中国电子科技集团公司第四十六研究所特种光纤材料研发中心，天津 300220
空芯微结构光纤按照导光原理不同可分为空芯光子带隙光纤和空芯反谐振光纤。在这两种光纤中，空气孔内壁粗糙度导致的散射损耗是其损耗来源之一。在空芯光子带隙光纤中，散射损耗是其损耗的主要原因；在空芯反谐振光纤中，在短波长时散射损耗也是其损耗的重要原因之一。为了降低空芯微结构光纤的散射损耗，需要针对空气孔内壁粗糙度展开深入研究。为此，本文介绍了空芯微结构光纤空气孔内壁粗糙度相关理论、测试技术和抑制方法的研究进展，对相关理论和实验结果进行了总结，对将来需要重点研究的方向提出了建议。
光纤光学 空芯微结构光纤 空气孔内壁粗糙度 散射损耗 粗糙度测试技术 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2300003
1 上海交通大学 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
2 中兴通讯股份有限公司, 广东 深圳 518055
3 移动网络和移动多媒体技术国家重点实验室, 广东 深圳 518055
系统地开展了基于光刻及湿法显影工艺制备的聚合物光波导散射损耗的理论及实验研究。研究了包括粗糙度、波导尺寸和工作波长等主要参数对散射损耗的影响, 采用激光共聚焦显微镜测量了光波导侧壁及上下表面的粗糙度。实验结果表明, 波导侧壁的平均粗糙度约为60nm, 是上下表面粗糙度的3倍。因此, 散射损耗主要由侧壁粗糙引起, 其大小是上下表面粗糙引入散射损耗的9倍。基于上述理论及实验结果, 通过优化波导设计, 制备了工作于1310nm波长、平均损耗为0.35dB/cm的低损耗单模聚合物光波导, 其作为高速高密度光背板的关键传输介质具有良好的应用前景。
西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
为了降低高精密使用场合下多层介质高反射薄膜的表面散射，首先从多层介质薄膜双向反射分布函数(BRDF)出发，理论分析了双向反射分布函数与薄膜界面电场强度的关系。在入射光为正入射且中心波长632.8 nm处的反射率大于99%的要求下，采用SiO2、Ta2O5两种材料设计了膜系G/(HL)8/A和膜系G/(HL)8H/A，并分析了两种膜系界面的电场强度分布。然后以膜系G/(HL)8H/A界面的电场分布为基础对场强进一步优化，得到了膜系G/(HL)60.4L1.6H1.5L0.5H/A。理论计算了正入射条件下三种膜系的双向反射分布函数，发现当散射角为－45°～45°时，膜系G/(HL)6H0.4L1.6H1.5L0.5H/A表面的BRDF小于膜系G/(HL)8/A和膜系G/(HL)8H/A。同时计算了三种膜系表面的总散射损耗(S)，与膜系G/(HL)8/A和膜系G/(HL)8H/A相比，优化膜系G/(HL)6H0.4L1.6H1.5L0.5H/A的S降低了91.44%、37.98%。实验验证了利用膜层界面电场强度调控薄膜表面散射的有效性。
薄膜 多层设计 光散射 双向反射分布函数 总散射损耗
红外与激光工程
2021, 50(12): 20210234
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
实芯保偏光子晶体光纤在双折射、温度、抗辐照等方面具有独特的优势,非常适合于光纤陀螺应用,然而其损耗较大,影响着光子晶体光纤陀螺性能的提高,空气孔内壁表面粗糙度引起的散射是导致损耗的原因之一。针对实芯保偏光子晶体光纤散射损耗,建立了光纤散射模型,仿真计算散射损耗为0.179 dB/km;搭建了全自动测试装置,测量灵敏度可达1 pW,散射角测量范围可达15°~165°,光纤旋转角度分辨率可达1°,实现了三维散射球的测量,得到散射损耗为0.23 dB/km,验证了理论仿真结果的可靠性。
光纤光学 光子晶体光纤 散射损耗 散射分布测量 实芯保偏光子晶体光纤 激光与光电子学进展
2019, 56(1): 010601
1 吉林工程技术师范学院 量子信息技术交叉学科研究院, 长春 130052
2 吉林省量子信息技术工程实验室, 长春 130052
3 长春理工大学 光电工程学院, 长春 130000
根据浸没式光刻系统的技术要求, 设计了光束稳定系统, 通过两个反射镜消除光束的位置漂移和指向漂移.基于深紫外材料特性, 选择JGS1作为反射镜的基底, Al2O3和MgF2为高、低折射率薄膜材料.通过膜系设计软件完成了高反射膜的设计和模拟分析, 并采用真空沉积技术研制了该薄膜.通过选择行星夹具镀膜设备和设计特定的补偿挡板来保证薄膜的非均匀性小于0.2%.测试了反射镜样片的光谱曲线和表面微观结构, 结果表明研制的薄膜在45°入射时的反射率为98.5%, 散射损耗为0.30%, 满足系统使用要求.
光学薄膜 光束稳定系统 非均匀性 吸收损耗 散射损耗 Optical thin film Beam stabilization system Non-uniformity Absorption loss Scattering loss
西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
为了研究三层介质减反射薄膜的散射特性减小光学薄膜的散射损耗，以多层光学薄膜矢量光散射理论为基础，利用光学薄膜的总散射损耗与光学薄膜双向反射分布函数的关系，研究了三层减反射薄膜的散射特性，即三层减反射薄膜随着层数增加双向反射分布函数与散射角的关系，以及入射波长变化对于三层减反射薄膜双向分布反射函数的影响。研究结果表明，在界面微粗糙度相关模型下，三层减反射薄膜在中心波长处，具有减反射和减散射效果,其反射率曲线呈明显的“W”形，反射率的极大值出现在中心波长处，而对于完全非相关模型,镜面反射方向上的双向反射分布函数随着波长的增加呈现出单调减小的趋势。
减反射膜 矢量光散射 总散射损耗 薄膜 散射特性 anti-reflection films vector light scattering total scattering losses thin film scattering property
1 太原理工大学 信息工程学院, 太原 030024
2 太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部重点实验室-微纳系统研究中心, 太原 030024
3 中北大学 计算机与控制工程学院, 太原 030051
SOI纳米光波导表面粗糙度会显著增加波导散射损耗, 降低表面粗糙度是其在许多方面应用中亟待解决的关键问题之一。首先介绍了表面粗糙度概念, 总结了表面散射损耗理论方面的研究进展。随后回顾了多种SOI纳米光波导表面粗糙度测量方法, 以及在表面形貌表征中存在的问题。此外, 还对几种波导表面光滑工艺进行介绍, 并结合具体的工作对光波导表面粗糙度各方面研究进展进行了总结。
集成光学 光波导 表面粗糙度 散射损耗 integrated optics optical waveguide surface roughness scattering loss
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
针对空芯光子带隙光纤内部结构提出了一种准确的建模方法，使用全矢量有限元法研究了纤芯结构变化对 光纤散射损耗的影响，对不同纤芯壁厚度以及不同纤芯半径的空芯光子带隙光纤进行了仿真计算，并以归一化分 界面场强表征散射损耗的大小。计算结果表明，纤芯壁相对厚度Tc≈4时，散射损耗可以得到较大的降低，同时散射 损耗也会随着纤芯半径的增大而减小。通过对纤芯结构进行优化，理论上在1.5~1.56 μm 波段范围内散射损耗可 比现有光纤减小50%。
光纤光学 空芯光子带隙光纤 有限元法 散射损耗 归一化分界面场强 结构设计 中国激光
2015, 42(11): 1105003
1 四川大学 电子信息学院, 成都 610064，
2 四川大学 电子信息学院, 成都 610064
3 华北光电技术研究所, 北京 100015
为了定量分析激光陶瓷中散射损耗对其透过率的影响，通过建立气孔尺寸分布模型，引入第二相体积比概念，并结合Mie散射、瑞利散射和全散射积分等理论，讨论了激光陶瓷中气孔、晶界第二相和表面粗糙度等引起的散射损耗对激光陶瓷透光性能的影响。研究结果表明：气孔率的大小将明显影响陶瓷透过率，且气孔尺寸分布决定了透过率包络的变化趋势；晶界和表面散射对透过率的影响主要集中在短波长处；在气孔率较低情况下，晶界第二相的存在是导致短波长处透过率急剧降低的主要因素。
散射损耗 气孔率 晶界第二相 晶界表面粗糙度 laser ceramics scattering loss porosity grain boundary secondary phase grain boundary surface roughness
