一、Characterization of Birefringence and Dispersion Properties in an Arrayed Waveguide Grating（论文文献综述）
陈恺[1]（2021）在《基于光纤激光器频率分裂的双折射测量方法研究》文中指出随着航空航天技术的发展及现代光学系统性能的不断突破,对光学材料双折射的实时在线测量成为新的研究热点。光纤中具有丰富的双折射变化,其双折射测量对提高光纤系统的整体性能至关重要。激光频率分裂双折射测量技术可对多种双折射以及其他外部参数进行测量。传统的激光频率分裂双折射测量技术多基于氦氖激光器,对待测对象透射率有极高要求,限制了可测的样品范围;且难于与光纤等波导系统进行耦合。本论文针对基于光纤激光频率分裂的双折射测量开展工作:对多纵模光纤激光频率分裂机理进行了理论分析及仿真研究;对激光器中不同双折射类型进行了测量;设计构建了不同的系统,对其应用进行了进一步拓展。主要研究内容如下:1、研究了多纵模光纤激光器的频率分裂机理。通过对多纵模激光器纵模正交方向分裂的模式特征进行研究,得到了多纵模频率分裂的频差与相位差关系。结合双折射琼斯矩阵与激光自洽方程,推导了光纤腔双折射叠加模型,消除了无法对轴而产生的非线性误差。研究了多纵模激光器拍频展宽机理。通过模牵引理论,分析了腔内增益曲线对纵模频偏的影响,从而得到了频率分裂产生的拍频在均匀增宽的光纤激光腔中的展宽量,对多纵模激光器中的频率分裂现象用于多种测量产生的系统误差进行了估计。研究了高掺铒浓度的有源光纤中离子对淬灭现象,分析了由离子对淬灭引起的增益不稳定现象。通过仿真分别对不同淬灭浓度与不同淬灭位置的离子对淬灭现象对拍频产生的影响进行仿真,进而解释了丰富的拍频信号频域演化现象。2、实验研究了光纤激光频率分裂法测量插入器件双折射。设计并构建了一种基于1556 nm光纤激光器频率分裂效应的插入双折射及应力测量系统。研究了半外腔频率分裂光纤激光器的输出特征,分别在空腔和腔内加载应力的情况下对谐振腔内偏振模式拍频信号进行测量。实验结果表明在普通单模线型谐振腔中,存在固有应力双折射。该系统在测量时的灵敏度为22060 Pa/nm,线性度为99.44%。利用相同腔型结构的系统,对波片的厚度与其折射率进行了测量。通过拟合获得了待测波片样品的厚度与折射率,得到本征折射率测量误差为10-5。3、对抛磨光纤腔外调制等效双折射测量进行了研究。通过应力平衡模型分析了非对称光纤本征双折射的产生机理。从理论上分析了外界折射率对腔内双折射的非线性调制规律,并结合有限元分析对外调制等效双折射进行了仿真。设计并搭建了抛磨光纤腔外调制等效双折射与外部折射率测量系统。利用抛磨光纤外调制双折射的叠加模型对外调制等效双折射进行了测量。通过实验研究,对该系统的双折射-外部折射率关系进行了标定,对外部折射率测量精度达到8.43×10-5。实验测得了葡萄糖质量分数-折射率曲线及热光系数变化趋势。4、对全光纤扭转腔圆双折射测量进行了研究。对光纤激光器中的圆双折射的产生机理进行了分析。通过光纤微扰理论结合光纤波导耦合模理论,推导了针对弱导光纤在扭转时的模式耦合系数。基于直观求解法结合激光器自洽原理推导了激光器扭转状态下的琼斯矩阵,得到腔内固有线性双折射与圆双折射分离模型。设计并搭建了一套1551 nm波段的全光纤扭转腔圆双折射测量系统。对激光器输出特征进行了研究,并得到了随着扭转角度变化腔内圆双折射的变化曲线。提出了一种扭转-拉伸双参量同步测量方法。研究结果表明扭转与拉伸可通过该系统的拍频与光谱测量解耦。
李晨蕾[2]（2020）在《硅基片上模场调控器件研究》文中研究指明随着全球新型冠状病毒肺炎的爆发,人们不得不面临着居家、宵禁、隔离一系列的问题,疫情对整个社会的运转产生了严重的影响。于此同时,人们利用互联网进行线上沟通交流的需求更是越来越多,在线网络课程课以及虚拟会议也正在推动着对互联网数据中心的投资。硅基集成光子芯片由于其低损耗、结构紧凑、CMOS工艺兼容等一系列优势,正作为光通信、光互联的技术支持吸引着越来越多的关注和研究。为了实现更高效快速大容量的硅基集成光子芯片,我们仍需要进一步提升其器件性能、降低波导损耗、进一步扩大光互联的数据传输容量,除了已经成熟的波分复用以外,还可以发展偏振复用、模式复用技术以及混合复用技术;本文首先基于多模复用系统,提出并实现了一系列高性能的片上多通道模式调控器件;然后利用波导的双折射效应,提出并实现了一些高性能偏振调控器件;最后,通过调节波导的结构色散,并利用了铝镓砷材料的非线性特性,设计出了高效的中红外波段光学频率梳,为实现片上集成型光学频率梳光源提供了潜在解决方案。首先,在多模调控方面:我们提出了一种基于双核绝热锥形结构,这一结构利用了超模演化现象,即可以将入射且限制在宽核波导中的高阶超模,经绝热过程逐渐转化为限制在窄核波导中的高阶超模,并通过绝热弯曲波导将其进一步转化为基模输出。利用该结构,首先在50nm的超薄硅波导上实现了三通道的模式复用/解复用器,实现了在宽带1520nm～1585nm的波长范围内,小于-20dB的串扰,降低了附加损耗（小于-0.2dB）;接着,利用类似的双核绝热锥形结构,与高性能的偏振分束器结合,实现了双偏振的十通道模式-偏振混合（解）复用器,由于绝热渐变结构的特性,最终实现了所有TM和TE模式通道在～90nm的宽波段内具有较低的串扰（-15～-25dB）和较低的附加损耗（0.2～1.8dB）,是当时通道数最多的模式复用器;为了进一步减小器件尺寸,增加器件布局的灵活性,本文在十通道模式复用器的基础上,设计了能够支持十通道模式的紧凑型多模弯曲波导,利用欧拉曲线弯曲波导,实现相对较小的等效弯曲半径,实验最终实现了半径仅为40μm的多模弯曲波导,并进行了数据传输实验;最后,为了进一步提高多模片上光互联的灵活性,本文设计了三通道的任意通道上传-下载复用器,利用亚波长光栅波导的色散调控特性,能在总线波导不变的条件下,下载/上传任意模式通道,并实现了在最大60 nm的带宽中三种模式消光比大于15 dB,在最大100 nm的带宽中附加损耗小于0.32 dB。第二,在偏振调控方面:在340nm的SOI平台上,单模波导双折射效应相对较弱,偏振复用器件设计存在困难。我们针对这一问题提出了一系列的解决办法。首先利用一种三波导级联的结构设计了一种偏振分束器,通过精确控制三波导间的间隔来调节两种偏振态的模场重叠因子进而调节耦合强度,使得TM模式能够完全耦合到另一端输出,而TE模式在此耦合长度下产生耦合的强度最小,因此将两个模式分开;接着又设计了一种亚波长光栅波导辅助型非对称定向耦合结构的偏振分束器,利用了亚波长光栅的偏振选择性,增强了波导的双偏振的有效折射率差,进而增强了波导的双折射效应,同时,由于亚波长光栅能够有效增强光场的相互作用,因此有助于增强器件的紧凑型,最终实现了长度仅为2μm的超紧凑型偏振分束器;最后,为了进一步增强器件的性能,提高器件的工艺容差,将亚波长光栅波导与双核绝热锥形结构相结合,以亚波长光栅波导作为桥梁,TE模式根据超模演化理论,首先耦合到亚波长光栅波导中,然后由对称结构耦合到输出波导中进行输出,而TM模式由于强模式失配而不发生耦合现象,并从原来的波导中输出。利用绝热结构实现了超高带宽的低损耗偏振分束器,并得益于级联三波导耦合结构,进一步提高了器件的消光比,在一次刻蚀的简单工艺过程下,该器件实现了测得的TM和TE偏振的附加损耗分别为0.1～0.6dB和0.3～1dB,而测得的消光比分别大于20dB和25dB的带宽约为240nm和220nm,这比以前的结果要高得多。器件的损耗-1dB带宽也高达230nm,这比以前基于340nm SOI波导的PBS大得多。最后,本文利用模式杂化和超模演化提出一种紧凑型偏振分束-旋转器,该器件具有较大的工艺容差,且对TE和TM两种偏振态均可实现在1520～1610nm带宽范围内大于20dB的消光比。第三,利用模场的色散调控,我们基于硅基-铝镓砷平台,通过对光波导结构色散性能的分析,利用材料三阶非线性效应,设计出有一种基于高品质因子微腔的中红外波段光学频率梳,有效解决了由于高折射率差引起的带宽限制问题。同时,得益于铝镓砷超高三阶非线性系数以及高折射率差引起的高模场的限制能力,设计器件能够实现低阈值,高转换效率。为实现片上集成型光学频率梳光源提供了潜在解决方案。最后,对全文的主要工作做出了总结,并对各种硅基片上模场调控工作做出展望。
公姿苏[3]（2020）在《基于铌酸锂薄膜的集成光波导器件设计及在微波光子滤波器中的应用》文中认为在大数据、云计算、物联网、高清视频等新一代信息技术日新月异的今天,“云生活”成为一种新潮的生活方式,庞大的数据吞吐量以及数据传输速率,对未来通信行业提出了更高的要求。集成光子器件得益于尺寸小、耗电少、成本低、集成度高等优势,无论是在通信、传感、计算乃至人工智能方面都有非常广泛的应用。在众多实现集成光子器件的材料中,铌酸锂凭借其良好的电光效应、声光效应、压电效应、双折射特性以及非线性效应,享有“光学硅”的美誉,在集成光子学领域占据着十分重要的地位。铌酸锂薄膜（LNOI）的问世,为铌酸锂行业的发展带来了技术革新,LNOI不但保留了铌酸锂材料的优良特性,而且由于铌酸锂与二氧化硅材料之间具有较高的折射率差（0.7）,使得基于LNOI的光波导器件无论是在器件的性能方面还是在集成度方面都有非常大的提升,因此吸引了大量的研究者。近年来,基于LNOI的光波导器件层出不穷,目前报道的主要有低损耗光波导、电光调制器、声光调制器、谐振腔、光子晶体以及非线性光学器件等。LNOI已经成功实现了与Si、SiN等平台的混合集成,能够综合各种材料的优势于一身。LNOI将来能够在大规模光子集成电路、集成微波光子系统等领域发挥重要作用,成为未来光子集成电路广泛应用的平台指日可待。但是目前LNOI仍然处于快速发展的阶段,要使LNOI成为一个具有吸引力和竞争力的集成光学平台,更多的LNOI光波导器件有待研究,尤其是基于LNOI的偏振控制器件以及光延迟线等方面,目前的研究还有所欠缺。微波光子技术,采用光子技术实现高速微波信号的产生、处理、传输与测量,自提出以来就吸引着大量的光子学以及微波领域的研究者,特别是能够克服传统滤波器电子瓶颈的微波光子滤波器,更是其中的研究热点。集成光子技术的飞速发展,将微波光子滤波器推向了全新的发展高度,不但为微波光子滤波器减小了体积、降低了成本和复杂度,同时还带来了包括带宽、光谱分辨率、噪声性能、可调谐与可重构性方面性能的大幅度提高。此外,单片集成以及混合材料异质集成技术的重大研究进展,有助于实现单片集成的微波光子滤波器。铌酸锂材料卓越的电光效应,使得其在微波光子系统中具有独一无二的优势,因此研究基于LNOI的光波导器件特别是偏振控制器件以及光延迟线,不但能够填补LNOI平台在这一方面的研究空缺,开拓LNOI集成光子平台的发展前景,还能够为未来基于LNOI的高集成度微波光子滤波器以及微波光子系统探索道路,并提供可靠的理论依据与研究基础。本文基于LNOI,提出了定向耦合型的偏振分束器以及波导光栅可调谐光延迟线,并基于上述两种器件提出了一种可调谐陷波微波光子滤波器和一种可调谐的带通微波光子滤波器。本文的主要研究内容及创新点归纳如下:（1）基于LNOI结构,充分利用铌酸锂材料自身的双折射特性,提出一种结构紧凑的定向耦合型偏振分束器。从LNOI条形波导的有效折射率分析入手,对器件进行了理论分析和建模仿真,以器件长度和消光比作为优化器件性能的评价指标,实现器件最优化设计。数值结果表明,当TE（TM）模式输入时,偏振分束器的消光比能够达到38 dB（38.8 dB）,工作带宽135 nm（50 nm）,对波导宽度的工艺容差>100 nm（40.5 nm）,对铌酸锂薄膜厚度的工艺容差约为160 nm。（2）基于LNOI结构,提出一种波导光栅可调谐延迟线,该延迟线由均匀波导布拉格光栅与分布于光栅两侧的电极阵列组成,利用铌酸锂良好的电光效应,突破了光栅延迟线的传统工作模式,通过改变外加电压的施加位置即可实现时延的主动式可调谐,通过不同的外加电压即可实现延迟线的灵活可重构。经过数值仿真与分析,光栅的最大时延可达为310 ps,可调谐范围达300 ps,调谐精度10ps,中心反射波长的调谐范围为1.66nm。（3）针对单光源微波光子滤波器偏振敏感问题提出一种基于LNOI偏振分束器和波导光栅延迟线的可调谐陷波微波光子滤波器,并且进行了建模仿真与实验验证,仿真（实验）结果表明,滤波器的陷波深度能够达到48.72 dB（22.54 dB）,同时测试了滤波器对干扰信号的抑制作用以及中心频率调谐性能,其中心频率调谐范围约为1.57 GHz。该滤波器具有结构简单、功耗低、响应速度快等优点。（4）基于LNOI波导光栅延迟线提出一种可调谐的带通微波光子滤波器,利用阵列波导光栅（AWG）对宽谱光源进行切割实现多抽头微波光子滤波器,采用相位调制转强度调制实现带通滤波,由于波导光栅可调谐延迟线的低功耗、多波长主动调谐的优势,只需改变延迟线的加电电压以及加电位置即可实现滤波器通带的灵活调谐。
朱华[4]（2019）在《基于超表面结构的波前、偏振和表面波耦合器件的机理与性能研究》文中研究说明超表面是一类由亚波长厚度的人工单元构成的二维超材料。近年来,超表面在亚波长尺度内对电磁波的振幅、相位和偏振态的极限控制能力受到了广泛关注。通过超表面来局域地控制电磁波振幅、相位和偏振态的空间分布,人们已经实现了光束异常折/反射、光束聚焦、全息成像、产生特种光束等功能。但是,在超表面研究领域,依然存在衍射效率低、对高折射率介质过于依赖、器件缺乏可调性等一些制约器件实用化的难题。针对这些问题,本文提出了基于双曲色散超材料（HMM）和石墨烯的解决方案。此外,利用超表面能够局域控制散射电磁波相位的能力,本文实现了亚波长小孔出射电磁波的高效定向准直。本文的主要研究内容和创新点如下:（1）在基于HMM的波前与偏振控制器的研究中,针对当前超表面领域存在的透射率低、依赖高折射率透明介质的问题,本文提出基于HMM波导的新型超表面可以实现高效的波前与偏振控制。首先,我们计算了HMM波导阵列模式的色散关系,并证明与介质超表面相比,HMM波导阵列无需依赖高折射率介质就可以实现更大的色散调节范围和等效折射率。此外,得益于HMM波导阵列的高阶衍射模式与波导基模之间的耦合,HMM波导阵列在实现高等效折射率的同时可以实现高透射率。因此,通过改变波导结构参数,HMM波导阵列可以高效地控制透射电磁波的相位和波前。在微波波段,我们设计、制备并测试了波束偏转器与聚焦器,实验与仿真结果均证实器件具有高效偏转和聚焦电磁波的能力。为了证明基于HMM波导阵列的超表面适用于任何波段,我们在1550 nm处重新设计并仿真了偏振无关波束偏转器和聚焦器。其中,偏振无关的波束偏转器的转化效率可以达到71%,远超单层金属超表面,和高折射率介质超表面相近。此外,我们还证明矩形截面的HMM波导阵列存在巨大的模式双折射效应。基于该模式双折射效应,我们设计了具有四分之一或半波片功能的亚波长厚度太赫兹偏振控制器。该偏振控制器具有高透射率、超薄厚度以及可调双折射系数等优点,为操纵电磁波的偏振态提供了一种极具有潜力的方法。（2）在利用超表面实现亚波长小孔出射电磁波准直的研究中,为了克服基于平面光栅的定向准直器存在的低衍射效率问题,本文提出了基于梯度超表面的新型高效定向准直方案。基于平面光栅的定向准直器的低衍射效率问题通常是平面光栅的高阶衍射造成的。不同于平面光栅,梯度超表面可以通过其相位梯度自由地选择所需要的衍射阶并且抑制其他衍射阶。因此,通过使用精确设计的梯度超表面取代小孔两侧的平面光栅结构,可以克服基于光栅的准直器的低衍射效率问题。为了验证该设想,我们在微波波段设计、制备并测试了具有不同准直角度的三组样品。实验结果与仿真结果均证实基于梯度超表面的定向准直器的衍射效率远远高于基于平面光栅的定向准直器件。最后,我们通过数值仿真证明基于梯度超表面的准直方案也能在光频实现亚波长小孔出射光波的准直。（3）在基于石墨烯超表面的动态表面等离子体激元（SPP）耦合器的研究中,针对传统的棱镜/光栅耦合器以及新型超表面SPP耦合器都存在不能动态调节的问题,本文提出了基于石墨烯超表面的动态SPP耦合器。这里,石墨烯超表面中每个石墨烯单元都可以充当一个散射体,将SPP转化为具有特定散射相位的传播波（PW）,该散射相位可以通过改变石墨烯化学势进行调节。因此,我们可以通过单独调制每个石墨烯的化学势,来动态调节出射PW的相位分布。我们分别使用石墨烯条/块超表面实现了平面内/平面外SPP-PW转化。无需重新优化器件结构,仅通过改变每个石墨烯条/块的化学势,该SPP耦合器即可实现将SPP转换为可变传播角的单束和双束PW。此外,我们证明SPP-PW的转化效率也可以通过石墨烯化学势进行动态调节。（4）在基于石墨烯超表面的偏振可切换波前控制器的研究中,针对当前已报道的超表面存在不能动态切换器件的工作偏振态的问题,本文提出了基于石墨烯超表面的偏振可切换波前控制器。首先,我们设计了一种能够独立控制x和y偏振电磁波的反射相位的新型石墨烯超表面。我们利用该石墨烯超表面分别在不同的石墨烯化学势下,为x和y偏振反射电磁波加载了同一个波前信息。相应地,当我们改变石墨烯化学势时,器件的工作偏振态就会发生转换。利用该设计原理,我们在太赫兹波段设计并仿真了偏振可切换的波束偏转器、聚焦器和艾里光束产生器。我们相信,这些器件在偏振复用系统中具有巨大的应用潜力,比如动态偏振路由等。
吴志芳[5]（2013）在《微结构光纤模式控制机理和应用研究》文中提出本论文结合了国家科技部973计划、国家自然科学基金以及天津市自然科学基金等重点项目的研究内容和目标,契合当前光纤技术及光纤化器件向小型化、集成化、多功能化演进的宏观趋势和客观要求,以微结构光纤为研究对象,针对微结构光纤中光波的传导特性和模式控制及相应传感应用展开了一系列深入、系统的理论和实验研究。光纤中诸多线性、非线性光学现象和特性的根源均与光纤中的模式有关,因此深入研究微结构光纤中的模式特性及其控制机理和技术,对于阐释各种现象的深层次物理机理、挖掘光纤新特性和新应用、开发设计新技术和新结构等方面具有非常重要的意义。论文首先概括叙述了不同类型微结构光纤的发展历程、特性、应用,以及各种常用模式耦合和控制技术的原理和优劣势比较；接着论述了微结构光纤的数值分析方法和各种模式控制技术的理论分析模型；然后按照光纤模式和传导特性分析→模式激励和控制实验→机理分析→应用研究的思路分别对全固光子带隙光纤、全固态波导阵列微结构光纤、简化空芯微结构光纤、高双折射微结构光纤进行了理论和实验研究。论文主要研究工作及取得的创新性成果如下：1.在利用平面波展开法和有限元法对全固光子带隙光纤的模式特性和带隙结构进行理论研究的基础上,提出了一种基于全固光子带隙光纤上集成非绝热微锥和长周期光栅的在线式M-Z干涉仪,理论和实验研究揭示了参与干涉的模式为纤芯基模和包层LP01超模,而且非绝热微锥引起模式耦合的机理为光纤直径急剧变化下带隙的快速漂移；通过设计微锥和光栅的耦合效率,使得光栅的一个谐振峰在干涉光谱中得以保留,利用光栅谐振峰和干涉峰对弯曲和温度的响应差异,实现了对弯曲和温度的同时测量；利用干涉峰具有较高的温度敏感性,制作成温度传感器,并研究了干涉各峰的温度敏感度的差异性。2.利用紫外曝光法在全固光子带隙光纤上写制出Bragg光栅,结合错位熔接实现了前向传导的包层LP01超模与后向传导的LP01超模之间的谐振耦合,并同时获得纤芯基模与包层LP01超模的M-Z干涉,利用Bragg光栅谐振峰和干涉峰对温度的响应差异,实现了对温度的差异化传感。3.理论研究了一种新型全固态波导阵列微结构光纤的模式特性以及该光纤与单模光纤熔接时各种模式的激励效率；然后利用紫外曝光法在该光纤上写制出Bragg光栅,观察到多波长谐振现象,利用模式激励计算结果和相位匹配关系确定了各个谐振峰对应的模式耦合关系；利用光栅谐振峰的波长和幅值对轴向应变和弯曲的不同响应,实现了轴向应变和弯曲的同时测量。4.通过对新型简化空芯微结构光纤的模式和传导特性的理论分析和实验观测,论证了该光纤以及同类的耦合抑制型微结构光纤的传导机理应为反谐振波导模型和耦合抑制效应的共同作用；然后利用有限元法对不同直径下简化空芯微结构光纤的约束损耗进行了详细分析,证明了通过增大纤芯直径可以有效地降低该光纤的约束损耗,为该类光纤的结构设计和优化改进提供了理论依据。5.利用高频CO2激光打标技术成功在简化空芯微结构光纤上写制出长周期光栅,实现了纤芯基模与LP11模式的耦合,通过对比实验和相关理论揭示了光栅的形成机理应为局域性微弯而非光纤截面的变形,并利用该光栅实现了温度不敏感的轴向应变传感。6.利用简化空芯微结构光纤与单模光纤的错位熔接,制作成在线式M-Z干涉仪。通过调节光纤之间的相对位置,在简化空芯微结构光纤中选择性激发起强度相当的纤芯基模和LP11模式,并抑制了其它模式的激励,从而获得干涉对比度高、条纹间隔均匀的干涉光谱。该干涉仪被制作成为一种温度不敏感度的应变传感器。7.理论研究了不同直径下高双折射微结构光纤的相双折射和群双折射的变化,并在无气压保持设施的情况下,利用火焰扫描拉锥技术将该光纤拉锥至55μm左右,光纤结构保持良好,实现了该光纤群双折射约5倍的提升,与理论研究结果吻合良好。
丁志超[6]（2021）在《光纤干涉仪传感器及波长解调系统的理论与实验研究》文中进行了进一步梳理光学传感器因其结构简单、响应速度快、设计灵活及抗电磁干扰等优点,在推动新一代物联网和智能传感技术的发展中起着举足轻重的作用。同时这些新兴技术的发展也对光学传感的相关性能和技术提出了更高要求。本学位论文从提升传感器的性能参数方面入手提出了三种传感系统,即具有三段高双折射光纤（HBFs）的高双折射光纤环镜（HiBi-FLM）传感器、高双折射光纤环镜结合光纤布拉格光栅（FBG）传感器、基于游标效应的级联高双折射光纤环镜传感器,每个传感系统都涉及到新的传感机制。此外,论文还提出了两种基于边缘滤波的、用于光纤光栅传感器波长解调的方法,分别是基于高双折射光纤环镜的FBG波长解调系统、基于致密阵列宽带锯齿波（JAWS）滤波器的FBG波长解调系统,两个波长解调系统都涉及到新的波长解调方法。论文主体内容的每一章都围绕一种传感系统或波长解调系统展开,从理论与实验两方面分别介绍了系统原理、关键器件设计与实现及系统的性能参数,取得的主要研究成果及创新点如下:1.提出并搭建了结合三段高双折射光纤（HBFs）的高双折射光纤环镜传感系统。设计了一种结合三段高双折射光纤的高双折射光纤环镜传感器,使用琼斯矩阵推导了具有任意段HBF的HiBi-FLM透射谱表达式,通过将三段HBFs式HiBi-FLM的透射谱表达式对温度、应变进行微分得到透射谱中谐振谷的温度、应变灵敏度表达式,仿真了结合三段HBFs的HiBi-FLM的透射谱,仿真结果与实验测量基本吻合。实验证明了此传感器的温度与应变区分能力,所提出传感器的温度和应变测量分辨率分别为±0.3℃、±12με。2.提出并搭建了结合一段HBF和一个FBG的HiBi-FLM传感系统。由于HiBiFLM透射谱中谐振谷和FBG谐振峰的温度、应变灵敏度不同,因此可通过将测量目标谐振谷和FBG谐振峰的温度、应变灵敏度构成传感系数矩阵。使用提出的传感器进行温度、应变同时测量时,只需测出目标谐振谷和FBG谐振峰的波长漂移,再结合传感系数矩阵,可解耦温度和应变变化分别对波长漂移的影响,得出环境温度和应变的变化量。实验测量了所提出传感结构的温度、应变响应特性,传感器的温度、应变测量分辨率分别被实验测量为±0.5℃和±22με。3.提出并搭建了基于级联HiBi-FLM的具有游标效应的高灵敏度温度传感系统。由于HiBi-FLM透射谱具有周期性,因此可将其看作光学刻度尺,通过级联两个分度值略微不同的光学刻度尺,可在级联输出中形成游标光谱,从而放大单个HiBi-FLM透射谱的周期,当单个HiBi-FLM的透射谱发生小的漂移时,级联结构的游标谱将向相应方向发生一个放大倍数的漂移,从而实现测量灵敏度和分辨率的放大。理论阐述和仿真了基于级联光纤干涉仪的光学游标效应的具体实现过程,给出了游标效应放大倍数的计算公式并推导了级联干涉仪透射谱的方程。提出使用洛伦兹拟合算法和高斯拟合算法来拟合游标谱的包络,恢复了目标包络峰值,从而实现对级联结构游标谱移的精确标定。实验制作了级联HiBi-FLM传感器,测量了所制作传感器的温度特性,实验结果表明级联结构透射谱波长漂移灵敏度是单个HiBi-FLM的M倍,M与理论预测值基本一致。提出通过减小两个干涉仪的自由光谱范围（FSR）之差可进一步提升级联结构的灵敏度和分辨率,实验制作了FSR之差更小的两个HiBiFLMs,并测量了单个和级联HiBi-FLM结构的温度响应特性,实现了级联结构温度灵敏度、分辨率的更大倍数放大。4.提出并搭建了基于交叉HiBi-FLMs的FBG波长快速解调系统。阐述了基于边缘滤波器的波长解调系统的众多优点,提出可将两个HiBi-FLMs透射谱中周期性的上升沿（或下降沿）用作边缘滤波器来解调FBG的谐振波长,两个信道的解调结果取对数再相减是FBG谐振波长的一次函数,从而实现对FBG环境参量的线性映射。实验制作了满足实验需要的具有特定FSRs的两个HiBiFLM,在系统设计中使用波分复用和时分复用技术实现对多路传感信号的同时解调,从而实现同时对多点振动情况进行动态监测并重建了铁管振幅的幅度谱。所提出波长解调系统具有结构简单、成本低、设计灵活、解调速度快等优点,其有望在超快动态现象监测、地震监测和高分辨率传感领域得到广泛应用。5.提出并搭建了基于致密阵列宽带锯齿（JAWS）滤波器的FBG波长解调系统。使用菲涅尔衍射分析方法推导了有限反射虚像相位阵列（FRVIA）的谱色散公式,并仿真了FRVIA的色散谱和基于FRIVA的JAWS滤波器的光谱。实验制作了基于FRVIA的JAWS滤波器,测量的JAWS滤波器的光谱与仿真结果基本一致。使用搭建的JAWS滤波器实现了对三路FBGs信号的实时动态解调,监测到了铁管振幅的实时动态变化,并计算了应变波在铁管中的传播速度。推导了采集到的电压数据和铁管振幅之间的映射关系。所提出的波长解调系统可实现对变化频率小于等于200 k Hz的FBG环境参量信号的探测与解调,它具有解调速度快、抗电磁干扰、使用灵活、成本低等优点,其有望在分子动力学传感和航空航天诊断等超快动态现象监测、高速通信、超快超高分辨率传感、结构健康监测、医疗等领域得到广泛应用。
白卓娅[7]（2021）在《基于超快光学技术的实时测量系统研究》文中研究表明实时测量仪器是奠定工业、科学和医疗等一系列应用的基础平台。当今社会对数据带宽不断增长的需求正推动着通信行业提高组件和系统的工作频率,因此,对于能够在短时间内执行快速检测或诊断的实时测量仪器的需求也在快速增长。尽管短光散射（频闪）可以作为一种有效方法来提供瞬态事件的宝贵信息,但自然界中存在的大量瞬态信息和罕见事件都具有瞬时和不确定性,因此仍需要借助具有足够高分辨率和足够大存储长度的真正的实时测量仪器才能将其捕获。基于色散傅里叶变换原理的光学时间拉伸技术是一种新兴的数据采集方法,它克服了传统电子模数转换器的速度限制,能够以每秒数十亿帧的刷新率完成连续超快的单次光谱、成像以及太赫兹等测量,且不间断地记录上万亿个连续帧。该技术开辟了测量科学的新前沿,揭示了非线性动力学,如光流氓波、孤子分子以及相对论电子束等瞬态现象。此外,通过与人工智能相结合,它还创造出多种用于传感和生物医学诊断等应用的新型实时测量仪器。本论文结合所参与的国家自然科学基金等项目,针对基于超快光学技术的实时测量需求,开展了一系列深入的理论以及实验研究,扩展了超快光学技术在实时器件表征、瞬时频率测量以及传感方面的应用,取得的主要创新及成果如下:1.提出并验证了一种基于光学时间拉伸技术的实时器件表征系统,该系统使用相位分集技术和时间拉伸数据采集方法,消除了仪器中存在的色散惩罚问题,并扩展了测量系统的有效带宽。系统具有2.5 Ts/s的等效采样率、27 ns的超快器件响应测量时间以及5.4 fs的超低等效时钟抖动。结合所提出的数字信号处理算法,该系统对两个商用宽带电放大器的频率响应特性进行了测量,测得的频响曲线与器件指标高度一致。相比于传统网络分析仪,所提出的器件表征系统的测量速度至少提高了三个数量级。2.提出并验证了一种基于差分探测和光学时间拉伸技术的瞬时频率测量系统,可以对多频信号进行实时测量。仪器通过差分探测消除了由于脉冲光源光谱不均匀引起的待测信号失真,同时有效提高了系统的测量精度和动态范围。通过使用数字信号处理算法,该系统以100 MHz的采集速度,实现了3～20 GHz范围内单/多频信号测量,其频率分辨率为82.5 MHz,且测量误差不超过70 MHz。3.提出并验证了一种基于保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪和波长-时间映射原理的实时应力解调系统,可以实现超快、对温度不敏感的应变测量。该系统的原理是将经过干涉仪频谱整形后的脉冲光源光谱映射到时域,将应变引起的波长偏移测量转换为时移测量,相比于使用光谱仪进行频域解调的传统方案,大大提高了系统的解调速度,实现了100 MHz的超快解调速率以及-0.17 ps/με的应变灵敏度。4.提出并验证了一种基于单模-两模-单模光纤梳状滤波器和波长-时间映射原理的实时应力解调系统。该自制滤波器通过将两模光纤与单模光纤进行偏芯熔接而制成,具有制作简单、波长间隔可调等优点,且滤波器在系统中被同时用作光谱整形器和传感元件。波长-时间线性映射通过使用色散元件实现,经滤波器整形后的光谱被映射到时域,从而可以通过测量时移大小在时域解调应变。系统在100 MHz的超快解调速率下,实现了0.3 ps/με的应变灵敏度以及167με的应力分辨率,并且该自制传感器在实验中表现出较低的热敏性,为1.35 pm/℃,使该系统可作为实现超快、稳定应力解调的理想选择。
许弘楠[8]（2021）在《面向多维复用的硅基亚波长结构集成光子器件研究》文中认为伴随着微电子技术的快速发展与数据处理需求的爆发性增长,芯片互联与数据中心通信正面临着日益严重的传输带宽瓶颈。基于多维复用的新型光互联技术则通过结合波长、偏振、模式等多个维度,提供了一种可行的解决方案。硅基集成光子器件凭借其紧凑的器件尺寸、极低的工作能耗与成熟的加工工艺,被广泛视作构建基于多维复用光互联系统的最佳平台之一。近年来,包括亚波长光栅、超材料、超光栅在内的硅基亚波长结构逐渐兴起,并被应用于波长、偏振、模式等光子特性的精确调控。本文涉及的主要工作是,通过结合硅基亚波长结构与硅基集成光子学,实现一系列具有低损耗、低串扰、大带宽,并可用于片上、片间及空间多维复用的硅基集成光子器件。我们首先讨论了在硅基集成光子器件的仿真、加工与测试方法,并在此基础上,依次对偏振维度、模式维度、波长维度调控以及空间多维光通信中涉及的几类关键器件进行研究。针对偏振维度调控,我们利用硅基亚波长光栅的各向异性与色散特性,提出三类高性能偏振调控器件,即硅基偏振分束器、硅基起偏器与硅基偏振旋转器。对于硅基偏振分束器,我们提出一种基于亚波长光栅异质结的新颖结构。通过拼接光轴取向正交的亚波长光栅,构造了一种具有显着各向异性的耦合器结构,从而有效地分离了输入的正交偏振态。这一器件可以实现215nm以上的工作带宽。对于硅基起偏器,我们提出一种新颖的亚波长光栅/弯曲波导混合结构。通过结构参数优化,可以使得亚波长光栅对TE、TM偏振态产生显着的等效折射率差,从而有效地增强弯曲损耗的偏振相关性,从而保证输入光中的TM分量被完全滤除。这一器件可以在415 nm以上的光学带宽范围内保证低插入损耗与高偏振消光比。对于硅基偏振旋转器,我们提出一种新颖的亚波长光栅/缺角波导混合结构。我们将传统缺角波导中的缺角部分替换为亚波长光栅,利用亚波长光栅的异常色散特性,消除了偏振转化长度的波长相关性,从而实现了 415 nm以上的超大光学带宽。针对模式维度调控,我们利用亚波长光栅与超材料的折射率调控特性,提出三类高性能多模传输相关器件,即硅基多模波导弯曲结构、硅基多模波导交叉结构与硅基多模波导功分器。对于多模弯曲传输,我们提出一种新颖的渐变折射率模式转换器,将输入的直波导模式完全转化为相应的弯曲波导模式。我们实验验证了半径30μm以下的4模式弯曲传输,实验测得1.5 dB以下的插入损耗与-20 dB以下的模间串扰。对于多模交叉传输,我们提出一种新颖的Maxwell鱼眼透镜结构,并利用其共轭成像特性将任意高阶模式无损地传输至对侧。我们实验验证了基于这一结构的2模式交叉传输,实验测得插入损耗仅为0.28 dB,同时串扰低于-20 dB。对于多模分束传输,我们提出一种新颖的等效介质分束镜结构,通过调控亚波长光栅的等效折射率,将特定比例的入射光反射至输出端口,从而实现低损耗、低串扰的多模分束传输,并且具有415 nm以上的超大光学带宽。针对波长维度调控,我们提出一种基于连续区束缚态的硅基超光栅滤波器。利用波导内部的干涉相消效应,消除Bragg谐振态的横向衍射损耗,从而产生具有高品质因子的准束缚态。我们实验验证了临界波导宽度附近准束缚态的建立过程,并且利用这一机制构造了Q值5000以上、自由光谱范围100 nm以上的窄线宽滤波器。针对空间多维光通信,我们提出一种基于连续区束缚态的硅基超光栅光学天线。利用不同衍射通道之间的干涉相消效应,有效抑制了光栅天线的衍射强度,并实现了平坦的衍射强度光谱。实验测得衍射强度仅为3.3×10-3 dB/μm,对应0.027°以下的超小远场发散角。最后,我们总结了本文中的主要工作,并对未来的研究方向进行了展望。
欧凯[9]（2021）在《人工微结构超表面的光场调控物理及其应用》文中研究说明光学和纳米光子学研究的核心问题之一可归结为对光与物质相互作用物理机制的理解以及如何构建新颖的器件对光进行有效操控。人工微结构超材料作为一种新型的材料结构,通过对结构几何自由度的人工调控可实现对电磁波的定制化操控。超构表面,即二维的超材料,是由亚波长尺度的超构单元构成的人工微结构阵列。通过对超构单元电磁特性和空间排列序的有效人工构造,超构表面能以超薄、平面可集成的独特几何构型在亚波长空间尺度上实现对光场多维度的灵活操控。正是由于丰富的人工可调自由度和多参量操控的物理机制,光学超构表面被预言有可能产生颠覆性的应用技术。面向具有诸多光电技术重大应用的红外光学,基于人工微结构超表面强大的光场操控能力,发展应用于红外波段的小型化、高效和多功能集成的光子操控器件具有非凡的意义。本论文基于超构表面光场调控物理,着重研究具有光子轨道角动量、偏振和宽带色散操控功能的透射型硅基超构光学器件,主要研究内容如下:1.研究了基于高对比度超构表面（Si/SiO2）的高效聚焦光学涡旋的产生和轨道角动量光束的检测方法。通过研究聚焦光学涡旋波前阵面的演化形式,并对超构单元的电磁响应参数（透射振幅和相位）进行优化设计,引入超构表面的相位梯度分布重构波阵面,产生了近红外波长（1550nm）的轨道角动量光束,获得了70%-80%的聚焦效率。研究了光学涡旋与超构表面的相互作用,从轨道角动量湮灭的角度出发,利用干涉全息原理和离轴构型研究了基于超构表面的多通道聚焦光学涡旋的产生和光子轨道角动量的检测。2.提出了偏振和相位色散的多参量联合调控理论模型和多功能宽带消色差超构器件的新思路,并进行了实验验证。利用双面抛光的硅片加工了两种工作于中波红外的宽波段（3.5-5μm）偏振调控消色差聚焦超构器件（BAFOV-metasurface和BAFS）,器件具有较大的数值孔径（NA=0.45）。首先,研究了BAFOVmetasurface对宽带光束的波前整形、消色差聚焦和偏振操控性能,将不同偏振态的宽带入射光调制成携带不同轨道角动量的消色差聚焦光学涡旋。另外,通过引入离轴相位梯度,构造了一种偏振操控的宽带消色差聚焦分束器（BAFS）。BAFS在连续带宽内可选择性地将不同偏振态的光子汇聚到焦平面上设定的不同位置,聚焦光斑具有接近衍射极限的特征。3.基于几何相位的宽带消色差超构透镜对入射光的偏振特性具有依赖性且功能单一。这里基于全硅基超构表面,在中波红外3.5-5μm实现了具有高数值孔径（NA=0.45）的偏振不敏感宽带消色差超构透镜。实验上验证了所构建超构透镜的宽带消色差的衍射极限聚焦和中波红外宽带成像性能。成功实现了偏振可控的变焦消色差超构透镜和宽带消色差聚焦涡旋光束的产生,进一步开发了宽带消色差超构透镜的光子操控维度。4.基于Si3N4/Si的复合双层异质超构表面构型,提出了中波红外的高效波长色散调控超构表面设计新思路。揭示了在宽带和多波长消色差超构透镜设计过程中自由谱参数的物理机制。通过在全硅超构表面上构造一层亚波长厚度的Si3N4薄膜形成复合双层异质超构表面,有效拓展了全硅超构表面的可调自由度。基于这种异质超构表面构型,在整个中波红外3μm到5μm（中心波长50%的带宽）的连续波长范围,研究了具有高效聚焦性能的宽带消色差超构透镜,构造的两个消色差超构透镜（NA=0.24,NA=0.45）分别实现了约70%和62%的宽带聚焦效率。另外,通过灵活地操控不同离散波长的相位轮廓,构建了波长调控的离散多功能超构光学器件。实现了对多个离散波长的消色差聚焦分束操作和波长调控的聚焦光学涡旋的产生（λ1=3.5μm L1=-1,λ2=4.25μm L2=0,λ3=5μm L3=1）。
唐子娟[10]（2021）在《基于光子晶体光纤的新型光纤激光器和传感器的研究》文中研究表明光子晶体光纤（Photonic crystal fiber,PCF）凭借其结构设计可控维度多、自由度大,能够实现传统光纤所无法实现的独特特性,如无尽单模特性、高双折射特性、高非线性特性等,而且其多孔结构也为气体、液体及金属等材料的填充修饰提供了天然的通道,成为当今光纤及光器件领域蓬勃发展的研究方向。基于PCF的滤波器,呈现出高的热稳定性、高消光比、结构紧凑等优势,为解决基于传统光纤滤波器的光纤器件中存在的诸多问题,提供了新的解决思路。本学位论文在国家自然基金面上项目等项目基金的支持下,以新型PCF滤波器研究为切入点,提出并研制出多种高性能连续波多波长光纤激光器,以及高灵敏度、结构简单、抗温度干扰的矢量曲率、拉力光纤传感器,并针对生物医学领域体液p H、呼吸氨浓度的测量需求,研制出具有生物兼容性的新型光纤生物传感器。论文取得的主要创新成果如下:1.首次提出并研制出一种基于拉锥型三芯PCF滤波器的可调谐掺铒多波长激光器。理论和实验相结合,研究拉锥型三芯PCF滤波器的拉力调谐特性。基于拉锥型三芯PCF滤波器,构建环形腔掺铒多波长激光器,实现了调谐范围分别为22.22 nm、14.36 nm、8.08 nm的可调谐单、双、三波长激光输出。其中,双波长激光实现的边模抑制比高达52 d B,波长间隔分别为自由谱宽两倍、三倍和四倍。与已报道的绝大多数基于特种光纤滤波器的激光器相比,该激光器具有优异的可调谐特性及高的激光边模抑制比,在光通信及微波光子学等领域具有广泛的应用前景。2.提出并研制出一种基于四叶草PCF模式干涉滤波器的可切换多波长激光器。建立了四叶草PCF滤波器的模式干涉理论模型,理论与实验相结合,分析滤波器的模式干涉特性及传输特性。以此为基础,构建了基于四叶草PCF滤波器的可切换掺铒多波长激光器,实现了边模抑制比达50 d B、峰值功率波动小于1.5 d B的可切换六波长激光器。与相似结构的激光器相比,边模抑制比提高了10 d B、峰值功率波动降低了2 d B。通过对滤波器施加轴向拉力,实现了波长间隔可调谐的双波长激光输出,调谐范围达41 nm,比已报道的多数具有相似结构的多波长激光器提高近一倍。3.设计并研制出一种基于拉锥型双芯PCF的弯曲曲率和应力双参量传感器。通过在熔接点处拉锥,提高了模式干涉强度;采用非对称结构的双芯PCF,实现了双弯曲方向的矢量曲率感测,感测灵敏度分别达18.29 nm/m-1和-18.13 nm/m-1。同时,该传感器对应力改变也具有良好的线性响应,实现的最高应力灵敏度为-10.65 pm/με。利用矩阵分析法,排除温度在矢量弯曲测量和拉力测量中的影响。相较其他矢量弯曲传感器,提出的传感器兼具结构简单、高灵敏度、低温度交叉敏感性且可实现多参量同时传感的显着优势。4.设计并研制出一种基于三芯PCF-赛格耐克环结构的高灵敏度拉力传感器。利用在拉力作用下三芯PCF耦合特性的改变,研制出三芯PCF拉力传感器。传感器灵敏度高达-29.8 pm/με,高于近年来报道的多数基于PCF的拉力传感器。由于三芯PCF由纯石英制成,传感器展现出极低的温度交叉灵敏度0.05με/℃。为进一步提升传感器的灵敏度,从理论上系统研究了三芯PCF模式耦合特性对传感器灵敏度的影响,研究结果表明,当光纤的占空比为0.84,理论上,在波长1561.47 nm处可将灵敏度提升两倍,为后续开展高灵敏度应力传感器提供了理论指导。5.设计并研制出一种TPPS敏感膜功能化的四叶草PCF氨气传感器。理论与实验相结合,研究TPPS敏感膜对氨气浓度的响应特性。以此为基础,利用完全填充法将TPPS染料填充至四叶草PCF包层的大空气孔中,研制出TPPS敏感膜功能化的四叶草PCF氨气传感器。实现了在0-10 ppm浓度范围内氨气的准确检测,检测精度达0.15 ppm。传感器的响应时间为150 s,且通过盐酸后处理能够实现可重复使用。TPPS染料和石英光纤均为细胞无毒性材料,满足生物兼容性氨气传感需求。本研究成果打破了目前氨气传感器检测精度无法满足生物氨气检测需求的瓶颈,对推进适合生物检测氨气传感器的发展具有重要的意义和实用价值。6.设计并研制出一种无染料的U形光纤pH传感器。采用溶胶凝胶技术将乙基纤维素包裹在二氧化硅网状基质中形成无染料的p H敏感膜。实验研究表明所制备的敏感膜具有稳定的不随p H变化的吸收特性,常温下成分均一的特性,和无细胞毒性。将该敏感膜涂覆在U形光纤上,研制出无染料的U形光纤p H传感器。实验研究了传感器的灵敏度、测量范围、精度、时间稳定性、温度稳定性及测量一致性。研究结果表明,传感器对在4.5-12.5范围内变化的溶液p H值具有良好的线性响应,在7.5-12.5 p H范围内的灵敏度为-0.42 d Bm/p H,在4.5-7.5 p H范围内为-0.14 d Bm/p H。此外,传感器展现出高的温度稳定性,在21℃-39℃温度变化范围内的p H值改变0.12 p H且不同时间段测量的p H值基本一致。传感器的测量范围高于已报道的多数无染料光纤p H传感器,且具有生物兼容性;实现的分辨率达0.02 p H,满足生物医学领域多数体液测量的精度需求。本研究成果为p H光纤生物传感器的发展及在生物医学领域的应用具有重要意义和应用价值。
二、Characterization of Birefringence and Dispersion Properties in an Arrayed Waveguide Grating（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Characterization of Birefringence and Dispersion Properties in an Arrayed Waveguide Grating（论文提纲范文）
（1）基于光纤激光器频率分裂的双折射测量方法研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 激光器频率分裂研究进展 |
| 1.2.1 激光频率分裂机理研究进展 |
| 1.2.2 激光频率分裂应用研究进展 |
| 1.3 光学材料双折射测量研究进展 |
| 1.3.1 现有折射率测量方法 |
| 1.3.2 光纤中的双折射测量 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第二章 多纵模光纤激光器频率分裂机理 |
| 2.1 多纵模光纤激光器的频率分裂 |
| 2.2 频率分裂双折射叠加模型 |
| 2.2.1 激光各向异性腔 |
| 2.2.2 光纤激光器中的双折射叠加模型 |
| 2.3 多纵模拍频信号展宽机理 |
| 2.3.1 多纵模激光器模式牵引效应 |
| 2.3.2 多纵模拍频信号展宽机理 |
| 2.4 多纵模拍频频域演化 |
| 2.4.1 多纵模激光器非稳机理 |
| 2.4.2 多纵模频率分裂拍频频域演化 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 线形半外腔光纤激光双折射测量 |
| 3.1 频率分裂法测量插入器件双折射机理 |
| 3.2 半外腔光纤激光器频率分裂测量系统 |
| 3.2.1 插入器件的双折射 |
| 3.2.2 力加载装置设计 |
| 3.2.3 半外腔光纤激光器设计 |
| 3.3 半外腔插入型器件线性双折射测量 |
| 3.3.1 半外腔光纤激光器空腔频率分裂 |
| 3.3.2 插入型器件双折射仿真及叠加频率分裂测量 |
| 3.3.3 插入型器件近红外应力光学常数 |
| 3.4 半外腔插入型器件厚度/折射率测量 |
| 3.4.1 半外腔插入型器件厚度/折射率测量机理 |
| 3.4.2 半外腔插入型器件厚度/折射率测量系统 |
| 3.4.3 波片的厚度/折射率测量 |
| 3.5 半外腔频率分裂光纤激光双折射测量系统误差分析 |
| 3.5.1 激光器波长漂移误差 |
| 3.5.2 插入器件对正误差 |
| 3.5.3 测量环境温度漂移误差 |
| 3.5.4 长时间测量重复稳定性 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 抛磨光纤腔外调制等效双折射测量 |
| 4.1 非对称光纤本征双折射产生机理 |
| 4.2 侧面抛磨光纤等效双折射外部调制及仿真 |
| 4.2.1 阶跃折射率光纤等效平板分层波导模型 |
| 4.2.2 侧面抛磨光纤等效双折射外部调制仿真 |
| 4.2.3 抛磨光纤外调制双折射叠加模型 |
| 4.3 抛磨光纤腔的频率分裂外调制等效双折射测量系统 |
| 4.3.1 侧面抛磨光纤器件制备 |
| 4.3.2 激光器腔镜光栅设计与刻写 |
| 4.3.3 抛磨光纤腔的频率分裂外调制等效双折射测量系统 |
| 4.4 基于抛磨光纤腔频率分裂的实时液体折射率测量实验 |
| 4.4.1 抛磨光纤腔频率分裂液体折射率测量标定 |
| 4.4.2 抛磨光纤腔频率分裂葡萄糖溶液折射率及浓度测量 |
| 4.4.3 抛磨光纤腔频率分裂液体热光系数测量 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 全光纤扭转腔圆双折射测量 |
| 5.1 光纤波导激光器圆双折射产生机理及仿真 |
| 5.1.1 扭转光纤中圆双折射的产生机理 |
| 5.1.2 扭转光纤激光器中圆双折射与线形双折射的分离 |
| 5.1.3 全光纤扭转腔激光器中的琼斯矩阵 |
| 5.2 全光纤扭转腔圆双折射测量 |
| 5.2.1 全光纤扭转腔圆双折射仿真 |
| 5.2.2 全光纤扭转腔圆双折射测量系统 |
| 5.2.3 圆双折射分离及扭转角度测量 |
| 5.3 扭转与拉伸双参量测量 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间的学术活动及成果情况 |
（2）硅基片上模场调控器件研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩写和符号清单 |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 硅基集成光电子器件概述 |
| 1.3 硅基片上模场调控的研究 |
| 1.3.1 多模光子器件 |
| 1.3.2 偏振调控器件 |
| 1.3.3 片上混合复用技术 |
| 1.3.4 色散调控—片上光频梳 |
| 1.4 亚波长光子学器件的研究 |
| 1.5 本文工作及创新点 |
| 1.5.1 章节安排 |
| 1.5.2 本文创新点 |
| 2 硅基集成光电子器件的理论,制备及测试方法 |
| 2.1 硅基集成光波导理论 |
| 2.2 硅纳米线波导的基本特征 |
| 2.2.1 波导偏振色散 |
| 2.2.2 波导模式色散 |
| 2.2.3 波导结构色散和材料色散 |
| 2.2.4 克尔光频梳中的色散问题 |
| 2.3 工艺制备方法 |
| 2.4 器件的测试 |
| 3 硅基集成模式调控器件 |
| 3.1 基于超薄硅的低损耗低串扰模式复用解复用器 |
| 3.1.1 结构和设计 |
| 3.1.2 实验以及测试结果 |
| 3.2 十通道双偏振的模式复用解复用器 |
| 3.2.1 结构和设计 |
| 3.2.2 实验与测试结果 |
| 3.3 紧凑型十模式多模弯曲波导 |
| 3.3.1 结构与设计 |
| 3.3.2 实验与测试结果 |
| 3.4 多模任意通道光插分复用器 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 硅基集成偏振调控器件 |
| 4.1 基于三波导非对称耦合器的偏振分束器 |
| 4.1.1 结构和设计 |
| 4.1.2 实验与测试结果 |
| 4.2 基于亚波长光栅波导非对称定向耦合的紧凑型偏振分束器 |
| 4.2.1 结构和设计 |
| 4.2.2 实验与测试结果 |
| 4.3 基于亚波长光栅波导的超宽带偏振分束器 |
| 4.3.1 结构和设计 |
| 4.3.2 实验与测试结果 |
| 4.4 硅基低串扰宽带偏振旋转分束器 |
| 4.4.1 结构与设计 |
| 4.4.2 实验与测试结果 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于徽环谐振腔的中红外的光学频率梳 |
| 5.1 铝镓砷纳米线波导 |
| 5.2 波导结构参数选择 |
| 5.3 谐振腔设计 |
| 5.4 光频梳的仿真结果 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
（3）基于铌酸锂薄膜的集成光波导器件设计及在微波光子滤波器中的应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 基于铌酸锂薄膜的集成光波导器件的研究进展 |
| 1.1.1 铌酸锂薄膜 |
| 1.1.2 基于铌酸锂薄膜的集成光波导器件研究进展 |
| 1.2 偏振分束器和波导光栅延迟线的研究现状 |
| 1.2.1 偏振分束器 |
| 1.2.2 波导光栅延迟线 |
| 1.3 微波光子滤波器及其发展现状 |
| 1.3.1 可调谐微波光子滤波器 |
| 1.3.2 集成微波光子滤波器 |
| 1.3.3 偏振分束器与光延迟线在微波光子滤波器的中应用 |
| 1.4 本文研究内容及章节安排 |
| 第二章 集成光波导器件理论基础 |
| 2.1 光波导理论基础 |
| 2.1.1 平板光波导的波动光学理论 |
| 2.1.2 条形光波导的波动光学理论 |
| 2.2 定向耦合器与波导光栅基本原理 |
| 2.2.1 定向耦合器基本原理 |
| 2.2.2 波导光栅基本原理 |
| 2.3 集成光波导器件分析方法 |
| 2.3.1 有效折射率法 |
| 2.3.2 光束传输法 |
| 2.3.3 时域有限差分法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于铌酸锂薄膜的定向耦合型偏振分束器研究 |
| 3.1 基于铌酸锂薄膜的定向耦合型偏振分束器工作原理 |
| 3.2 基于铌酸锂薄膜的定向耦合型偏振分束器优化设计 |
| 3.3 基于铌酸锂薄膜的定向耦合型偏振分束器性能分析与工艺流程 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于铌酸锂薄膜的波导光栅可调谐延迟线研究 |
| 4.1 基于铌酸锂薄膜的波导光栅可调谐延迟线工作原理 |
| 4.2 基于铌酸锂薄膜的波导光栅可调谐延迟线优化设计 |
| 4.3 基于铌酸锂薄膜的波导光栅可调谐延迟线性能测试与分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于铌酸锂薄膜的偏振分束器和波导光栅可调谐延迟线在微波光子滤波器中的应用 |
| 5.1 微波光子滤波器 |
| 5.1.1 单光源微波光子滤波器 |
| 5.1.2 多光源微波光子滤波器 |
| 5.1.3 微波光子滤波器频谱响应指标 |
| 5.2 基于LNOI偏振分束器与波导光栅延迟线的可调谐陷波微波光子滤波器研究 |
| 5.3 基于LNOI波导光栅延迟线的可调谐带通微波光子滤波器研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况 |
| 附录 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（4）基于超表面结构的波前、偏振和表面波耦合器件的机理与性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 超材料的简单回顾 |
| 1.2 双曲色散超材料简介 |
| 1.3 超表面简介 |
| 1.4 石墨烯在超材料与超表面中的应用 |
| 1.5 本论文的研究内容及创新点 |
| 2 理论基础 |
| 2.1 HMM 波导/波导阵列模式的理论计算 |
| 2.2 石墨烯的仿真模型 |
| 2.3 金属/介质/石墨烯/空气波导 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于双曲色散超材料的波前与偏振控制器 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 HMM 实现波前与偏振控制的原理 |
| 3.3 基于 HMM 的波前控制器 |
| 3.4 基于 HMM 的偏振控制器 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 利用超表面实现亚波长小孔出射电磁波的准直 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于超表面的微波小孔出射电磁波准直器 |
| 4.3 基于超表面的光频小孔出射光波准直器 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于石墨烯超表面的动态耦合器与波前控制器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于石墨烯超表面的动态 SPP 耦合器 |
| 5.3 基于石墨烯超表面的偏振可切换波前控制器 |
| 5.4 数值仿真方法 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 全文总结与工作展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间发表(提交)论文目录 |
| 附录2 缩略词汇表 |
（5）微结构光纤模式控制机理和应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 目录 |
| 第一章 绪论 |
| 第一节 引言 |
| 第二节 微结构光纤发展概述 |
| 第三节 微结构光纤中传导模式控制技术概述 |
| 1.3.1 基于光纤光栅的模式耦合技术 |
| 1.3.2 基于熔接耦合的模式控制技术 |
| 1.3.3 基于光纤拉锥的模式控制技术 |
| 1.3.4 基于功能材料填充的模式控制技术 |
| 第四节 选题意义、研究内容与创新点 |
| 第二章 微结构光纤传导模式及其控制技术的理论分析方法 |
| 第一节 微结构光纤数值分析方法 |
| 2.1.1 平面波展开法 |
| 2.1.2 有限元法 |
| 2.1.3 其它数值分析方法概述 |
| 第二节 光纤光栅的模式耦合理论 |
| 第三节 光纤熔接中模式耦合分析方法 |
| 第四节 本章小结 |
| 第三章 全固态微结构光纤的模式控制技术及其应用研究 |
| 第一节 全固光子带隙光纤的模式及传导特性 |
| 第二节 基于拉锥和长周期光栅结合的全固光子带隙光纤M-Z干涉仪 |
| 3.2.1 干涉仪的结构和制作方法 |
| 3.2.2 模式耦合和干涉机理 |
| 3.2.3 弯曲-温度双参量传感应用 |
| 3.2.4 温度传感应用 |
| 第三节 全固光子带隙光纤Bragg光栅及其应用 |
| 3.3.1 全固光子带隙光纤中Bragg光栅的写制 |
| 3.3.2 全固光子带隙光纤中Bragg光栅的应用研究 |
| 第四节 全固态波导阵列微结构光纤Bragg光栅及应用 |
| 3.4.1 全固波导阵列微结构光纤的传导特性 |
| 3.4.2 全固波导阵列光纤中Bragg光栅的写制 |
| 3.4.3 全固波导阵列光纤中Bragg光栅的传感特性 |
| 第五节 本章小结 |
| 第四章 简化空芯微结构光纤的模式控制机理和应用研究 |
| 第一节 简化空芯微结构光纤的传导特性研究 |
| 4.1.1 简化空芯微结构光纤的传导和模式特性 |
| 4.1.2 简化空芯微结构光纤的传导机理 |
| 第二节 简化空芯微结构光纤长周期光栅的机理和传感特性 |
| 4.2.1 长周期光纤光栅耦合分析 |
| 4.2.2 长周期光纤光栅的写制 |
| 4.2.3 长周期光纤光栅的成栅机理 |
| 4.2.4 传感应用 |
| 第三节 简化空芯微结构光纤模间M-Z干涉和传感应用 |
| 4.3.1 干涉仪结构和原理 |
| 4.3.2 干涉仪的模式分析 |
| 4.3.3 传感应用 |
| 第四节 本章小结 |
| 第五章 微结构光纤的双折射特性控制技术研究 |
| 第一节 火焰扫描拉锥平台 |
| 5.1.1 常用光纤拉锥工艺简介 |
| 5.1.2 火焰扫描拉锥系统的搭建 |
| 第二节 基于拉锥的高双折射微结构光纤的特性及应用 |
| 5.2.1 高双折射微结构光纤特性的理论研究 |
| 5.2.2 高双折射微结构光纤的拉锥实验 |
| 5.2.3 理论分析 |
| 第三节 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
（6）光纤干涉仪传感器及波长解调系统的理论与实验研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 缩略词 |
| 1.绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光纤传感器概述 |
| 1.2.1 基于高双折射光纤环镜的光纤传感器 |
| 1.2.2 光纤光栅传感器 |
| 1.3 游标效应概述 |
| 1.4 光纤光栅波长解调技术 |
| 1.5 虚像相位阵列 |
| 1.6 本论文结构安排 |
| 2.HIBI-FLM及有限反射虚像相位阵列相关理论分析 |
| 2.1 基于干涉效应的HIBI-FLM的理论分析 |
| 2.1.1 HiBi-FLM的传输理论 |
| 2.1.2 基于一段HBF的HiBi-FLM的传输特性 |
| 2.1.3 基于两段HBF的HiBi-FLM传输特性 |
| 2.1.4 包含三段HBF的HiBi-FLM传输特性 |
| 2.2 基于游标效应的光传感器结构理论分析 |
| 2.2.1 游标效应的工作原理 |
| 2.2.2 级联式游标效应 |
| 2.2.3 游标谱谱移的确定方法 |
| 2.2.4 并联式游标效应 |
| 2.3 基于FRVIA的致密阵列宽带锯齿滤波器 |
| 2.4 小结 |
| 3.基于HIBI-FLM的温度和应力双参量传感器 |
| 3.1 基于三段HBF的HIBI-FLM的温度和应力双参量传感器 |
| 3.1.1 温度和应力双参量传感原理 |
| 3.1.2 温度和应力双参量传感实验 |
| 3.2 基于HIBI-FLM结合FBG的温度和应变双参量传感器 |
| 3.2.1 基于HiBi-FLM结合FBG的温度-应变双参量传感器结构 |
| 3.2.2 温度和应变传感特性 |
| 3.3 本章小结 |
| 4.基于游标效应的高灵敏度HIBI-FLM温度传感器 |
| 4.1 基于级联干涉仪的高灵敏度温度传感器 |
| 4.1.1 级联HiBi-FLMs实现测量灵敏度放大的原理 |
| 4.1.2 温度传感特性 |
| 4.2 级联HIBI-FLMS传感器性能的进一步提升 |
| 4.3 分析与讨论 |
| 4.4 本章总结 |
| 5.基于交叉HIBI-FLMS的FBG波长高速解调系统 |
| 5.1 边缘滤波器的波长解调原理 |
| 5.2 解调系统工作原理 |
| 5.3 解调原理及实验 |
| 5.4 讨论 |
| 5.5 小结 |
| 6.基于JAWS滤波器的FBG波长解调系统 |
| 6.1 基于低损致密阵列宽带锯齿滤波器的FBG波长高速解调系统 |
| 6.2 基于FRVIA的JAWS滤波器 |
| 6.3 基于JAWS滤波器的波长解调系统及解调实验 |
| 6.4 对所提出波长解调系统的分析 |
| 6.5 小结 |
| 7.总结与展望 |
| 7.1 本论文工作总结 |
| 7.2 下一步拟进行的工作 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（7）基于超快光学技术的实时测量系统研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 超快光学技术简介 |
| 1.2.1 色散傅里叶变换在实时测量中的优势 |
| 1.2.2 光学时间拉伸技术在测量高速信号中的优势 |
| 1.3 基于超快光学技术的实时测量系统及研究进展 |
| 1.3.1 超快实时成像系统 |
| 1.3.2 实时光谱测量系统 |
| 1.3.3 实时传感系统 |
| 1.4 本论文的结构安排 |
| 2 超快光学技术理论与涉及的关键器件 |
| 2.1 色散傅里叶变换原理 |
| 2.1.1 色散傅里叶变换的实现条件 |
| 2.1.2 色散傅里叶变换的数学表达 |
| 2.2 光学时间拉伸技术原理 |
| 2.2.1 光学时间拉伸系统中的映射关系 |
| 2.2.2 光学时间拉伸过程的数学表达 |
| 2.2.3 光学时间拉伸系统中的非线性效应 |
| 2.3 超快光学技术中涉及的关键器件 |
| 2.3.1 用于产生超快激光的脉冲光源 |
| 2.3.2 马赫-曾德尔调制器 |
| 2.3.3 模数转换器以及光子时间拉伸模数转换器 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于光学时间拉伸技术的实时器件表征 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于相位分集的实时器件表征原理 |
| 3.2.1 脉冲响应和频率响应 |
| 3.2.2 单电极双输出马赫-曾德尔调制器 |
| 3.3 基于光学时间拉伸原理的待测器件实时表征系统实验方案 |
| 3.3.1 系统结构 |
| 3.3.2 相位分集仿真 |
| 3.4 待测器件响应的数字信号处理 |
| 3.4.1 时间序列分割和帧对齐 |
| 3.4.2 包络修正与脉冲响应定位 |
| 3.4.3 Tikhonov正则化 |
| 3.5 实验结果与讨论 |
| 3.5.1 相位分集测试 |
| 3.5.2 电放大器频率响应测试 |
| 3.5.3 讨论 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 基于差分光学时间拉伸技术的瞬时频率测量 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 差分光学时间拉伸技术实现原理 |
| 4.2.1 双输出推挽式马赫-曾德尔调制器 |
| 4.2.2 差分光电探测 |
| 4.3 瞬时频率测量系统结构 |
| 4.4 实验结果与讨论 |
| 4.4.1 单音信号测量 |
| 4.4.2 双音信号测量 |
| 4.4.3 讨论 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于频谱整形和频时映射原理的实时应力传感系统 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 频谱整形和频时映射原理 |
| 5.3 基于由PM-PCF构成的Sagnac干涉仪和频时映射原理的实时应力解调系统 |
| 5.3.1 保偏光子晶体光纤 |
| 5.3.2 光纤Sagnac干涉仪原理 |
| 5.3.3 基于PM-PCF的 Sagnac干涉仪原理与制作 |
| 5.3.4 基于PM-PCF的 Sagnanc干涉仪用于实时应力解调的系统结构 |
| 5.3.5 实验结果与分析 |
| 5.4 基于单模-两模-单模光纤滤波器和频时映射原理的实时应力解调系统 |
| 5.4.1 少模光纤 |
| 5.4.2 光纤M-Z干涉仪原理 |
| 5.4.3 单模-两模-单模光纤滤波器原理与制作 |
| 5.4.4 基于自制单模-两模-单模光纤滤波器的实时应力解调系统结构 |
| 5.4.5 实验结果与分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 本论文的研究内容与成果 |
| 6.2 下一步拟进行的工作 |
| 参考文献 |
| 附录 A 缩略语 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（8）面向多维复用的硅基亚波长结构集成光子器件研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩写和符号清单 |
| 1 绪论 |
| 1.1 硅基集成光子学概述 |
| 1.2 光互联中的多维复用 |
| 1.2.1 波分复用技术概述 |
| 1.2.2 偏振复用技术概述 |
| 1.2.3 模式复用技术概述 |
| 1.2.4 空间多维光通信技术概述 |
| 1.3 硅基亚波长结构集成光子器件的产生与发展 |
| 1.4 本文内容和创新点 |
| 2 硅基纳米波导与硅基亚波长结构的特性分析与数值仿真方法 |
| 2.1 硅基纳米波导的特性分析 |
| 2.1.1 基于有限差分频域方法的模式特性分析 |
| 2.1.2 基于有限差分时域方法的传输特性分析 |
| 2.2 硅基亚波长结构的特性分析 |
| 2.2.1 基于等效介质理论的折射率特性分析 |
| 2.2.2 基于平面波展开方法的能带特性分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 硅基集成光子器件的制作与测试 |
| 3.1 硅基集成光子器件的制作流程 |
| 3.2 基于光栅耦合器的垂直耦合测试系统 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 基于各向异性调控与色散调控的硅基偏振维度相关器件 |
| 4.1 基于亚波长光栅异质结的超宽带硅基偏振分束器 |
| 4.1.1 超宽带硅基偏振分束器设计 |
| 4.1.2 器件制作与性能测试 |
| 4.1.3 各类硅基偏振分束器的性能对比 |
| 4.2 基于亚波长光栅/弯曲波导混合结构的超宽带硅基起偏器 |
| 4.2.1 超宽带硅基起偏器设计 |
| 4.2.2 器件制作与性能测试 |
| 4.2.3 各类硅基起偏器的性能对比 |
| 4.3 基于亚波长光栅/缺角波导混合结构的超宽带硅基偏振旋转器 |
| 4.3.1 超宽带硅基偏振旋转器设计 |
| 4.3.2 各类硅基偏振旋转器的性能对比 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于等效介质折射率调控的硅基模式维度相关器件 |
| 5.1 基于浙变折射率模式转换器的硅基多模波导弯曲结构 |
| 5.1.1 多模弯曲传输中的模间串扰问题 |
| 5.1.2 硅基多模波导弯曲结构设计 |
| 5.1.3 低串扰弯曲结构连接的4通道模式复用系统测试 |
| 5.1.4 各类硅基多模波导弯曲结构的性能对比 |
| 5.2 基于Maxwell鱼眼透镜的硅基多模波导交叉结构 |
| 5.2.1 多模交叉传输中的模式相关损耗问题 |
| 5.2.2 硅基多模波导交叉结构设计 |
| 5.2.3 低损耗交叉结构连接的2通道模式复用系统测试 |
| 5.2.4 各类硅基多模波导交叉结构的性能对比 |
| 5.3 基于等效介质薄膜分束镜的硅基多模波导功分器 |
| 5.3.1 多模分束传输中的模间串扰问题 |
| 5.3.2 硅基多模波导功分器设计 |
| 5.3.3 各类硅基多模波导功分器的性能对比 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 基于连续区束缚态的硅基超光栅 |
| 6.1 连续区束缚态简介 |
| 6.2 面向波长维度调控的硅基超光栅滤波器 |
| 6.2.1 硅基超光栅滤波器设计 |
| 6.2.2 器件制作与性能测试 |
| 6.2.3 各类硅基光学滤波器的性能对比 |
| 6.3 面向空间多维光通信的硅基超光栅光学天线 |
| 6.3.1 硅基超光栅光学天线设计 |
| 6.3.2 器件制作与性能测试 |
| 6.3.3 各类硅基光栅天线的性能对比 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 作者在学期间取得的科研成果 |
（9）人工微结构超表面的光场调控物理及其应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 超构表面光场调控机制 |
| 1.2.1 几何相位 |
| 1.2.2 共振相位 |
| 1.2.3 超构表面的偏振调控 |
| 1.3 超构表面与超构透镜研究进展 |
| 1.3.1 高NA单色像差修正超构透镜 |
| 1.3.2 宽带消色差超构透镜 |
| 1.3.3 基于超构表面的光学涡旋产生和探测 |
| 1.3.4 超构光子学器件及其展望 |
| 1.4 本论文研究内容及章节安排 |
| 第2章 超构表面的电磁仿真设计和实验加工 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 电磁场仿真计算 |
| 2.2.1 时域有限差分算法 |
| 2.2.2 衍射积分和有限元法 |
| 2.3 从相位梯度超构表面到超构透镜聚焦 |
| 2.4 超构表面设计原理 |
| 2.5 超构表面的实验加工流程 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 偏振不敏感超构表面的聚焦光学涡旋产生和探测 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 超构单元的结构优化 |
| 3.3 共轴聚焦光学涡旋(FOV)的产生 |
| 3.4 FOV超构表面偏振不敏感性能表征 |
| 3.5 艾里聚焦光学涡旋(AFAOV)的产生 |
| 3.6 聚焦光学涡旋的探测 |
| 3.7 多通道聚焦光学涡旋(MFOV)的产生和探测 |
| 3.8 本章小结 |
| 第4章 中波红外偏振调控宽带消色差超构表面器件 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 偏振调控宽带消色差超构器件设计原理 |
| 4.2.1 偏振调控宽带消色差超构器件模型构建 |
| 4.2.2 全硅双折射超构单元的透射谱表征 |
| 4.3 BAPCM和CPCM的宽带性能表征及对比 |
| 4.4 偏振调控宽带消色差超构器件的实验表征 |
| 4.4.1 偏振调控宽带消色差聚焦光学涡旋(BAFOV) |
| 4.4.2 离轴双焦点宽带消色差聚焦分束器(BAFS) |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 中波红外宽带消色差超构透镜 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 宽带消色差超构透镜设计原理 |
| 5.3 宽带消色差偏振敏感变焦超构透镜(BAPVM) |
| 5.4 宽带消色差偏振不敏超构透镜(BAPIM) |
| 5.5 宽带消色差聚焦光学涡旋(BAFOV) |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 高效波长色散调控超构表面 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 超构透镜波长色散操控原理 |
| 6.3 超构单元光学响应参数库构建 |
| 6.4 中波红外宽带消色差超构透镜(MWIR-BAM) |
| 6.5 多波长离轴消色差聚焦超构透镜 |
| 6.6 波长调控消色差聚焦光学涡旋(WAFOV)的产生 |
| 6.7 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 研究工作总结 |
| 7.2 后期工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（10）基于光子晶体光纤的新型光纤激光器和传感器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要缩略词对照表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 光子晶体光纤概述 |
| 1.2 基于光子晶体光纤的滤波器 |
| 1.2.1 基于保偏光子晶体光纤的Sagnac环 |
| 1.2.2 基于PCF的在纤式模式干涉仪 |
| 1.2.3 基于PCF的法布里珀罗干涉仪 |
| 1.2.4 基于多芯光子晶体光纤的滤波器 |
| 1.3 基于PCF滤波器的多波长光纤激光器 |
| 1.3.1 可切换多波长光纤激光器 |
| 1.3.2 可调谐多波长光纤激光器 |
| 1.4 基于PCF滤波器的光纤传感器 |
| 1.4.1 PCF传感器用于结构健康监测 |
| 1.4.2 敏感膜功能化的生物医学光纤传感器 |
| 1.5 本文主要的研究内容 |
| 2 基于多芯光子晶体光纤滤波器的可调谐多波长激光器 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 多芯光纤的耦合模理论 |
| 2.2.1 双芯耦合模方程的推导 |
| 2.2.2 多芯耦合理论 |
| 2.3 DCPCF滤波器 |
| 2.3.1 DCPCF模式及耦合特性 |
| 2.3.2 基于DCPCF耦合型滤波器 |
| 2.3.3 实验结果及关键技术 |
| 2.4 基于DCPCF-MZI复合滤波器的可调谐双波长激光器 |
| 2.4.1 MZI滤波器的原理 |
| 2.4.2 复合滤波器的传输特性 |
| 2.4.3 基于DCPCF-MZI滤波器的激光器的结构及原理 |
| 2.4.4 激光输出特性分析 |
| 2.5 TCPCF滤波器 |
| 2.5.1 TCPCF模式特性分析 |
| 2.5.2 基于TCPCF的耦合型滤波器 |
| 2.6 基于锥形TCPCF滤波器的可调谐多波长激光器 |
| 2.6.1 锥形TCPCF滤波器的耦合特性 |
| 2.6.2 锥形TCPCF滤波器的制作及传输特性 |
| 2.6.3 基于锥形TCPCF滤波器的激光器结构 |
| 2.6.4 影响激光可调谐特性的参数分析 |
| 2.6.5 多波长可调谐激光输出及稳定性测试 |
| 2.7 小结 |
| 3 基于光子晶体光纤滤波器的可切换多波长激光器 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于PMPCF-SI滤波器的多波长激光器及输出稳定性研究 |
| 3.2.1 PMPCF的双折射特性分析 |
| 3.2.2 基于PMPCF的 Sagnac干涉仪理论 |
| 3.2.3 PMPCF-SI滤波器制作及传输特性分析 |
| 3.2.4 多波长激光器的结构及输出特性分析 |
| 3.2.5 PMPCF对输出激光稳定性的影响 |
| 3.3 基于四叶草PCF模式干涉型滤波器的多波长激光器 |
| 3.3.1 FLCPCF的模式特性分析 |
| 3.3.2 FLCPCF滤波器的原理及制作 |
| 3.3.3 滤波器传输谱特性分析 |
| 3.3.4 激光器结构及输出分析 |
| 3.3.5 激光器可调谐特性分析 |
| 3.4 小结 |
| 4 基于多芯光子晶体光纤的传感技术 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于双锥形DCPCF的多参量传感器 |
| 4.2.1 传感器结构及传感机制 |
| 4.2.2 传感器制备及传输谱分析 |
| 4.2.3 矢量曲率传感特性 |
| 4.2.4 拉力传感特性 |
| 4.2.5 温度传感特性 |
| 4.2.6 传感器性能优化 |
| 4.3 基于TCPCF的拉力传感器 |
| 4.3.1 拉力传感机制 |
| 4.3.2 拉力灵敏度的理论计算 |
| 4.3.3 传感器制作及传输谱测量 |
| 4.3.4 拉力传感测试及结果 |
| 4.3.5 传感器性能分析 |
| 4.3.6 灵敏度优化 |
| 4.4 小结 |
| 5 敏感膜功能化的生物医学光纤传感器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于倏逝波的光纤传感理论 |
| 5.2.1 直线形EW光纤传感机制 |
| 5.2.2 U形光纤的EW传感理论 |
| 5.3 TPPS染料功能化的FLCPCF氨气传感器 |
| 5.3.1 FLCPCF的特性分析 |
| 5.3.2 TPPS染料膜的吸收特性 |
| 5.3.3 FLCPCF传感器的制备 |
| 5.3.4 传感器的实验测试系统与传输特性 |
| 5.3.5 传感性能分析 |
| 5.4 无染料薄膜功能化的U形光纤PH传感器 |
| 5.4.1 U形光纤的特性分析及制作 |
| 5.4.2 EC/Sol-gel敏感膜的原理及制备 |
| 5.4.3 敏感膜的特性分析 |
| 5.4.4 传感器的制备及传输特性 |
| 5.4.5 传感器的性能分析 |
| 5.4.6 传感器应用前景的讨论分析 |
| 5.5 小结 |
| 6 结束语 |
| 6.1 本论文的研究成果总结 |
| 6.2 下一步拟开展的工作 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
四、Characterization of Birefringence and Dispersion Properties in an Arrayed Waveguide Grating（论文参考文献）
- [1]基于光纤激光器频率分裂的双折射测量方法研究[D]. 陈恺. 合肥工业大学, 2021(02)
- [2]硅基片上模场调控器件研究[D]. 李晨蕾. 浙江大学, 2020(02)
- [3]基于铌酸锂薄膜的集成光波导器件设计及在微波光子滤波器中的应用[D]. 公姿苏. 山东大学, 2020(01)
- [4]基于超表面结构的波前、偏振和表面波耦合器件的机理与性能研究[D]. 朱华. 华中科技大学, 2019(03)
- [5]微结构光纤模式控制机理和应用研究[D]. 吴志芳. 南开大学, 2013(06)
- [6]光纤干涉仪传感器及波长解调系统的理论与实验研究[D]. 丁志超. 北京交通大学, 2021(02)
- [7]基于超快光学技术的实时测量系统研究[D]. 白卓娅. 北京交通大学, 2021(02)
- [8]面向多维复用的硅基亚波长结构集成光子器件研究[D]. 许弘楠. 浙江大学, 2021(01)
- [9]人工微结构超表面的光场调控物理及其应用[D]. 欧凯. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2021(01)
- [10]基于光子晶体光纤的新型光纤激光器和传感器的研究[D]. 唐子娟. 北京交通大学, 2021