Author Affiliations
Abstract
1 Jiangsu Key Laboratory of Advanced Laser Materials and Devices, School of Physics and Electronic Engineering, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, China
2 State Key Laboratory of Crystal Materials and Institute of Crystal Materials, Shandong University, Jinan 250100, China
3 Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy, 12489 Berlin, Germany
4 e-mail: kangzhentian@jsnu.edu.cn
Spatially twisted light with femtosecond temporal structure is of particular interest in strong-field physics and light–matter interactions. However, present femtosecond vortex sources exhibit limited power handling capabilities, and their amplification remains an ongoing challenge particularly for high-order orbital angular momentum (OAM) states due to several inherent technical difficulties. Here, we exploit a straightforward approach to directly amplify a femtosecond optical vortex (FOV, ) by using a two-stage single-crystal fiber (SCF) amplifier system without pulse stretching and compression in the time domain, delivering 23-W, 163-fs pulses at a repetition rate of 1 MHz. The spatial and temporal features are well-conserved during the amplification, as well as the high modal purity (). The results indicate that the multi-stage SCF amplifier system is particularly suited for direct amplification of high-order FOVs. The generated high-power femtosecond OAM laser beams are expected to help reveal complex physical phenomena in light–matter interactions and pave the way for practical applications in attoscience, laser plasma acceleration, and high-dimension micromachining.
Photonics Research
2024, 12(1): 27
光学 精密工程
2023, 31(24): 3651
1 江苏师范大学物理与电子工程学院江苏省先进激光材料与器件重点实验室,江苏 徐州 221116
2 中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院强激光材料重点实验室,上海 201800
3 光电信息控制和安全技术重点实验室,天津 300308
中红外光纤合束器可将多个低功率的中红外激光器进行合束,从而实现较高的功率输出。本工作研制了一种7×1硫系玻璃光纤合束器(未熔接输出光纤),评估了其中红外传输特性。该光纤合束器由As40S60/As38S62光纤组束熔融拉锥而成,初始光纤的纤芯直径和包层直径分别为200 μm和250 μm,数值孔径为0.38~0.35(@2~6 μm),拉锥比例R为3和4,锥形过渡区长度为2 cm。测试结果表明:当R=3时,制备的光纤合束器在3 μm和4.6 μm波长的端口传输效率分别为>90%和>87%;当R=4时,制备的光纤合束器在3 μm和4.6 μm波长的端口传输效率分别为>88%和>85%;光纤合束器输出端的光纤单丝之间未发生明显串扰。
材料 硫系玻璃光纤 光纤合束器 中红外 端口传输效率 光学学报
2023, 43(23): 2306003
火箭军工程大学兵器发射理论与技术国家重点实验室,陕西 西安 710025
针对金属多涂层目标在复杂环境下的红外偏振特性难题,提出了多涂层目标的表面辐射传输模型。根据红外辐射的特点,将探测器接收的红外辐射强度分为目标自发辐射强度和反射环境的红外辐射强度,其中自发辐射强度的求解根据能量守恒定律和菲涅耳反射定律,反射辐射强度根据能量守恒定律、菲涅耳反射定律和基于P-G模型的目标偏振双向反射率进行计算,并据此推导了目标表面的偏振双向反射方程,求解了多层涂层靶体的光学传输模型。依据热辐射环境下目标红外偏振特性模型,分别研究了涂层数量和环境热辐射强度比对多层涂层目标红外偏振特性的影响。仿真结果与实验结果接近,证明所提传输模型具有较好的拟合能力。
探测器 红外偏振成像 偏振特性 多层涂层 辐射传输 透射模型 光学学报
2023, 43(22): 2204001
火箭军工程大学兵器发射理论与技术国家重点学科实验室,陕西 西安 710025
在基于保偏光纤的非通视方位传递系统中,针对经保偏光纤传输后出射光束直径太小的问题,可以引入扩束系统进行解决。透镜对偏振传输影响的研究是引入扩束系统的关键,但相关研究主要集中在对入射光不同偏振态单一因素的讨论。因此,以伽利略扩束系统为例,详细分析了透镜中偏振传输的过程,推导了含透镜参数的偏转角公式,仿真了透镜参数对偏转角的影响,最后验证了理论与实验结果的一致性。结果表明:透镜参数对偏振传输的影响使偏振方位角发生偏转,其中曲率半径与偏转角成反比关系;中心厚度与偏转角成线性关系;折射率和光斑半径与偏转角均成平方关系。该研究结果对在基于保偏光纤的非通视方位传递系统中引入扩束系统具有一定的指导意义。
线偏振光 透镜 扩束系统 方位传递 偏转角 光学学报
2023, 43(20): 2006005
强激光与粒子束
2023, 35(3): 034002
火箭军工程大学兵器发射理论与技术国家重点学科实验室,陕西 西安 710025
目标Mueller矩阵反映了光波在传播过程中偏振态的变化,其包含与目标自身有关的起偏、退偏等偏振特性。为进一步研究目标Mueller矩阵特性,通过将光波传播过程转化为相关半正定二次型函数实现偏振态变化线性运算的方法,定义目标净退偏特性和可以综合评价目标起偏特性和退偏特性的偏振度,并证明了其在偏振探测目标识别和偏振特性分析中的有效性。最后利用实验测量了不同入射角、粗糙度铝板的Mueller矩阵,通过定义粗糙度对目标偏振特性的影响因子Q和目标偏振特性随入射角变化的稳定性S,分析了入射角和粗糙度对目标Mueller矩阵特性的影响。
测量 Mueller矩阵 偏振探测 偏振特性 粗糙度 入射角
Author Affiliations
Abstract
College of Optics and Photonics, University of Central Florida, Orlando, FL 32816, USA
The emission wavelength of InGaN/GaN dot-in-wire LED can be tuned by modifying the nanowire diameter, but it causes mismatched angular distributions between blue, green, and red nanowires because of the excitation of different waveguide modes. Besides, the far-field radiation patterns and light extraction efficiency are typically calculated by center dipoles, which fails to provide accurate results. To address these issues, we first compare the simulation results between central dipole and dipole cloud with experimental data. Next, we calculate and analyze the display metrics for full-color nanowire LEDs by 3D dipole cloud. Finally, we achieve unnoticeable angular color shift within ±20° viewing cone for augmented reality (AR) and virtual reality (VR) displays with an improved light extraction efficiency.The emission wavelength of InGaN/GaN dot-in-wire LED can be tuned by modifying the nanowire diameter, but it causes mismatched angular distributions between blue, green, and red nanowires because of the excitation of different waveguide modes. Besides, the far-field radiation patterns and light extraction efficiency are typically calculated by center dipoles, which fails to provide accurate results. To address these issues, we first compare the simulation results between central dipole and dipole cloud with experimental data. Next, we calculate and analyze the display metrics for full-color nanowire LEDs by 3D dipole cloud. Finally, we achieve unnoticeable angular color shift within ±20° viewing cone for augmented reality (AR) and virtual reality (VR) displays with an improved light extraction efficiency.
nanowire LED microdisplay AR/VR light engines angular color shift Opto-Electronic Science
2022, 1(12): 220021
1 江苏师范大学物理与电子工程学院,江苏省先进激光材料与器件重点实验室,徐州 221116
2 杭州光学精密机械研究所,杭州 311421
3 宁波大学高等技术研究院,红外材料及器件实验室,宁波 315211
本研究尝试将As2Se3红外硫系透镜生产过程中产生的块体玻璃废料进行回收利用,首先将清洗后的块体玻璃废料球磨成粉体,然后采用粉体热压技术实现高光学质量As2Se3玻璃片的制备。研究了粉体粒度、热压参数对制备的As2Se3玻璃光学性能的影响,对比了粉体热压法和熔融淬冷法制备的As2Se3玻璃的性能,评估了通过粉体热压途径制备红外硫系玻璃的可行性。结果表明:随着球磨时间的延长,As2Se3玻璃粉体的平均颗粒尺寸逐渐减小,且颗粒尺寸的分布趋于更加均匀;使用平均颗粒尺寸为9.7 μm的粉体(球磨10 min),在压力为40 MPa、热压温度为250 ℃、热压时间为10 min的条件下获得的热压玻璃的致密度达到99.8%,其折射率与熔融淬冷法制备的玻璃的折射率接近(在10 μm波长的折射率差仅为0.003),在10 μm波长的透过率达61%(理论透过率为63.7%)。通过进一步提高玻璃粉体的纯度和尺寸均匀性,有望制备出与熔融淬冷法制备的玻璃性能相当的热压玻璃。
硫系玻璃 球磨 热压 红外透镜 热成像 红外技术 chalcogenide glass ball milling hot pressing infrared lens thermal imaging infrared technology
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 中国科学院强激光材料重点实验室, 上海 201800
2 江苏师范大学物理与电子工程学院, 江苏 徐州 221116
3 光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津 300308
4 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471023
以高纯单质为原料, 通过原料提纯和玻璃熔体蒸馏的方法制备了高光学质量的As-S硫化物玻璃, 采用棒管法拉制了阶跃折射率多模光纤。表征了光纤的传输损耗和高功率中红外激光传输性能, 分析了光纤的激光损伤机理。结果表明: 制备的纤芯直径~200 μm、数值孔径~0.35的As-S玻璃光纤在2 μm和4.6 μm的传输损耗分别为~0.25 dB/m和~0.35 dB/m。在有效的制冷条件下, 该光纤能够承受120 W的2 μm连续激光输入, 输出功率可达63 W。理论分析表明, 该光纤在高激光功率下的损伤与纤芯玻璃中纳米异相包裹体的分布有关, 在纳米异相包裹体浓度较高的区域易产生热积累, 导致光纤产生热损伤。
硫系玻璃 光纤 中红外激光 激光损伤 chalcogenide glass optical fiber mid-infrared laser laser damage