提出一种基于三芯结构空芯反谐振光纤的太赫兹耦合器。采用有限元分析法对太赫兹光纤的模式特性进行分析，并基于耦合理论得到其耦合特性曲线。仿真结果表明，三芯结构模式具有比单芯结构更低的传输损耗，其耦合长度可通过改变纤芯间隔和隔离包层管的间隙进行调节。采用长度为223.2 mm的三芯结构空芯光纤可以实现插入损耗小于3.5 dB、带宽达到0.52 THz的宽带、均匀分束。
光学器件 空芯太赫兹光纤 反谐振 模式耦合 损耗特性 带宽分析
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，陕西 西安 710119
2 电磁空间安全全国重点实验室，天津 300308
硫系玻璃作为一种优秀的红外材料，具有透过范围广、物化性能稳定、易于成纤等特点，是制备红外传能光纤的理想材料之一。从硫系玻璃吸收损耗抑制和散射损耗抑制两方面入手，采用气（氯气）/气（玻璃蒸汽）、固（铝）/液（玻璃熔液）化学反应除杂方式降低光纤吸收损耗，建立了三维激光显微成像系统，检测玻璃及光纤内部的微米和亚微米量级的缺陷，优化制备工艺降低光纤散射损耗，制备出损耗为0.087 dB/m（@4.778 μm）的硫系玻璃光纤。分别利用光纤激光器（波长为2.0 μm）和双波长输出的光学参量振荡器（OPO）激光器（波长为3.8 μm 和4.7 μm）进行激光传能实验，在单模光纤和多模光纤中分别实现了6.10 W（@2.0 μm）和6.12 W（@3.8 μm和4.7 μm）激光传输。
材料 红外光纤 硫系玻璃 超低损耗 激光传输 激光损伤
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 国网天津市电力公司高压分公司，天津 300232
2 中国电子信息产业集团有限公司，北京 100080
超导电缆相比于传统电缆具有导体无电阻损耗、传输容量大、可靠性高等优势，但作为其主绝缘的聚丙烯层压纸因具有较高的损耗因数导致超导电缆运行中的介质损耗大，增大冷却系统的负荷。采用具有低损耗因数的聚四氟乙烯滤纸取代聚丙烯层压纸中的牛皮纸层，通过热压法与聚丙烯膜形成具有两侧多孔可浸润液氮的三明治结构复合绝缘，测试结果表明超导电缆中以聚四氟乙烯/聚丙烯复合材料取代聚丙烯层压纸作为主绝缘，将使介质损耗降低一半以上。同时，由于聚四氟乙烯/聚丙烯复合材料与高温超导电缆中作为冷却剂的液氮间更小的介电常数差异以及液氮击穿的体积效应，采用具有更小孔径的聚四氟乙烯滤纸制成的低介损复合绝缘具有更强的抗局部放电的能力和更高的交流绝缘击穿强度，可极大提升高温超导电缆的绝缘可靠性。
超导电缆 介质损耗 复合绝缘 局部放电 绝缘击穿 superconducting cable dielectric loss composite insulation partial discharge insulation breakdown 强激光与粒子束
2024, 36(3): 033013
1 山西大学 光电研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
全固态单频连续波激光器因其噪声低、线宽窄、光束质量好、功率稳定性高等优点已经被广泛应用于产生非经典光场、冷原子物理研究、引力波探测等诸多领域。随着科学技术的不断发展，传统的全固态激光器的输出功率已经不能满足前沿领域的需求，因此亟需在保持全固态激光器整体性能的同时进一步提升激光器的输出功率。为此首先需要更高的泵浦功率，而这将使激光器内部增益提高，在腔内损耗不变的情况下，原非振荡模式也将满足起振条件，从而使激光器在跳模或多模状态下运转。此外，激光晶体的热效应和损伤阈值也限制了输出功率的提高。本文介绍了一种利用非线性损耗大幅度提升全固态单频连续波激光器的输出功率的技术和方法。通过在谐振腔中引入非线性损耗，使主模经受的非线性损耗是次模的一半。在模式竞争的作用下，谐振腔内的模式被更进一步的选择，从而允许全固态单频激光器在更高的增益下保持单纵模运转。通过在谐振腔内插入多块增益晶体可以有效缓解由于激光增益晶体热效应的限制，从而实现更高功率的单频激光输出。目前高功率全固态连续波激光器的输出功率已经达到了一百瓦的量级，且还在进一步提高。通过在谐振腔内引入非线性损耗，全固态单频连续波激光器的整体性能在得以保障和提高的同时，其应用范围也得到了进一步的推广。
全固态激光器 非线性损耗 单频 高功率 all-solid-state laser nonlinear loss single frequency high power 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230592
1 中国航空工业集团有限公司北京长城计量测试技术研究所，北京 100095
2 中国计量大学计量测试工程学院，浙江 杭州 310018
针对飞秒激光逐点法制备的光纤布拉格光栅（FBG）损耗较大的问题，提出了一种基于小孔径光阑整形的低损耗飞秒光纤光栅制备方法。首先分析了孔径光阑限制下聚焦高斯光束焦场的能量分布，利用小孔径光阑整形获得了丝状焦场的孔径条件。利用小孔径光阑整形的飞秒激光刻写装置制备FBG，在光阑孔径由10 mm逐步降低至1 mm的过程中，光栅条纹形态由圆形过渡到丝状，丝状光栅条纹对入射光的散射更弱、耦合效率更高，使插入损耗由0.90 dB降低至0.11 dB，短波损耗由4.01 dB降低至0.35 dB。受包层模与纤芯模耦合的影响，短波损耗以振荡形式存在，实验验证了涂覆层和低反射率对振荡的抑制作用。
光栅 光纤布拉格光栅 飞秒激光 小孔径光阑 插入损耗 短波损耗
江西理工大学 信息工程学院, 江西 赣州 341000
针对光纤包层管正曲率部分现有研究较少的情况, 提出一种基于包层管正曲率调控的新型太赫兹反谐振光纤。首先, 对比研究了圆形包层管与半圆半椭圆形包层管的太赫兹反谐振光纤的结构, 分析了正曲率对光纤限制损耗的影响及主要机理; 然后, 对太赫兹反谐振光纤的结构进行优化, 即在光纤间隙处采用了2层包层管结构; 最后, 对3种结构的光纤的限制损耗性能进行仿真计算, 并对新型太赫兹反谐振光纤的单模特性进行分析。仿真结果表明: 与其它结构的光纤相比, 新型太赫兹反谐振光纤的限制损耗为10-5 dB/m数量级, 且在2.5~3.1 THz波段保持良好的单模特性。
太赫兹波导 反谐振光纤 正曲率 限制损耗 Terahertz waveguide, anti-resonant fiber, positive
1 广西大学 计算机与电子信息学院，南宁 530004
2 广西多媒体通信与网络技术重点实验室，南宁 530004
3 广西高校多媒体通信与信息处理重点实验室，南宁 530004
4 广西信息科学实验中心，广西 桂林 541004
针对二维光栅耦合器存在耦合效率低、偏振相关损耗大、结构复杂等问题，提出了一种应用于C波段的基于绝缘体上硅(SOI)材料的新型二维光栅耦合器，该耦合器由具有45°倾角的四孔交错菱形刻蚀晶胞单位周期排列组成，采用倾斜耦合方式对耦合器的周期、刻蚀深度、刻蚀圆孔的相对位置、刻蚀圆孔半径进行优化，并对其进行仿真验证。仿真结果表明：该耦合器在1 540 nm处耦合损耗低至-2.4 dB，C波段的偏振相关损耗低于0.2 dB, 1、3 dB工作带宽分别是36、58 nm。
二维光栅耦合器 倾斜耦合 耦合效率 偏振相关损耗 绝缘体上硅 温度不敏感 two-dimensional grating coupler, inclined coupling
1 广西大学 计算机与电子信息学院，南宁 530004
2 广西多媒体通信与网络技术重点实验室，南宁 530004
3 广西高校多媒体通信与信息处理重点实验室，南宁 530004
4 广西信息科学实验中心，广西 桂林 541004
为设计出高效率且低偏振耦合相关损耗的二维光栅耦合器(2D-GC)，提出一种基于绝缘体上硅(SOI)的类梅花型2D-GC。该2D-GC由多个单元周期排列而成，每个单元的图案呈类梅花型，该结构中的晶胞由2对圆形图案构成，并采用时域有限差分(FDTD)法对2D-GC结构参数进行数值仿真优化。仿真结果表明：在最佳优化参数结构时，所提2D-GC的有效工作波段为1.525~1.6μm，最佳耦合效率为56%，对应的耦合损耗为-2.4 dB，偏振相关损耗为0.18 dB。
绝缘体上硅 二维光栅耦合器 类梅花型 偏振 耦合损耗 silicon-on-insulator, two-dimensional grating coup
