摘要：数字微镜器件(DMD)的近红外光谱仪,具有波长重复性好、分辨率高和抗振动性好等优点,广泛应用于食品安全和农业生产等领域的研究。随着DMD的微小型近红外光谱仪发展逐渐趋于成熟,仪器的成本和性能仍然是研发的关键。尽管大部分将重点放在了软件开发和检测方法的研究,而仪器硬件的处理速度至关重要。只有确保光谱仪能够快速准确的采集并传输数据,才能有效实现光谱分析。在多数研究中,阿达玛矩阵的生成和解码工作通常由上位机完成,并通过FLASH存储的方式导入模板。这种方式可能会限制采集一幅完整光谱数据的时间效率。为了提高光谱采集速度和信噪比,提出一种高速驱动DMD和快速数据采集的方法,并基于DMD微小型近红外光谱仪设计一套硬件电路系统。采用现场可编辑门阵列(FPGA)和ARM的架构,创新性地实现了奇偶阿达玛模板的生成与解码过程在嵌入式系统底层执行,加快了光谱分析的速度并提高信噪比。通过与市面上DMD型光谱仪对比,研究结果显示,所研发的光谱仪完成单次光谱的采集时间仅需214 ms,相比商用DMD型光谱仪,采集效率提升了4倍。在同等3 s的采集时间内,所研发光谱仪的信噪比为4600,相比商用DMD型光谱仪,信噪比提升了1.5倍。通过所研发的光谱仪对油菜籽样品进行光谱扫描,分析了油菜籽的脂肪、蛋白质和水分的含量,并采用偏最小二乘回归(PLSR)建立了相应的模型。油菜籽脂肪含量的校正相关系数为0.9865、预测相关系数为0.9672;蛋白质含量的校正相关系数为0.9854、预测相关系数系数为0.9636;水分含量的校正相关系数为0.9875、预测相关系数为0.9614。模型评估的结果表明,该光谱仪能够满足油菜籽成分检测的需求,验证该光谱仪在商业领域具有重要的应用价值。

摘要：设计了一种用于850 nm GaAs基VCSEL的高折射率对比度亚波长光栅(HCG),整体结构采用GaAs材料体系,包含光栅层及为缓解其应力问题而设计的应力缓冲层和以AlGaAs或AlAs氧化后形成的AlOx低折射率亚层。通过Rsoft软件对HCG的反射特性进行仿真研究,分析了不同光栅参数对反射谱的作用规律,重点探究了应力缓冲层和低折射率亚层对光栅特性的影响。设计了中心波长850 nm的TM模HCG,反射率大于99. 9%的带宽可达91 nm,与中心波长之比达到10. 7%,同时TE模的反射率不超过90%,显示出了良好的偏振选择性。该结构可以替代VCSEL中的P型分布式布拉格反射镜,提供高反射率、宽带宽,并改善由不同材料体系所导致的应力问题,提高器件稳定性。

摘要：研究了一种940 nm GaAs基VCSEL的高折射率对比度亚波长光栅反射镜(HCG),采用GaAs/AlOx光栅结构,讨论了TE偏振时光栅结构中各参数对反射光谱的作用规律,分析TE、TM不同偏振时反射镜的结构特点,及形貌误差对高反射带的影响。设计的TE-HCG的高反射带中心为940 nm,在0.888~0.985μm波长范围内,TE波反射率大于99.5%,TM波反射率低于90%,高反射带宽97 nm,Δλ/λ_(0)>10%。该反射镜可以与VCSEL采用一次性外延生长技术制作,且具有结构简单,制作容差大,且偏振稳定的优势,不仅有利于改善器件性能,且大大降低VCSEL的制作难度和成本。

摘要：为了提高GaSb基激光器腔面膜的反射率,根据有关薄膜设计理论并借助薄膜设计软件,设计出激光器腔面膜膜系.使高反膜在2.0～3.5 μm波段的理论反射率高于95％;增透膜在波长为2.5 μm处的理论透射率高于99％.并经过反复实验操作比较了实验与理论设计反射率曲线,结果表明,实验所得反射率能达到实际应用的要求.除此之外,还通过比较各种材料的特性,讨论了薄膜材料的选取.

摘要：利用时域有限差分法研究了Au纳米天线对GaSb纳米线的消光增强.通过分析不同形状Au纳米阵列的电场特性和光学特性,发现三角形为最优结构,并具有高强度共振吸收峰和高的电场增强倍数.分别对三角形尺寸和纳米线的间距进行调节,结果表明:随着尺寸由70nm增加到210nm,消光峰位从783nm单调增加到1 638nm,峰位强度和电场增强倍数逐渐增加,尺寸为210nm时的增强倍数为70nm时的6倍;随着间距由80nm增加到130nm,消光峰位从1 655nm减小到1 460nm,峰位强度和电场增强倍数略微减小.因此可通过先调节间距再调节尺寸的方法来设计Au纳米天线结构.

摘要：设计了带有质子注入高阻区的刻蚀微结构面发射半导体激光器结构,使得从出光口到上DBR形成环形波导,进而直接产生空心激光束输出。使用FDTD软件计算了刻蚀微结构VCSEL的光场分布,得到的环形模式图样在不同模式数目下都能保持空心光束的特性。制备了室温下激射波长为848 nm的微结构VCSEL,并测试其输出特性。阈值电流为0.27 A,峰值功率最高可达170 mW。不同电流下的近场图都显示出非常明显的空心环形光斑,远场光强分布曲线也符合空心光束的特性。该新型VCSEL技术为空心光束甚至阵列器件的发展提供了一种新的方法。

摘要：应用ZEMAX光学设计软件模拟了一种多芯片半导体激光器光纤耦合模块,将12支808nm单芯片半导体激光器输出光束耦合进数值孔径0.22、纤芯直径105μm的光纤中,每支半导体激光器功率10 W,光纤输出端面功率达到116.84W,光纤耦合效率达到97.36%,亮度达到8.88MW/(cm2·sr)。通过ZEMAX和ORIGIN软件分析了光纤对接出现误差以及单芯片半导体激光器安装出现误差时对光纤耦合效率的影响,得出误差对光纤耦合效率影响的严重程度从大到小分别为垂轴误差、轴向误差、角向误差。

摘要：采用Matlab和Comsol建立单模光纤内激光传输模型,对双包层内光纤折射率和纤芯结构对光能量分布的影响进行了理论研究。系统分析了光纤芯径与数值孔径、归一化频率和功率填充因子的关系,依据得到的结果进一步采用多模物理耦合仿真方法对不同类型的单模双包层光纤纤芯的能量分布进行仿真,探索了不同折射率分布情况对纤芯能量分布的影响。计算和仿真结果表明:凹面折射率分布光纤的光斑模场面积最大,单位面积的功率分布最低。针对大功率光纤激光器的应用需求设计了工作波长为1.064μm、纤芯直径为10μm、凹面直径为8μm、数值孔径为0.12的单模凹面折射率双包层光纤,为提高光纤泵浦效率、降低纤芯的能量密度提供了思路。

摘要：为了提高超辐射发光二级管的光谱宽度和出光功率,设计了外延片有源区非均匀阱宽三量子阱结构和波导区非对称大光腔结构。在器件结构设计方面,利用增益钳制理论提出了器件新结构,设计了多波长增益钳制系统;在器件制备方面,采用纳米压印技术在器件脊形台面上制作了多波长表面分布式反馈钳制系统纳米柱。制备的器件泵浦区脊形条长350μm,吸收区长250μm,台宽5μm,台高1μm,在工作电流为160 m A时,室温连续输出功率14.63 m W,中心波长848.7 nm,半峰宽22 nm.这种新结构设计增益了器件非中心波长,抑制了中心波长法布里-珀罗振荡,同时实现了器件中心波长法布里-珀罗增益钳制。

摘要：设计了一种具有波长和偏振模式选择特性的GaAs材料的亚波长抗反射光栅,工作波长为976nm。采用等效介质理论与薄膜理论对光栅进行初步设计,基于严格耦合波法依次对光栅占空比、脊高和周期进行优化确定,同时分析了各个参数对光栅透射率的影响。所设计的抗反射光栅分别具有99.99%(横电模)和99.86%(横磁模)的高透射率,并且在976nm±30nm的范围内保持99%以上的高透射率,满足器件应用要求。最后研究了工艺误差导致的光栅非矩形形貌对光栅透射率以及偏振优势模式的影响。