作者单位
摘要
江苏大学机械工程学院,江苏 镇江 212000
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 
光学学报
2024, 44(7): 0723003
李堂玥 1,2,3牟达 1,2,*夏鹏宇 1,2张悦 1,2谢蕙阳 1,2
作者单位
摘要
1 长春理工大学光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室,光电测控技术研究所,吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
3 长春理工大学中山研究院,广东 中山 528400
太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)是检测物质组成和变化的先进科学装置,可以准确定位和分析物质的微小变化,对物理学、化学、生物学等多个学科的发展产生了深远影响。光纤式THz-TDS在光路传播时具有能量传输损失少、结构紧凑等优点。在光纤式THz-TDS的基础上,将双透镜和旋转延迟线结合,通过研究分析耦合效率理论和双透镜传输特性,利用光学软件ZEMAX设计了一款双透镜准直耦合收发一体共光路系统。为了得到更高的单模光纤耦合效率,研究分析了激光与光纤的耦合原理及耦合误差,并且绘制了耦合失配时的效率曲线。研究结果表明:高斯传播单模光纤的耦合效率达到了76.27%,可以满足稳定辐射太赫兹信号的要求,同时,光纤耦合效率的提高对于增大THz-TDS的太赫兹脉冲信号带宽具有一定帮助。
光纤光学 光纤耦合 收发一体 太赫兹时域光谱系统 单模光纤 
中国激光
2024, 51(8): 0806003
张梦 1王欣 1,2,*杨苏辉 1,2,3李宝 4[ ... ]高彦泽 1,2
作者单位
摘要
1 北京理工大学光电学院,北京 100081
2 北京理工大学学精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室,北京 100081
3 北京理工大学信息光子技术工业和信息化部重点实验室,北京 100081
4 中国电子科技集团第十一研究所,北京 100015
长波红外量子级联激光器(QCL)具有波长设计灵活、体积小、寿命长等优点。目前单横模QCL较低的输出功率(1~3 W)是限制其应用的主要因素。光纤功率合束技术是提升输出功率的有效手段。然而由于长波红外波段缺少低传输损耗的玻璃光纤,使得高效率长波红外光纤功率合束的实现难度很大。本文研究了基于低损耗单模空芯光纤的长波红外激光功率合束技术。针对基横模长波红外QCL有源区尺寸大、发散角大的特点,设计了大数值孔径扩展光源双非球面准直镜,有效提高了单模光纤耦合效率。设计制备了无端面损耗的长波红外单模光纤束,光纤传输效率高达91.2%,实现了7.6~7.8 μm波段QCL的高效率合束。当4个长波红外QCL的输出总功率为2.27 W时,采用所设计的光纤耦合光学系统及制备的4×1单模空芯光纤合束器获得了1.5 W的连续输出,总合束效率为66%。此外,测量得到单根单模长波红外光纤耦合输出光的光束质量因子M2为1.2,光强分布和光束质量因子均优于QCL的直接输出激光,说明空芯单模光纤具有一定的非高斯光束模式净化作用。合束光束的传输质量因子为2.6,依然具有较好的光束质量。本文所研究的光纤合束方式对QCL的输出波长、偏振态均不敏感,且具有良好的可扩展性。实验结果表明,此方式可有效解决长波红外QCL单元器件输出功率偏低的问题。
长波红外 量子级联激光器 光纤合束 耦合效率 空芯光纤 
光学学报
2024, 44(8): 0814003
作者单位
摘要
1 上海大学 精密机械工程系,上海200444
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所,河南洛阳47103
3 江苏永康机械有限公司,江苏无锡21420
提出一种基于目标检测算法的柔性浅埋物的声-振智能探测方法,将声波激励、激光散斑干涉测振和目标检测算法有机结合,用以柔性浅埋物的大范围快速探测。在论述YOLO系列目标检测算法原理的基础上,选择并优化柔性浅埋物的智能探测网络模型;然后,搭建声-光融合智能探测系统,构建不同柔性浅埋物的激光散斑干涉条纹图数据集;最后,对数据集进行训练和测试,验证该算法用于干涉条纹图识别的可行性。实验结果表明:在给定实验条件下,柔性浅埋物智能探测网络模型的精确率为98.39%,召回率为84.72%,平均识别精度为99.66%。该声-振智能探测方法可以在给定实验环境下对多种柔性浅埋物的激光散斑干涉条纹图进行智能识别,适用于浅层地下柔性掩埋物的大面积快速探测。
声-光融合探测 柔性浅埋物 YOLOv5 声-地震耦合 干涉条纹 sound-light fusion detection flexible shallow burial YOLOv5 acoustic-seismic coupling interference fringe pattern 
光学 精密工程
2024, 32(5): 661
作者单位
摘要
1 复旦大学 工程与应用技术研究院,上海200433
2 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所,江苏苏州15163
为了满足荧光显微镜技术对多波长单模耦合输出激光的需求,研究了400~680 nm内多波长激光耦合进单模光纤的技术,设计了三片式耦合透镜组很好地消除了不同波长耦合时的色差以提高耦合效率,同时考虑光纤耦合调试难度大的问题,设计了能快速简单完成耦合调节的耦合光纤部件结构以及耦合调试的方法,通过实验测试荧光成像常用的4种波段激光(405,488,561,638 nm),耦合效率均大于65%。实验结果达到了较高的光纤耦合水平,证明该多波长激光耦合器性能优异。同时,由于耦合器装调简单且成本低,本文的工作具有进一步商业化的价值,且为多波长单模耦合激光器国产化打下了坚实的基础。
荧光显微技术 单模激光耦合 多波长激光 光纤耦合 fluorescence microscopy single mode laser coupling muti-wavelength lasers fiber coupling 
光学 精密工程
2024, 32(3): 324
吴阳 1,2冯玉涛 1,*韩斌 1,2武俊强 1孙剑 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院 西安光学精密机械研究所,陕西西安709
2 中国科学院大学,北京100049
长波红外差分干涉仪在低温工况下会因光学元件受到非均匀应力作用产生干涉条纹的畸变,从而降低干涉仪系统性能。本文为解决低温工况干涉条纹弯曲畸变问题,基于长波红外差分干涉仪光机系统进行了干涉条纹畸变影响因素分析,结合光-机-热耦合分析方法,对干涉仪系统低温工作状态进行仿真。随后设计了针对影响条纹畸变的关键元件——光栅元件的低温微应力动态稳定支撑安装结构,结构优化后的光栅表面面形均方根(Root Mean Square, RMS)值为3.89×10-2 nm,面形峰谷值(Peak to Valley, PV)值为2.21×10-1 nm,分别较优化前初始系统的分析结果减小了5个数量级,系统仿真干涉条纹畸变小于1个探测器像元。全系统低温验证试验表明,优化结构可有效抑制干涉条纹畸变,畸变量小于2个探测器像元,试验与仿真计算结果一致性较好,验证了优化分析方法的有效性。该优化方案对提升反射式光学系统结构低温稳定性,提高系统工作能力有较大意义和价值。
微应力装夹 干涉条纹畸变 低温光机结构优化 光-机-热耦合 面形拟合 micro-stress clamping interference fringe distortion cryogenic opto-mechanical structure optimization optical-mechanical-thermal coupling analysis surface shape fitting 
光学 精密工程
2024, 32(2): 171
作者单位
摘要
1 杭州电子科技大学 通信工程学院,杭州 310018
2 同济大学 物理科学与工程学院 先进微结构材料教育部重点实验室,上海 200092
基于五能级结构手征原子媒质,对光学时域隐身在外场调控下的实现进行了研究。在该五能级手征原子系统下,推导了原子媒质与光场参数相关的等效电磁响应参数的广义表达式,进而根据群折射率计算输出光脉冲。数值计算了五能级原子系统的外场以及原子媒质相关参数对隐身时域窗口大小以及形成时域窗口的光脉冲强度的影响。结果表明,时域窗口大小随控制场Rabi频率改变但基本不依赖于控制场的相位变化;两个耦合场相位在一个周期内的变化对左右旋圆极化输出波特性影响相反;两个耦合场中,当其中一个耦合场的Rabi频率减小时,对应时域窗口增大,但同时也会使形成窗口的脉冲强度减弱,而另一个耦合场Rabi频率则对时域窗口的大小影响较小。因此改变控制场和两个耦合场的强度、相位和失谐等参量可有效地调控输出脉冲的加速和延迟,产生显著的隐身时域窗口,提供了一种可操控的光学时域隐身的方案。
手征原子媒质 磁电耦合 光学时域隐身 五能级系统 量子相干 Chiral atomic medium Magnetoelectric coupling Optical temporal cloaking Five-level system Quantum coherence 
光子学报
2024, 53(2): 0227002
罗昊 1侯梦蝶 3徐良 1,2杨臻垚 1[ ... ]朱大钊 1,***
作者单位
摘要
1 之江实验室智能芯片与器件研究中心,浙江 杭州 310023
2 极端光学技术与仪器全国重点实验室,浙江 杭州 310027
3 上海大学特种光纤与光接入网重点实验室,上海 200444
无标记显微成像 光纤模式耦合 差分扫描成像 涡旋光调制 label-free microscopic imaging fiber mode coupling differential scanning imaging vortex beam modulation 
光电工程
2024, 50(12): 230181
杨雪 1,2杨成娟 1,2,*佟浩 3,4戚慧敏 1,2[ ... ]杨振 1,2
作者单位
摘要
1 天津大学机械工程学院,天津 300072
2 天津大学机械工程学院机构理论与装备设计教育部重点实验室,天津 300072
3 清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室,北京 100084
4 清华大学精密/超精密制造装备与控制北京市重点实验室,北京 100084
激光电解复合加工是将激光加工与电化学加工相结合的复合加工方法,可用于加工硬质导电材料,具有加快电化学溶解速率、避免重铸层和提高表面质量等优势。笔者提出了一种管电极耦合激光电解复合加工工艺,利用设计的管电极实现了激光能量与电化学能量在管电极内部的同轴传导以及在加工间隙处的可控耦合,所提工艺适用于高品质超大深径比小孔的加工。基于激光与电化学能量在加工间隙处的可控调节,提出了以激光加工为主导和以电化学加工为主导的耦合作用机制。通过分析激光辐照区温升对电解质电导率、电流密度、液相传质和电化学溶解速率的影响,以及电解产生的气泡和杂质等对激光能量的影响,建立了激光电解复合加工的材料去除模型,并进行了初步的激光电解复合加工仿真分析与实验研究。
激光技术 电解加工 理论模型 耦合机制 高深径比 深孔 
中国激光
2024, 51(16): 1602402
作者单位
摘要
国防科技大学 前沿交叉学科学院,长沙 410073
提出了一种新型高功率微波宽带紧耦合偶极子阵列天线。在常规的紧耦合偶极子阵列天线的基础上,该阵列天线通过采用全金属结构设计、天线匹配层和密封层一体化设计以及调节天线结构的手段,获得了宽带高功率性能。仿真结果显示,在0.8~4.0 GHz的范围内,天线未扫描时的驻波比小于2;在16 mm×32 mm单元尺寸内和1个大气压的SF6气体中,功率容量达到0.12 MW;以该单元天线组成10×10阵列,100个单元总尺寸仅为160 mm×320 mm,在1个大气压的SF6气体中,功率容量可以达到12 MW,另外,该天线可实现45°的宽角扫描。该阵列天线的提出为实现高功率微波宽带天线的宽频带、大角度扫描、紧凑化、小型化以及低剖面化提供了参考。
高功率微波 紧耦合 波束扫描 功率容量 紧凑性 high-power microwave tight coupling beam scanning power handling capacity compactness 
强激光与粒子束
2024, 36(1): 013009

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