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1550 nm VCSEL硅基光电集成变迹光栅耦合器设计及入射角方向性优化研究
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作者 孙松伟 石琳琳 +4 位作者 马超 邹永刚 范杰 付曦瑶 王玉坤 《发光学报》 北大核心 2025年第4期730-741,共12页
为了打破均匀光栅对称结构的限制,进一步提高硅基光电集成片上光源的耦合效率。本研究提出基于绝缘衬底上硅结构的高效递进式光栅耦合器的设计,适用于垂直腔面发射激光器(VCSEL)键合到硅光子集成电路,降低了VCSEL光电集成对键合角度的... 为了打破均匀光栅对称结构的限制,进一步提高硅基光电集成片上光源的耦合效率。本研究提出基于绝缘衬底上硅结构的高效递进式光栅耦合器的设计,适用于垂直腔面发射激光器(VCSEL)键合到硅光子集成电路,降低了VCSEL光电集成对键合角度的工艺难度要求。该方法通过同时改变光栅的周期和占空比,并优化光栅的刻蚀深度,实现了对布拉格条件的调整,使衍射场分布与高斯场分布更为匹配。此外,还优化设计周期与占空比为定值的均匀光栅耦合器和周期固定、占空比改变的前端渐进式光栅耦合器两种结构。作为对比验证了递进式光栅耦合器设计的有效性,在提升耦合效率的同时,增加了VCSEL入射角倾角的耦合方向性,使VCSEL器件耦合方向更为灵活。数值仿真结果显示,设计的均匀光栅、前端渐进式光栅、递进式光栅的最高耦合效率分别达到54.62%(−2.63 dB)、60.18%(-2.21 dB)、64.55%(-1.90 dB)。得益于设计的优化,该结构对光源入射倾角具有6°~21°的容差范围,大幅降低了实验工艺的难度。通过数值计算结果证明了该方法的可靠性,同时也展现了在不使用背反射镜的情况下,基于硅基异质集成结构能实现高达64.55%(-1.90 dB)耦合效率和大入射角度容差的潜力。实验结果表明,在1500~1600 nm波段范围内设计的光栅耦合器在光纤不同入射角度测试中,对不同的入射角均具有较高的耦合效率,具有更好的耦合方向性。 展开更多
关键词 硅基光电集成 模式匹配 入射容差 耦合效率 光栅耦合器
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基于频域滤波面形的毫米级束径离子束驻留时间补偿
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作者 卞萌 胡海翔 +2 位作者 唐瓦 季鹏 张学军 《光学精密工程》 北大核心 2025年第11期1739-1749,共11页
为提升细束径去除函数对空间波长接近其特征尺寸的面形误差的修正能力,开展了毫米级束径离子束加工收敛率分析及优化研究,提出基于多频段面形“贝壳纹”加工程度的修形能力分析方法,通过分析均方根密度的频域分布特性与各频段的收敛率... 为提升细束径去除函数对空间波长接近其特征尺寸的面形误差的修正能力,开展了毫米级束径离子束加工收敛率分析及优化研究,提出基于多频段面形“贝壳纹”加工程度的修形能力分析方法,通过分析均方根密度的频域分布特性与各频段的收敛率、不同周期面形幅值的加工结果,量化评估细束径去除函数的跨频段误差修正能力。在此基础上通过分析制定加工补偿策略,提出了一种基于频域滤波进行驻留时间补偿的收敛率优化提升方法,提高了可修正频段的收敛率,并通过仿真和实验进行验证。实验结果表明:以加工“贝壳纹”的方式可以实现去除函数多频段面形误差修正能力的高效分析,驻留时间补偿方法可有效提升细束径去除函数可修正频段内的单轮收敛率。针对2 mm半宽去除函数收敛能力发生转折的关键频段(0.186~0.385 mm^(-1)),实际平均收敛率从76.4%提升至91.7%。该方法有助于实现单束径去除函数加工时的全频段误差一致性收敛,适用于高精度光学元件加工。 展开更多
关键词 超精密加工 离子束修形 驻留时间 收敛率 细束径去除函数 修形能力
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多机器人协同光学加工技术
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作者 石丰华 李龙响 +5 位作者 刘夕铭 彭利荣 陈昊 李兴昶 程强 张学军 《中国光学(中英文)》 2025年第6期1353-1364,共12页
本文提出采用多个加工单元分别同时负载单个工具共同执行加工任务,以降低加工单元执行时间,从而大幅提升大口径光学元件的加工效率。首先,根据光学元件提出一种多机器人协同加工布局,接着,针对3种潜在的可行轨迹进行模拟加工。然后,在... 本文提出采用多个加工单元分别同时负载单个工具共同执行加工任务,以降低加工单元执行时间,从而大幅提升大口径光学元件的加工效率。首先,根据光学元件提出一种多机器人协同加工布局,接着,针对3种潜在的可行轨迹进行模拟加工。然后,在离散仿真的基础上,得出了轨迹参数的选取原则,针对离散仿真无法体现轨迹连续性对面形影响这一局限提出并建立了运动模式适配的积分去除函数模型。该模型将轨迹连续性的影响引入模拟加工中,据此提出一种协同加工避障策略,并采用最优轨迹进行了协同加工的效率提升验证实验。实验结果表明:初始面形PV=18.310λ(λ=632.8 nm),RMS为1.788λ的元件面形收敛至PV=4.873λ,RMS=1.113λ,与此同时,其直径120 mm的有效区间内PV=4.661λ,RMS=0.857λ,经加工后收敛至PV=2.465λ,RMS=0.622λ,总执行时间为3.943 h。若采用协同加工策略,单个加工单元最长执行时间为2.041 h,相比单工具效率提升1.93倍。与单机器人加工相比,该方法使得加工效率显著提高,面形精度得到保证,有效缩短了加工周期,在大孔径光学元件制造中具有很强的适用性和潜力,同时也为未来使用更多机器人的协同光学制造提供了轨迹规划策略参考。 展开更多
关键词 多机器人协同光学加工 光学超精密制造 积分去除函数 轨迹规划 高效光学制造
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3-D morphological feature measurement and reconstruction of wear particles using multi-view polarized optical coherence tomography
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作者 MENG Yi-ru LV Jin-guang +9 位作者 ZHENG Kai-feng ZHAO Bai-xuan QIN Yu-xin CHEN Yu-peng ZHAO Ying-ze NIE Hai-tao WANG Wei-biao XU Jing-jiang LAN Gong-pu LIANG Jing-qiu 《中国光学(中英文)》 2025年第6期1449-1462,共14页
The morphological description of wear particles in lubricating oil is crucial for wear state monitoring and fault diagnosis in aero-engines.Accurately and comprehensively acquiring three-dimensional(3D)morphological d... The morphological description of wear particles in lubricating oil is crucial for wear state monitoring and fault diagnosis in aero-engines.Accurately and comprehensively acquiring three-dimensional(3D)morphological data of these particles has became a key focus in wear debris analysis.Herein,we develop a novel multi-view polarization-sensitive optical coherence tomography(PS-OCT)method to achieve accurate 3D morphology detection and reconstruction of aero-engine lubricant wear particles,effectively resolving occlusion-induced information loss while enabling material-specific characterization.The particle morphology is captured by multi-view imaging,followed by filtering,sharpening,and contour recognition.The method integrates advanced registration algorithms with Poisson reconstruction to generate high-precision 3D models.This approach not only provides accurate 3D morphological reconstruction but also mitigates information loss caused by particle occlusion,ensuring model completeness.Furthermore,by collecting polarization characteristics of typical metals and their oxides in aero-engine lubricants,this work comprehensively characterizes and comparatively analyzes particle polarization properties using Stokes vectors,polarization uniformity,and cumulative phase retardation,and obtains a three-dimensional model containing polarization information.Ultimately,the proposed method enables multidimensional information acquisition for the reliable identification of abrasive particle types. 展开更多
关键词 multi-view optical low coherence polarization 3D reconstruction wear particles
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