性, 经仿真及实验得到, 应变计结构的应力/应变灵敏度分别为0.185 pm·kPa-1, 18.04 pm·microstrain-1, 与单环微腔结构相比, 线性量程增加了近50.3%, 应力灵敏度提高了近10.6%, 初步验证了嵌入式光学微腔结构进行高灵敏度应力/应变检测的可行性, 有望实现新型光学力敏传感器件的微型化、 集成化。
应变检测 光学谐振腔 谐振谱线 绝缘衬底上的硅 Strain detection Optical resonator Resonant spectrum Silicon-on-insulator
