吉林大学电子科学与工程学院,吉林 长春 130012
飞秒激光直写光波导是实现三维光子集成芯片(PIC)的重要技术手段。PIC集成度的提升受弯曲波导曲率半径的限制。为了实现大曲率低损耗弯曲波导的飞秒激光直写,提出多次激光修饰增强波导芯层与包层折射率对比度的方法来优化芯层的横截面折射率分布。在20 mm曲率半径下,实现S型弯曲波导低至0.64 dB/cm的弯曲损耗。该方法在降低弯曲波导损耗方面拥有巨大潜力,对于提升PIC的集成度具有重要意义。
光学制造 光波导 飞秒激光直写 大曲率 弯曲损耗 截面控制 中国激光
2024, 51(16): 1602403
1 山东大学 激光与红外系统集成技术教育部重点实验室,山东 青岛 266237
2 中国工程物理研究院 应用电子学研究所,四川 绵阳 621900
柱矢量光束因其独特的偏振分布特性而在光镊、高分辨率成像、遥感、等离子体聚焦等领域发挥着重要作用。为实现全光纤高功率柱矢量MOPA激光器,采用自主设计基于集成超表面的模式转换光纤器件,进行了理论分析与实验验证。自主设计集成超表面的模式转换光纤器件可直接稳定输出数瓦功率的径向偏振柱矢量种子光,且输出模式纯度可达95%以上。实验中通过降低弯曲损耗并对模式进行控制,获得了单级放大输出功率为52.2 W的径向偏振柱矢量光稳定输出,且模式光场分布在输出功率增加过程中并未出现明显变化。为进一步分析输出的模式特性,采用旋转检偏器的方法检测输出光的偏振特性及偏振纯度,并利用非相干模式叠加方法计算了输出的径向偏振柱矢量光的模式纯度。结果表明,集成超表面模式转换的全光纤柱矢量MOPA激光器在最大输出功率情况下,输出光的偏振纯度约为95.2%,模式纯度约为94%,验证了该全光纤方案的可行性。
超表面 柱矢量光束 径向偏振光 光纤激光器 模式分析 弯曲损耗 metasurface cylindrical vector beam radially polarized beam fiber laser mode analysis bend loss 强激光与粒子束
2023, 35(10): 101003
1 上海大学 微电子学院, 上海201800
2 中国科学院 上海微系统与信息研究所, 上海201800
3 上海新微技术工业研究院, 上海201800
波导的传输损耗是评价集成光学平台性能的一个关键指标。常用的测量传输损耗的cut-back测试方法需引入弯曲波导测试结构。为了去除弯曲损耗的影响,通常会将弯曲半径设计的足够大,但这样会占用很多的版图面积。本文基于铌酸锂平台提出了一种可以同时测试波导传输损耗和弯曲损耗的方法。通过仿真发现波导弯曲损耗与弯曲半径成指数关系,对弯曲损耗取对数值后,与弯曲半径成线性关系。利用遗传算法拟合cut-back结构的插入损耗曲线,并计算得到波导的传输损耗和弯曲损耗。用该方法测量铌酸锂波导,在1550 nm波长下得到0.558 dB/cm的传输损耗和100 μm弯曲半径下0.698 dB/90°的弯曲损耗。利用这种方法可以同时测试波导的传输损耗和弯曲损耗,还可以大大节省占地面积。
传输损耗 弯曲损耗 铌酸锂 遗传算法 propagation loss bending loss lithium niobate genetic algorithm
1 天津工业大学电子与信息工程学院,天津 300387
2 天津市光电检测技术与系统重点实验室,天津 300387
3 天津工业大学纺织科学与工程学院,天津 300387
研究了一种用于智能服装呼吸监测的光纤织物传感器。该传感器由拉伸敏感光纤、热塑性聚氨酯弹性体(TPU)和弹性织物多层复合而成。提出基于加热方式的聚合物光纤多弯曲级联结构的定形方法,制备出具有精确特征尺寸的拉伸敏感光纤,利用TPU材料的热塑性,通过熨烫方式实现拉伸敏感光纤、TPU材料和织物的黏合来形成层压式织物传感器。所制备的织物传感器各层间无气泡和起皱,具有很好的制作重复性,可与服装实现无缝纫连接,提升服装的舒适度和美观度。实验表明,该传感器的应变系数可达71.01,拉伸率可达83%,迟滞误差小于12%,且具有单向拉伸感知能力。对所设计的呼吸监测样衣进行了实测,结果表明:在穿着者不同呼吸频率、不同姿态和运动状态下,该样衣均可获得明显的呼吸波形,呼吸率最大误差小于2 次/min,平均误差在0.8 次/min以内。
光纤织物传感器 呼吸监测 单向拉伸感知 聚氨酯弹性体 弯曲损耗 激光与光电子学进展
2023, 60(13): 1316003
红外与激光工程
2023, 52(3): 20220551
1 河北工业大学 电子信息工程学院先进激光技术研究中心, 天津
2 浪潮电子信息产业股份有限公司, 济南
2 μm波段属于人眼波段, 并且具有大气通信窗口, 对该波段的研究是未来光通信系统亟待开发的领域。软玻璃材料相比于石英玻璃, 具有更宽的透光范围, 并且可扩展到中红外波段, 以配合2 μm波段光通信系统。设计了一种多芯空芯光子带隙光纤, 针对不同模式的模场面积、限制损耗和弯曲损耗等特性进行仿真分析。综合分析给出了2 μm波段单个和多个模式激光传输的最优波长。
空芯光子带隙光纤 2 μm波段 低损耗 弯曲损耗 hollow core photonic bandgap fiber 2 μm band confinement loss bending loss
中天科技精密材料有限公司, 江苏 南通 226009
为了解决光通信领域中光纤产品在研发-生产阶段存在试验周期长、研发成本高和产品品质不稳定等问题, 基于六西格玛质量管理方法, 建立发明问题解决理论(TRIZ)-实验设计(DOE)-过程能力Cpk模型应用于抗弯曲光纤G.657.B3的研制, 通过这一模型有利于开展高效的试验设计与试验成本控制, 确定了G.657.B3光纤折射率剖面参数的最佳组合, 并应用于批量化生产。实验结果表明: 在1550 nm、1625 nm波长处, 弯曲半径为5 mm且绕1圈时, 光纤的宏弯典型损耗均值分别是0.063 dB、0.165 dB, 光纤的宏弯性能优良。
光纤 六西格玛方法 弯曲损耗 折射率剖面 optical fiber G.657.B3 G.657.B3 six Sigma method bending loss refractive index profile
西安邮电大学电子工程学院, 陕西 西安 710121
在使用光纤光栅实现皮秒级别时延的基础上, 提出一种光纤光栅与单模光纤相结合的微秒级别级联结构, 该结构可以实现中心波长1 550~1 553 nm范围内, 间距为1 nm的窄波长反射型时延线, 共1, 1.5, 2和2.5 μs四种不同的时延。 将单波长反射的啁啾布拉格光纤光栅与103 m单模光纤连接构成延迟单元, 再利用光环形器将4个延迟单元级联并使用内半径为3 cm的光纤绕线盘, 将四种延时单元的传输光纤进行整合。 借助光纤光栅的反射镜作用, 控制不同波长光信号通过不同的传输距离, 从而达到时延目的。 本文通过对啁啾布拉格光纤光栅的反射谱进行仿真分析, 发现相邻反射谱的旁瓣会出现交叠现象, 因此使用六个切趾函数对旁瓣滤除。 结果显示: 不同切趾函数的滤除效果也不同, 能够完全滤除旁瓣并且对反射谱包络影响最小的是柯西切趾函数, 经柯西切趾后能使不同波长光信号在对应中心波长1 nm范围内反射率达到1, 而其他位置均为0。 由于使用光纤绕线盘整合延迟单元传输光纤会产生一定损耗, 因此对弯曲损耗进行仿真分析, 结果表明: 弯曲半径相同时, 损耗与工作波长成正比; 工作波长相同时, 弯曲损耗与弯曲半径成反比。 当弯曲半径大于2.9 cm时, 弯曲损耗曲线变化平缓并趋于0, 因此当光纤绕线盘内半径为3 cm时保证了在减小延迟模块体积的同时又不会有过大的损耗。 通过TDS784D型示波器对频率为2 000 Hz的信号经不同传输距离后的波形进行测试, 结果显示经3 m和5 km传输线后信号的各项参数基本保持不变, 经过长距离传输后, 依然能保持原信号特性, 因此使用103 m传输线可达到延迟目的。 使用W-GGL型光功率计对不同频率下的输出功率进行测量, 与直光纤的输出功率相比, 当弯曲半径为2~3 cm时偏差较大, 等于3 cm时偏差为0.18 dBm, 大于3 cm时则无限趋近, 因此设置绕线盘内半径为3 cm符合光纤延迟线的损耗范围。
光纤延迟线 光纤光栅级联结构 反射谱 切趾函数 弯曲损耗 Fiber delay line Fiber grating cascade structure Reflection spectrum Apodization function Bending loss 光谱学与光谱分析
2022, 42(7): 2241
1 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
2 南京邮电大学材料科学与工程学院,江苏 南京 210023
提出了一种面向2.0 μm的新型异质螺旋包层结构的大模场单模光纤,基于坐标变换理论,采用有限元仿真技术,建立了三维螺旋光纤的二维仿真模型,分析了光纤的模式传输特性,得到了优化的光纤参数,使得基模传输损耗小于0.1 dB/m,高阶模传输损耗大于10.0 dB/m,单模芯径达66 μm,模场面积约为2360 μm2。当光纤弯曲时,螺旋狭缝宽度值减小到9 μm附近。螺距增加到26 mm、光纤弯曲半径最小为33 cm时,基模传输损耗为0.10 dB/m,高阶模传输损耗大于10.08 dB/m。所提出的螺旋结构大模场光纤的螺距较长,属于全固态结构,参数之间可相互协调,有利于光纤的制备和使用,模式分辨本领达到大模场单模光纤相关要求,有望在高功率光纤激光器中获得良好的应用。
光纤光学 大模场光纤 模式传输特性 弯曲损耗特性 光学学报
2022, 42(20): 2006005
中天科技精密材料有限公司, 江苏 南通 226009
针对光纤损耗与非线性效应会导致光纤弯曲性能劣化的问题, 设计了具有沟渠层、过渡层和适宜包芯比的折射率剖面结构G.654.E光纤, 研究了G.654.E光纤的波导结构对衰减、光学性能的影响。试验结果表明: 在1550 nm和1625 nm波长处, 光纤的衰减典型值分别是0.162 dB/km、0.178 dB/km; 弯曲半径为10 mm、绕1圈时的宏弯损耗分别低于0.04 dB、0.06 dB; 弯曲半径为30 mm、绕100圈时的宏弯损耗典型值分别是0.008 dB、0.015 dB; 光纤在1550 nm波长处的有效面积典型值可达130 μm2。
折射率剖面 衰减 有效面积 弯曲损耗 掺氟 refractive index profile, attenuation, effective a