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光学器件
吴蓉  李龙飞  马岩岩  
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摘要
基于光子晶体谐振腔的耦合原理,采用环形腔与微腔结构结合的形式,设计了一种六通道波分复用器。利用平面波展开法研究了晶格常数为0.55 μm时光子晶体禁带范围随介质柱半径的变化关系,并得到其能带结构。采用时域有限差分法分析了谐振腔结构对波长的影响,得到了该谐振腔结构的传输特性曲线及电场分布,并实现了波长为1.3298,1.4316,1.4419,1.5564,1.5966,1.6191 μm的六通道波分复用。实验结果表明,该器件通过调节微腔内外的介质柱半径进行选频,通过增加反射点的微腔结构减少串扰,通过改变输出端边缘介质柱的半径提高输出效率。最终实现透射率大于90%,平均带宽为9 nm的通道,且通道间串扰小,窄带特性好。器件尺寸仅为13.4 μm×17.6 μm,有利于进行光器件集成,具有潜在的应用价值。
激光与光电子学进展
2021, 58(3): 0323002-1
衍射与光栅
佘日银  李德洪  陈东文  李勇  
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摘要
利用光纤阵列传输高功率光能,并针对基模高斯光,提出了一种通用的满足达曼光栅分束耦合约束条件的参数设计方法。首先,确定了系统组成元件并建立数学模型。然后,利用MATLAB软件仿真1×6达曼光栅分束,得到的子光斑束腰半径为20.31 μm、两两间距为127.7 μm,其总衍射效率为84.50%、不均匀度为0.23%。由光栅衍射理论与远场发散角分别计算出子光斑半径,对比仿真结果可知,对于基模高斯光入射,由平面波推导出的子光斑半径公式不适用,子光斑半径与入射光半径成反比,而光栅周期数对其无影响,并通过了实验验证。为了满足耦合约束条件,提出了一种通用的系统参数设计方法,通过改变波长、束腰半径、准直倍率、光栅周期长度与聚焦透镜焦距等参数,得到了精确耦合所需的子光斑半径与间距。
激光与光电子学进展
2021, 58(1): 0105001
研究论文
李秀明  吴广涛  张 锐  
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摘要
随着信息技术的迅速发展,对声表面波器件的要求也进一步提高。为寻找性能更加优异的声表面波器件基底材料,本文利用分波解法对室温下[001]c及[011]c极化弛豫铁电0.24PIN-0.47PMN-0.29PT单晶的声表面波性能进行研究。利用[001]c及[011]c极化弛豫铁电0.24PIN-0.47PMN-0.29PT单晶的弹性、压电及介电性能参数,通过求解克里斯托弗方程计算了晶体声表面波相速度、机电耦合系数及能流角随传播角度的变换关系。结果表明,沿[011]c方向极化的0.24PIN-0.47PMN-0.29PT单晶声表面波性能要优于沿[001]c极化的单晶。[011]c极化0.24PIN-0.47PMN-0.29PT单晶的声表面波机电耦合系数显著高于沿[001]c极化单晶。同时沿[011]c极化0.24PIN-0.47PMN-0.29PT单晶的声表面波能流角的最大值也明显小于[001]c极化单晶。因此,沿[011]c方向极化的0.24PIN-0.47PMN-0.29PT单晶兼具优异的声表面波性能及温度稳定性,更适合于实际应用。
人工晶体学报
2021, 50(2): 260
“红外光电探测器前沿技术”专栏$多模式红外探测材料与器件
郭尚坤  邓杰  周靖  张东海  [ ... ]余宇  邓嘉男  蔡清元  李志峰  陆卫  陈效双  
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摘要
金属-二维材料-金属是最常见的二维材料光探测器件的结构。由于结构简单、易于集成,该类器件受到最广泛的关注和研究。其自驱动光探测的模式具有很低的暗电流,有望成为高性能红外探测的新途径。然而金属-二维材料-金属的自驱动光探测存在两个瓶颈问题:(1)反对称的金属-二维材料结区引起的泛光照射下光响应的抵消;(2)二维材料有限光吸收导致的低响应率。文中介绍了利用等离激元纳米结构的非对称集成引入非对称的光耦合,从而打破泛光照射下二维材料与两端电极接触区域产生的光电流的对称性,实现净的自驱动光响应;同时利用等离激元纳米结构产生的局域强光场提高二维材料光吸收率和光响应率的一系列研究进展。在石墨烯等离激元纳米谐振腔复合结构中,实现两个电极附近的光响应对比度超过100倍,突破了对称光耦合导致的光响应抵消的难题。由于具有将入射光耦合成局域模式的优越能力,等离激元纳米谐振腔比亚波长金属光栅更有效地提高石墨烯响应率一个数量级以上。
红外与激光工程
2021, 50(1): 20211011
“红外光电探测器前沿技术”专栏$多模式红外探测材料与器件
刘畅  王健  左璇  熊大元  
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摘要
量子阱红外探测器是继碲镉汞红外探测器之后又一重要的可以在中、长波段和甚长波段工作的红外探测器件。它在长波红外探测、多色探测及其焦平面技术方面表现出比碲镉汞红外探测器更具特色的优势,对量子阱红外探测器的研究将在很大程度上推动我国红外探测器技术的发展。这一探测器的突出优势是其材料均匀性好,制备技术成熟。但是由于量子效率偏低,且无法直接吸收垂直入射红外光,所以需要针对不同的红外探测波段,设计和制备各类光栅或微腔结构来进行光耦合及局域光场增强以有效提升探测器性能。如何更有效提升量子阱红外探测器的光耦合效率,降低暗电流,提高器件工作温度是仍然是目前研究的重点。文中着重介绍和总结了近5年来研究的局域光场增强的新型量子阱红外探测器,从提高探测器光耦合效率、降低器件暗电流和提高工作温度等方面重点讨论各种量子阱红外探测器的新结构和新机理,同时展望了这一探测器的未来发展方向。
红外与激光工程
2021, 50(1): 20211009
激光器与激光光学
柏刚  董延涛  张大庆  陶坤宇  [ ... ]沈辉  漆云凤  何兵  周军  
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摘要
横模不稳定效应已经逐渐成为引起高功率光纤激光光束质量急剧恶化并限制其输出功率进一步提升的首要瓶颈问题。基于全光纤化正向泵浦的窄线宽高功率放大平台,对大模场光纤激光器中的横模不稳定效应进行了一系列的探索研究。根据耦合模方程的计算结果,所用大模场光纤25/400 μm中LP01、LP11模之间的非线性耦合强度最大,这也直接诱导了横模不稳定效应的发生。为了抑制LP11模在主放大级的产生和放大,通过弯曲限模这种可操作性强的模式滤波技术,将主放增益光纤的弯曲半径从6 cm缩小至5 cm的过程中,高功率光纤激光系统的横模不稳定阈值从1000 W量级提高到了1600 W量级,而且激光器的其他输出性能几乎没有受到影响。这为构建实际的窄线宽高功率全光纤化的激光系统提供了强有力的实验参照。
红外与激光工程
2021, 50(1): 20200028
理论计算及光谱分析
王娇娇  石琳琳  马晓辉  张 贺  [ ... ]李 岩  李卫岩  徐 莉  
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摘要
多单管合束技术是获得高输出功率密度半导体激光器的重要方法, 但其存在封装方式单一、体积大等问题, 难以满足更高功率密度和较好光束质量的需求。本文设计了一种多单管半导体激光器堆叠排布的封装结构, 通过将多个单管半导体激光器垂直封装在辅助热沉之间, 使得器件更加小型化, 在充分利用单管半导体激光器优势的同时, 既增加了单管半导体激光器的散热通道, 又实现了在体积不增加的基础上提高输出功率。通过ZEMAX软件对3个单管进行了空间合束模拟, 将光束耦合进芯径200 μm、数值孔径0.22的光纤中, 可以达到28.6 W的激光输出, 耦合效率为95%。
发光学报
2021, 42(1): 104
器件制备及器件物理
摘要
在半导体激光器的光纤耦合系统中, bar条的各发光点指向偏差(偏向角)会恶化光束整形效果, 显著降低光纤耦合效率。针对该现象提出利用引入修正角的楔形整形镜补偿发光点的指向偏差, 改善激光束的指向性和光束整形效果。通过ZEMAX软件模拟与实验验证,在光纤耦合系统中使用引入修正角后的楔形整形镜片, 其整形效果显著改善, 测量的光束参数积(BPPs)在快轴和慢轴方向分别为7.25 mm·mrad和5.05 mm·mrad, 聚焦光斑为148 μm×135 μm(包含90%能量)。该系统将单个bar条耦合进芯径200 μm、数值孔径(NA)0.2的光纤中, 在注入电流60 A时, 获得稳定输出功率53 W, 对应电-光转换效率为47%, 光纤耦合效率为87%, 相对于使用修正前的楔形整形镜片, 光纤耦合效率提高了7%。
发光学报
2021, 42(1): 98
光学器件
刘莹  范杰  齐军  邹永刚  [ ... ]王海珠  郝永芹  马晓辉  
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摘要
受光栅制作工艺的影响,光栅参数的轻微偏移极易导致耦合系数偏离设计值从而影响分布式反馈(DFB)半导体激光器性能。通过微扰下的耦合模理论与数值仿真相结合的方式,对侧向非对称光栅的耦合系数特性进行了深入分析。当光栅宽度与脊型区宽度之比在一定范围内时,两个亚光栅之间非对称距离的引入使波导内的光场产生轻微偏移,光场的耦合状态发生改变。这有利于光栅的耦合系数稳定在一个合理的范围内,有效地缓解了占空比等参数对光栅耦合系数的影响,降低光栅工艺误差对DFB半导体激光器性能的影响;此时谐振腔内光子密度均匀分布,避免了常规光栅结构易引发的空间烧孔效应,有助于半导体激光器窄线宽激光的输出。本文工作将为侧向非同步耦合光栅的设计与应用提供理论参考。
光学学报
2021, 41(8): 0823020
光学器件
摘要
二维半导体具有独特的二维材料属性、新奇的谷电子能带结构和丰富的调控自由度,为凝聚态物理、光学等领域的研究带来了机遇。然而,这些研究依然存在许多根本问题,例如光的利用效率低、量子特性易受环境扰动等。将二维半导体和精密微纳光腔进行耦合不仅为这些问题的解决提供了合适的方案,还展现了前所未有的新颖光学效应,从而为二维半导体的基础物理研究和光电应用开拓了新的研究方向。对近10年来微纳光腔中二维半导体中的光与物质耦合的研究进展进行梳理,重点讨论了二维半导体的光学特性,以及二维半导体与微纳光腔的不同耦合区域的研究进展、调控机制及其在纳米激光光源、谷电子学、量子光学等方面的潜在应用,并对未来的发展方向和机遇进行展望。
光学学报
2021, 41(8): 0823003
00 11