一、声光光纤模式耦合的分析(论文文献综述)
李璇[1](2021)在《微型光纤干涉仪与分布式光纤传感技术的研究》文中研究说明随着经济全球化和信息技术的发展,信息已经成为当代社会最重要的资源。特别是近年来互联网技术、5G技术等新一代信息技术的迅速崛起,进一步推动了物联网产业的高速发展。伴随着IPV6以及WIFI技术的发展和普及,光纤作为信号传输的优质介质,由于本身就有着耐腐蚀、电绝缘、成本低、抗干扰等优良特性,被不断开发出许多新的应用方式,如光纤器件、光纤传感等,在环保监测、水利、医疗、军事、地质勘探等领域得到了广泛的使用。为了顺应光纤器件与光纤传感的发展需求,对其若干的关键问题进行深入研究是具有重大意义的。本文选取了微型光纤马赫-曾德尔干涉仪(MZI)与布里渊散射光时域反射仪(BOTDR)的一些关键问题进行研究。微型光纤MZI的关键问题主要为此类干涉仪的光谱波长变化易受外界环境变化影响,微型光纤MZI的应用场景受到限制;BOTDR系统的关键问题主要为如何克服在进行信号解调时存在的空间分辨率与频率分辨率之间的矛盾。针对以上问题,为拓展微型光纤MZI的应用场景,本文对微型光纤MZI的结构进行优化,提出一种具有制备高稳定性器件的可能性的基于环形光纤的微型光纤MZI;为提供实验平台基础,设计搭建了利用声光调制器调制的点频法BOTDR实验平台;为克服在进行信号解调时存在的空间分辨率与频率分辨率之间的矛盾,提出一种平滑伪魏格纳-威利分布(SPWVD)和四参数粒子群优化(PSO)的联合算法,本文所取得的主要研究成果为:1.提出一种基于环形光纤的微型光纤马赫-曾德尔干涉仪,通过仿真模拟与实验测量等方式分析其工作原理,发现其与传统的基于模间干涉的微型干涉仪相比,可以通过控制环形光纤的长度与环形纤芯的厚度以改变在传输过程中环形光纤各处位置的光场分布,进而控制其在干涉过程中的各项指标,如场强、消光比以及自由光谱范围等。同时,为了探究此类干涉仪的实际应用,通过实验测量对干涉仪对温度与折射率的传感性能进行了分析,发现当选用基于纤芯内外径之比约为0.61,长度为5000 μm的环形光纤的微型光纤马赫-曾德尔干涉仪时,干涉仪对某些外部环境温度与折射率的敏感度较低,且干涉光谱消光比可达到15.0 dB,因此此种干涉仪具有制备高稳定性器件的可能性,在未来的工作中,可对该结构进行更多的改进,以被开发并应用到更多领域中。2.搭建了利用声光调制器调制的点频法布里渊光时域反射(BOTDR)系统实验平台。与传统的利用电光调制器调制的扫频法BOTDR系统相比,声光调制器调制的脉冲信号消光比较高,且调制性能更加稳定,可以用于长时间的测量。同时,点频法BOTDR系统在数据采集过程中仅需采集一组数据即可得到光纤沿线布里渊频谱,与需要采集多组数据的扫频法BOTDR系统相比,可以节省测量时间,这有利于实时反应待测光纤周边环境变化信息。由测量结果可知,通过此系统得到的结果符合实际应用的要求,这为后续将此BOTDR系统进行进一步优化提供了实验平台基础。3.提出一种平滑伪魏格纳-威利分布(SPWVD)和四参数粒子群优化(PSO)的联合算法,其主要是用于在BOTDR系统提取光纤沿线布里渊频移时同时提升频率分辨率与空间分辨率的测量精度,减少数据采集与处理时间。通过理论分析与实验验证可知,基于SPWVD和四参数PSO的联合算法的BOTDR系统与传统的利用快速傅里叶变换与列文伯格-马夸尔特算法提取布里渊频移的BOTDR系统相比,可以节省测量时间,减少累加去噪的周期以及抑制频率分辨率与空间分辨率间的矛盾。同时,利用四参数PSO算法拟合布里渊增益谱时,无需设定初值即可完成对布里渊频移的提取,这减少了提前准备的时间。因此,基于SPWVD和四参数PSO的联合算法的BOTDR系统可以抑制频率分辨率与空间分辨率间的矛盾,节约采集与处理数据的时间以及提高测量精度。
刘孚安[2](2021)在《新型碲酸盐声光材料制备与器件研究》文中指出激光调Q是在时域上将激光能量压缩到宽度极窄的一种调制技术。该技术的进步是激光发展史上一个重要的突破,拓展了激光的应用范围。基于声光基质材料的声光调Q器件具有驱动电压低、重频高、插入损耗小、成本低等优势。因此以声光调Q器件为基础的高重频、高功率全固态激光器和光纤激光器得到了广泛的研究。声光基质材料是声光调制器件的基础。随着声光晶体的发展,如TeO2、PbMoO4、GaP等,声光器件的性能得到了极大的提高。激光应用领域的不断拓展对声光器件提出了更高的要求。由于传统声光材料的器件已不能完全满足声光器件的需求,因此发展新型高效的声光晶体成为突破声光器件的关键。近年来,本课题组一直致力于新型光电功能晶体的研究。在二阶姜-泰勒效应(SOJT)指导下,课题组生长出10余种以BaTeMo209为代表的钨/钼酸盐晶体,在2017和 2020 年分别报道了 β-BaTeMo2O9(β-BTM)和 α-BaTeMo209(α-BTM)声光器件,并获得多项国内和国际专利。低频条件下,声光玻璃得到了广泛的应用。碲酸盐玻璃声光优值大、对超声波吸收小,理论上是最有前景的声光基质材料。同时,玻璃制备过程简单,制备成本低,玻璃器件的驱动电压低,器件体现出各向同性。此外,玻璃和声光晶体工作频率相结合可以覆盖低频和高频。基于以上分析,本论文主要研究方向是新型碲酸盐声光材料的探索与声光器件的制备。本论文共分为六章,主要的研究内容和研究结果如下:Ⅰ.声光效应的简介主要是对于声光器件的概念和基本原则、声光器件的分类和方法以及在声光器件的应用进行简单介绍。此外,简单介绍了近年来本课题组生长的新型声光晶体和基于声光特性的功能复合研究。Ⅱ.声光器件的制作与表征方法主要介绍了声光器件的设计流程,如压电换能器和键和层的设计。并对声光器件性能参数进行优化设计,其中最重要的是对器件衍射效率的提高。Ⅲ.新型声光晶体α-BTM的器件制作与性能表征目前,α-BTM晶体的生长技术已经基本成熟,工艺参数得到固化;大尺寸、高质量的晶体完全满足器件制备与优化。本课题组前期实验结果表明α-BTM具有优异的声光性能。本论文基于α-BTM设计和制备了 633 nm,1064 nm,1550 nm波段的多个声光调Q器件,并对性能参数进行了系统的表征。633 nm,1064 nm,1550 nm声光器件衍射效率分别达到85%,84%和70%。为满足光纤激光器对声光器件的需求,我们以α-BTM为基质设计了光纤声光调Q器件。器件设计波长为1064 nm,驱动频率为100 MHz,器件的上升时间和消光比分别为32.8 ns和65 dB,插入损耗为3.66 dB。器件成功应用于掺镱的全光纤调Q光纤耦合激光器,其最大的输出功率约为5.3 mW,最小脉宽可调制到167 ns,最大峰值功率为1.6 W。针对插入损耗相对现有器件偏大问题,通过制备工艺优化,器件插入损耗降低至1.8 dB,达到商用声光器件的技术指标。本论文同时提供了应用于1550 nm光纤声光调制器件,在200 MHz工作频率下,器件插入损耗4.5 dB,其消光比为58 dB,上升时间为10 ns。Ⅳ.CTW晶体声光及声光拉曼复合研究功能复合有利于激光器小型化。本论文将CTW晶体受激拉曼散射效应与声光效应相结合,实现了声光-拉曼复合激光输出。在1064 nm条件下,CTW声光调Q器件可以实现一阶拉曼激光输出(1178 nm),并同时实现自调Q。声光-拉曼激光输出最大平均输出功率为18 mW。V.新型碲酸盐声光玻璃(KTeP)的制备及器件制作以TeO2为玻璃的中间体,KH2PO4为网络修饰体制备了新的碲酸盐玻璃K2O-TeO2-P2O5(KTeP)。组分调控发现,当KH2PO4:TeO2=1:2时,玻璃不发生潮解。退火研究结果发现最佳退火温度为350℃。玻璃的透光波段为380 nm~3000 nm。基于KTeP玻璃(KH2PO4:TeO2=1:2)的声光调Q器件性能研究表明,在工作波长为1550 nm时,器件的衍射效率最高为50.8%;工作波长1064 nm时,器件的衍射效率最高为70.6%。为后续KTeP玻璃激光自调Q特性研究,对玻璃进行了稀土离子掺杂。808 nm激发下,Nd3+离子玻璃发射波长为1057 nm;450 nm激发下,Dy3+离子掺杂玻璃存在三个发射波长,482 nm、576 nm以及665 nm。其中,576 nm波段的黄光的发射峰最强。
王晗[3](2021)在《基于多层结构的少模光纤设计及其各阶模式布里渊散射特性研究》文中认为云计算、大数据与物联网等新兴信息技术的飞速发展,对现有的通信网络容量提出了更高的要求。由于单模光纤存在香农极限,人们尝试寻求多种方法提高通信系统容量,其中模分复用技术近年来受到广泛的研究。模式数量的增加会导致光纤各个模式之间存在严重的色散效应,而少模光纤以其模式更加可控的优势,相比多模光纤更适合作为模分复用的载体。此外,光纤中的布里渊散射效应在传感领域具有重要应用。传统单模光纤仅支持一种模式,不利于多物理维度同时传感,少模光纤中多个不同模式具有不同布里渊散射特性,在多物理量同时监测方面具有更大潜力。因此,本文的研究内容是多层结构少模光纤设计和少模光纤中各阶模式布里渊散射特性的仿真分析。本文首先介绍了少模光纤在提升系统传输容量方面以及传感领域的应用,然后讨论了国内外对少模光纤中布里渊散射特性的相关研究进展。随后介绍了少模光纤的特性及主要性能指标,分析了布里渊散射的基本原理,介绍如何使用有限元法对少模光纤中光场、声场与声光耦合系数等进行仿真。其次,设计了一种基于多层耦合环芯的少模光纤。通过仿真分析,该结构支持六种传输模式并具有较大的有效折射率差,在1.55μm波长处所有模式间最小有效折射率差为1.56×10-3,模场面积从132μm2到298μm2。随后利用有限元法对该结构的布里渊增益谱以及模式联运的布里渊增益谱进行分析,结果表明基模具有双峰布里渊增益谱,LP02和LP12具有三峰布里渊增益谱,其余三种模式LP11、LP21和LP31的布里渊增益谱表现为单峰。该结构的多个传输模式对应不同的布里渊增益谱有利于解决传感中不同参量交叉敏感的问题。同时该结构相对于传统单模光纤有更大的有效模场面积,允许入纤功率更高,有利于在BOTDR系统中通过增大信号功率提升信噪比和传感距离。最后,设计了一种基于多层气孔排布的光子晶体少模光纤,利用环绕纤芯区域的多层不同几何排列的空气孔,控制光纤中支持的传输模式数量和有效模场面积。通过有限元法对该结构进行仿真,结果显示在1.55μm波长处,该光纤支持两种模式稳定传输,有效折射率差为8.7×10-2,模场面积分别为3.44μm2和5.14μm2,对应的非线性系数分别为35.46 w-1×km-1和23.73 w-1×km-1。随后对该结构两种模式对应的布里渊增益谱及联运谱进行分析,发现两种模式对应的布里渊增益谱都呈单峰,并且由于对应的布里渊频移相差较大,联运谱线宽发生展宽至455.92MHz。该结构两种模式所具有的较小的有效模场面积,有利于BOTDA系统中泵浦光与探测光之间发生受激布里渊散射。
李雨佳[4](2020)在《基于可控光纤光栅的超窄线宽激光器调谐技术研究》文中研究表明波长可调谐激光器广泛应用于激光雷达、微波光子学、相干光通信、光谱学、精密测量等工业领域。波长可调、光谱相干性高的光源具有良好的系统移植性,且有利于提升通信、测量等系统的信噪比及精度。在激光线宽窄化的同时,实现波长精密、快速、大范围、线性调谐是推动相干光通信、精密测量等领域进步的关键技术之一。窄线宽激光器的调谐主要依赖于腔内的波长选择元件,机械、应力、温控以及电控等方式是目前主流的波长调谐手段。由于受限于调谐器件和装置的控制特性,其调谐速度、精度、范围、线性度等性能在工业应用层面仍面临挑战。鉴于此,本文以光纤为载体,着力研究激光线宽窄化技术的同时,探索与光纤激光系统兼容的波长可调器件,基于调谐器件系统研究可调超窄线宽激光器的关键技术。本文的研究内容如下:(1)深入总结可调谐激光器的研究现状,确立从可调器件到可调窄线宽激光器的研究路线。研究了基于石墨烯光控以及基于偏振转换声控的调谐机制。分析基于布里渊激光的窄带增益、饱和吸收自建光栅的滤波特性以及瑞利散射激光线宽压缩的波长无关性。光栅可控机制及激光线宽压缩原理为可控光栅制备和窄线宽激光的波长调谐提供了理论支撑。(2)研制了两种用于激光调谐的可控光纤光栅。基于石墨烯制备精密光控光纤光栅,实验表明该器件具有波长线性调谐性能,光控响应时间达到10ms、调谐精度达到百MHz量级。基于石墨烯灵敏、快速的热传导性能,提升了传统精密温控的调谐速度。为实现更大范围的快速调谐,提出基于偏振转换的带通声光光纤光栅,该器件具有声光频移抑制特性,实验证明在~35nm波长范围内其调谐线性拟合R2达到0.99421,响应时间达百μs量级。两种可控光纤光栅为激光器的精密、快速、大范围、线性可调提供了器件基础。(3)首次从瞬态光谱的角度揭示了可控光栅的调谐动力学特性。基于耗散孤子—色散傅里叶变换光谱测量系统,表征了声光光栅在快速调谐中的瞬态光谱演化规律,其调谐速度在~4nm调谐范围内可达到13000nm/s。该研究证实了声光光栅在快速、线性调谐过程中具有光谱带宽保持性能,为可调激光系统的搭建及优化提供了指导。(4)提出并搭建了光控精密可调超窄线宽布里渊光纤激光器。通过布里渊窄带增益抑制边模,得到线宽~750Hz的单纵模激光。利用光控光纤光栅,激光器在3.67nm的调谐范围实现了灵敏度为13.2pm/m W,线性拟合R2为0.99897的精密波长调谐,在调谐步长(28pm)接近光谱仪分辨极限下保持良好的线性特性。(5)提出并搭建了基于瑞利散射的光控精密可调超窄线宽光纤激光器。在单纵模运转的基础上,将激光器的线宽进一步压缩至~200Hz。实现精密光控调谐的同时,探讨了瑞利散射在不同激光波长处的线宽压缩特性。(6)提出并搭建了声控大范围、快速可调超窄线宽光纤激光器。通过声光光纤光栅的偏振转换有效抑制声光频移。激光频率、相对强度噪声背底低至10Hz2/Hz、-135d Bc/Hz。激光器实现了遍历增益平坦区的大范围调谐,线性拟合R2达到0.99781,且不同调谐通道下保持~2k Hz的超窄线宽输出。受限于动态调谐过程中的激光弛豫振荡,其调谐响应时间为800μs。基于声光调谐动力学特性,进一步提出了利用半导体增益优化调谐性能的方案,将调谐范围扩展至36nm(主要受限于腔内器件的工作带宽),响应时间缩短至~200μs,并有效抑制了在激光调谐过程中的弛豫振荡巨脉冲。本文从可调光纤器件到可调激光系统,深入地研究其静/动态调谐响应特性。提出光控精密可调超窄线宽激光器,利用瑞利散射对激光线宽实现深度压缩的同时,提升了激光波长的调谐响应速度。光控调谐对激光器的远程、非接触式控制有极为重要的意义。提出声控大范围可调超窄线宽激光器,为同时实现激光线宽窄化、快速、高线性度调谐以及波长的大范围扩展提供一种方法。
李雪健[5](2020)在《M型少模光纤中受激布里渊散射及传感特性的研究》文中提出近年来,光纤中受激布里渊散射(Stimulated Brillouin scattering,SBS)特性及其应用的研究备受关注,SBS作为光纤中一种非常重要的非线性效应,其特性被广泛应用于光纤放大器、激光器、传感器等领域。光纤的SBS特性对于分布式温度/应变传感具有重要应用价值。目前对于单模光纤中SBS特性的研究已经较为完善。随着模分复用技术的出现,少模光纤(Few-mode fiber,FMF)的应用备受关注,目前对FMF中SBS特性及其规律还需深入研究,对于基于FMF中SBS特性的温度和应变传感性能还有待进一步提升。本文提出一种M型少模光纤(M-shaped few mode fiber,M-FMF),并对基于此光纤SBS效应的温度/应变同时传感特性进行了研究,主要研究内容如下:1.首先,推导了FMF中SBS的数学表达式,并对光学和声学标量波动方程的求解进行了简要分析。FMF中的SBS效应是不同光学模式与声学模式之间相互作用的过程,因此得到光学模式和声学模式场分布的数值解对于研究SBS特性尤为重要。2.提出一种折射率分布呈M型的FMF,计算了不同光学模式对与所激励声学模式之间的声光有效面积,由此得到并分析了不同光学模式模式内和模式间相互作用的布里渊增益谱(Brillouin gain spectrum,BGS)。研究结果表明,在M-FMF中,LP01-LP01模式对和LP01-LP11模式对的BGS中都包含两个增益峰值较大且峰值差较小的散射峰,同时其频率间隔较大,而对于其他模式对的BGS来说,都呈现出散射峰相互重叠、增益峰值较小或峰值差较大的特点。因此LP01-LP01模式对和LP01-LP11模式对的BGS有利于实现温度和应变的同时传感。3.基于此M-FMF,分析了其结构参数(半径和折射率)对LP01-LP01模式对和LP01-LP11模式对BGS的影响,得到对应的优化光纤结构,并以此结构研究了基于LP01-LP01模式对和LP01-LP11模式对BGS的温度和应变传感性能。结果表明,随着温度和应变的增加,LP01-LP01模式对和LP01-LP11模式对的BGS中声学模式对应散射峰的峰值变化方向相反,其布里渊频移(Brillouin frequency shift,BFS)的变化量也均不相同,通过线性拟合BFS与温度和应变的数值变化关系,分别得到了基于LP01-LP01模式对和LP01-LP11模式对BGS的温度和应变传感系数,进一步得到温度和应变的误差分别为0.21℃、5.20με和0.23℃、5.67με。本文所提出的基于M-FMF中SBS效应的温度和应变传感方案与现有研究相比拥有更高的灵敏度和更低的误差,本论文的研究结果对FMF中SBS特性及其温度和应变同时传感应用具有重要的参考价值。
陈泽浩[6](2020)在《基于频移干涉光纤腔衰荡技术的压力/应力传感方法研究》文中研究表明光纤腔衰荡传感技术因具有高稳定性和高灵敏度等优点日益受到国内外研究学者的广泛关注,并在压力和应力检测中得到了初步的应用。然而,传统光纤腔衰荡传感技术存在因使用脉冲光、快速探测器、高速示波器而导致的成本较高的问题,使其很难获得广泛的实际应用。为此,本论文将频移干涉技术和光纤腔衰荡传感技术相融合,提出了频移干涉光纤腔衰荡压力/应力传感技术,该技术不但因使用连续波激光器、慢速探测器和慢速采集卡而降低了成本,而且因采用差分探测改善了传感系统的稳定性。本论文完成的主要研究内容和取得的成果如下:1.提出了一种基于频移干涉光纤腔衰荡技术的压力传感方法,并进行了实验验证。采用一段剥去涂覆层的单模光纤作为传感头,在0-10.4 MPa范围内测量了压力。通过对探测到的差分信号作傅里叶变换,得到了不同压力条件下的空间域衰荡信号。实验结果表明:衰荡距离的倒数差与压力之间满足很好的线性关系,其斜率表明传感系统的灵敏度可达0.024(km-1?MPa-1),且灵敏度还可以通过增大传感头的作用长度得到改善。稳定性实验表明:系统稳定性可高达0.1%,对应的压力探测极限可达0.05 MPa。2.提出了一种基于频移干涉技术的多通道光纤腔衰荡压力传感系统方案,并在实验上搭建了一种双通道频移干涉光纤腔衰荡压力传感系统对其进行了验证。通过测量不同压力下的衰荡距离,得到了各个传感器的位置和压力的信息,获得了压力测量灵敏度分别为0.030(km-1·MPa-1)和0.042(km-1·MPa-1),压力检测极限分别为0.126 MPa和0.403 MPa。通过功率预算分析,在相同的实验设置下,最大传感器复用数预计在50公里距离内为37个。实验和仿真结果表明,该系统具有成本低、灵敏度高、线性响应好、稳定性好等优点,在多点微小压力测量方面具有一定的应用前景。3.提出了一种基于频移干涉光纤腔衰荡技术的应力测量方法,并进行了实验验证。利用单模-多模-单模结构设计传感头来实现大应力测量范围的检测,获得了高达5000με的动态范围,在如此大的应力测量范围内获得了高达0.34 km-1·mε-1的应力灵敏度,相应的应力检测极限为48.2με。实验结果表明:频移干涉光纤腔衰荡应力传感系统具有易于制造,成本低,线性响应好,稳定性好和动态范围大的优点。因此,对于诸如混凝土结构中的大动态范围检测之类的实际应用,它具有一定的吸引力和应用前景。4.提出了一种基于频移干涉技术的多点光纤腔衰荡应力传感的方案,并搭建了串联的双点应力传感系统对其进行了的实验验证。为了获得大的动态范围和较高的灵敏度,我们采用了双锥形多模光纤作为传感器头。通过测量不同应力条件下的衰荡距离,获得了对应的腔损耗信息。实验结果表明:两个传感头的应力灵敏度分别可达0.137 dB/mε和0.197 dB/mε,对应的探测极限分别为0.012 dB和0.036dB,而且两个传感头均实现了高达6 mε的动态范围的检测和具有良好的线性响应。
邱昕[7](2020)在《多模磁光耦合理论研究》文中研究说明模式转换器是模分复用系统中的关键器件,而模式转换器件的设计与开发离不开相应的理论指导。本文研究了多模磁光耦合理论模型下的磁光光纤、Bragg衍射单元以及磁光光栅三种不同结构,分别建立了相应的模式耦合方程,研究了它们的模式耦合特性。相应的分析方法也可以推广到其他类似结构中。本文主要研究内容和创新点如下:1.采用线偏振近似方法,利用光纤本征模式的正交性和归一化条件,建立了多模磁光光纤的磁光耦合模方程。通过引入与模场相关的磁光耦合系数,分析了模式之间的耦合特性,并进行了仿真验证。研究表明,磁光光纤中的模式耦合可分为模群内的耦合和模群间的耦合。通过调节外加磁场以及优化光纤长度的方式,可以减小模群间的耦合作用对偏振模转换效率的影响,可应用于偏振模转换器的设计;而选择更大比法拉第旋转角的磁光光纤材料可以改善模群间的模式转换效率,进而实现基于多模磁光光纤的空间模式转换器。2.建立了适用于多模磁光Bragg衍射单元的理论模型,通过分析Bragg衍射单元的模式转换特性,优化Bragg单元结构,使得同阶模式转换衍射效率可达98%。对不同阶的模式转换,采用更高阶的静磁波模式,以实现模式转换开关功能。多模衍射与传统的单模Bragg衍射相比,主要有以下几点差别:一是后者涉及高阶的TE/TM模式与静磁波的相互作用,甚至静磁波也是高阶模式;二是单模导波光总是假设其模场很好的限制在波导中传播,对归一化本征模场作了近似,极大地简化了耦合模方程的推导,而多模情形将有更加复杂的耦合模方程推导过程;三是通过多模耦合模方程推导的磁光耦合系数依赖于导波光和静磁波的模场分布,与单模相比更具有一般性和扩展性,为磁光传感,磁控模式转换和选择器件的开发提供了理论指导。3.推导了多模磁光光栅的耦合模方程,分析并优化了磁光薄膜结构中厚度和耦合长度对磁光耦合系数以及模式转换衍射效率的影响,使得各模式转换衍射效率最高可达99%。通过调节磁场,实现磁光光栅的周期可调,可用于固定磁光光栅的集成模式转换器的设计开发;同时通过对磁化强度振幅进行修正以及增大偏置磁场大小,可以改善不同阶模式之间的模式转换衍射效率。
张娇娇[8](2019)在《基于掺镱光纤激光器的柱矢量光产生研究》文中提出柱矢量光是指偏振态在光束横截面上呈轴对称(或旋转对称)分布的矢量光,其强度分布呈圆环形状,包括径向偏振、角向偏振以及混合态偏振光。柱矢量光最显着的特性是其紧聚焦性,它可以应用于表面等离子体激发、粒子捕获、光纤传感以及材料加工等领域,因而引起人们极大的研究热情。自从柱矢量光的应用价值被发现之后,一系列产生柱矢量光的方法被人们提出来。相比于空间光调制产生柱矢量光的方法,基于全光纤结构的柱矢量光产生方法具有结构紧凑、灵活性好和效率高等优点。本文研究了基于少模光纤光栅和模式选择耦合器两种全光纤结构产生柱矢量光的方法,并应用于掺镱光纤激光器中,分别得到了连续、调Q和锁模脉冲柱矢量光。主要研究工作如下:1、基于少模光纤光栅的连续光柱矢量掺镱光纤激光器研究。利用光纤光栅的耦合模理论,分析了少模光纤光栅的模式特性,采用错位熔接技术激发高阶模,设计了基于少模光纤光栅的线性腔柱矢量掺镱光纤激光器。实验得到工作波长在1053.95 nm,信噪比大于50 dB,平均输出功率达到75 mW,纯度高达95.5%的柱矢量光。2、基于少模光纤光栅的调Q脉冲柱矢量掺镱光纤激光器研究。采用声光调制器周期性的改变腔损产生调Q脉冲,同时少模光纤光栅作为偏振模式选择器件使得激光腔内基模起振、高阶模输出,设计了全光纤调Q脉冲柱矢量掺镱光纤激光器。研究了影响脉冲分裂及多脉冲产生的因素,如泵浦功率、重复频率、声光调制器的上升时间等,最终获得稳定的脉冲序列。实验得到重复频率在1060 kHz范围内可调,脉冲宽度小于180 ns,偏振纯度大于94.5%的脉冲柱矢量光产生。3、基于模式选择耦合器的锁模柱矢量掺镱光纤激光器研究。基于相位匹配原理,采用弱耦合熔融拉锥技术制作了光纤模式选择耦合器,以获得直接从单模光纤中基模到少模光纤中高阶模的模式转换。基于非线性偏振旋转效应锁模,模式选择耦合器作为横模选择器和滤波器,设计了全光纤柱矢量锁模掺镱光纤激光器。实验结果表明,当泵浦功率为371.2630 mW时,锁模脉冲宽度为453733 ps,脉冲能量为0.2460.439 nJ,脉冲峰值功率最大约为0.6 W,得到的柱矢量光纯度大于94.5%。
黄龙[9](2019)在《高功率高光束质量窄线宽线偏振光纤激光技术研究》文中认为高功率窄线宽光纤激光在引力波探测、激光雷达、太赫兹产生、光参量振荡等领域有重要的应用价值。在实际应用中,由于更高的相干性、更高的探测灵敏度和更高的转换效率等优点,线偏振的高功率窄线宽光纤激光更加受到青睐。然而,与宽谱光纤激光和窄线宽随机偏振光纤激光相比,窄线宽线偏振光纤激光面临更强的非线性效应,其中受激布里渊散射(SBS)效应是限制其功率提升的首要因素。随着众多SBS效应抑制方法的采用,窄线宽线偏振光纤激光的输出功率获得一定突破之后,模式不稳定效应随之成为获得高光束质量的限制因素。因此,要推动高功率、高光束质量窄线宽线偏振光纤激光的输出功率进一步提升,SBS效应和模式不稳定效应是需要解决的两个首要问题。本文以高功率窄线宽线偏振光纤激光为研究对象,以高功率、高光束质量输出为研究目标,围绕需要解决的关键技术问题,开展了系统的理论和实验研究:1、综合考虑SBS效应和模式不稳定效应的抑制,围绕高功率、高光束质量窄线宽线偏振光纤激光器的优化设计进行了详细的理论分析。基于SBS动力学模型,系统分析了光纤参数、光纤类型、系统参数对SBS阈值的影响,同时针对脉冲输出的情形,分析了功率放大过程中的时频演化特性,为高功率窄线宽线偏振连续/脉冲光纤激光的优化设计提供了理论指导。基于模式不稳定半解析模型,为高光束质量窄线宽线偏振光纤激光系统的优化设计提供了理论分析工具。2、围绕高功率窄线宽线偏振连续光纤激光开展了系统研究。首先,对比研究了不同类型常规大模场高掺杂保偏光纤在单频线偏振光纤激光功率提升和高亮度输出上的能力。进一步,论证了对常规大模场保偏光纤施加应力梯度以抑制SBS效应的可行性,实现了414 W功率输出,线偏度>99%,是目前国际上全光纤结构近衍射极限单频线偏振光纤激光公开报道的最高输出功率。进一步地,对基于大模场长锥形高掺杂保偏光纤的高功率单频线偏振光纤激光进行了系统研究,实现了510 W功率输出,是目前国际上全光纤结构单频线偏振光纤激光公开报道的最高输出功率。同时,首次研究了国产长锥形光纤用于获得高功率窄线宽光纤激光的可行性,指出了国产长锥形光纤以及基于国产长锥形光纤的窄线宽光纤激光系统的优化路径。首次研究了随机光纤激光用于获得高功率窄线宽线偏振光纤激光的可行性,对比研究了种子线宽和光谱形态对光谱展宽效应和模式不稳定阈值的影响,实现了功率442 W、线宽0.28 nm、线偏度为94.2%的窄线宽线偏振光纤激光输出,是目前国际上以随机光纤激光作为种子源的窄线宽线偏振光纤激光公开报道的最高输出功率,为获得高功率、高光束质量窄线宽线偏振光纤激光探索了一条新的道路。3、围绕高峰值功率和高平均功率窄线宽线偏振脉冲光纤激光开展了系统研究。设计并构建了基于常规大模场高掺杂保偏光纤的高峰值功率窄线宽线偏振脉冲光纤激光器,分析了种子激光时域特性和频域特性对功率放大过程中的时频演化特性以及SBS阈值的影响。论证并分析了对常规大模场高掺杂保偏光纤施加应力梯度以提高SBS阈值的可行性。论证并分析了大模场长锥形高掺杂保偏光纤在抑制SBS效应和光谱展宽效应方面的优势,分别获得了脉宽4 ns、峰值功率60.54k W、线宽1972.97 MHz,消光比>12 d B的线偏振脉冲激光和脉宽3.8 ns、峰值功率29.97 k W、线宽283.75 MHz、消光比>14 d B的线偏振脉冲激光,是目前国际上全光纤结构2 GHz级和300 MHz级窄线宽线偏振脉冲光纤激光公开报道的最高峰值输出功率。此外,基于常规大模场高掺杂保偏光纤,获得了重频10 MHz、脉宽4 ns、线宽203.6 MHz、平均功率466 W、线偏度约为90%的窄线宽线偏振脉冲激光,是目前国际上全光纤结构窄线宽线偏振纳秒脉冲光纤激光公开报道的最高平均功率。4、围绕搭载射频信号的高功率线偏振双频准连续光纤激光和多频脉冲光纤激光开展了理论和实验研究。理论分析了搭载射频信号的双频准连续光纤激光的产生原理和时频特性,设计并构建了线偏振双频准连续光纤激光的产生装置和功率放大系统,实现了434 W功率输出。同时,理论分析了搭载射频信号的多频脉冲光纤激光的产生原理和时频特性,设计并构建了线偏振多频脉冲光纤激光的产生装置和功率放大系统,实现了328 W功率输出。两项研究成果均代表目前国际上同类型光纤激光器的最高输出功率,为线偏振双频/多频光纤激光的拓展应用开辟了新的空间。
冯亚明[10](2019)在《光学微系统中声子的相干控制》文中研究指明声子和光子,是物理领域中两种非常典型的玻色子。光子是光波的基本组成单元,而声子是晶格振动的量子化表示形式,是一种准粒子。声子在半导体,凝聚态和光学领域都扮演着非常重要的角色,影响了诸如热传导,超导和光受激散射等物理过程。如何相干地控制这些声子的相位和振幅关乎到光化学,超快光学和热物理学等领域中许多技术的核心问题。通常,人们可以通过双泵浦-探测的方法通过调节两泵浦光脉冲间的脉冲延迟来调节声子间的相对相位,从而实现声子的相干控制。但这种方法对使用连续光情形下的微纳光学结构和光集成结构很难适用。为了解决这一难题,我们借助声光调制器、保偏光纤和高品质因子光学微腔这三种典型的光学结构,重点研究了基于相位调节的声子相干控制方法。我们首先借助声光调制器,实现了一个相位控制的双波混频过程,说明了相位在声光相互作用中的确可以发挥重要的作用。接着,我们在保偏光纤中通过调节光波相位实现了对受激布里渊声子的相干控制。最后,在高品质因子的光学微腔内,利用被动式的模式调节方法实现了对受激布里渊声子的中心频率和强度进行有效地操控。在传统的由光折变效应引起的双波混频过程中,相位匹配条件是自动满足的。双波形成的干涉图样与其引起的折射率光栅间存在π/2的相位差,这使得双波混频之间的能量交换成为可能。在本文中,我们将折射率动光栅的产生和双波混频过程分开来进行处理。借助声光调制器中声波引起的折射率动光栅,通过调整两光波产生的干涉图样与动光栅的相位差,便可实现一种由光波相位控制的双波混频过程。这个实验直接地体现了相位控制在非线性光学过程中的重要价值。在光纤通信领域中,如何实现对受激布里渊散射的抑制是一个需要解决的核心问题。在本文中,我们在保偏光纤中实现了对受激布里渊声子的相干控制。通过调节在保偏光纤快、慢轴中传播的两组泵浦-探测光的相位,可实现对受激布里渊声子的相位调节,从而使两组声子能够相干相消或者相干相长。通过对布里渊声子的相干控制,受激布里渊散射过程能被有效地抑制或者增强。如此一来,便可使泵浦光的传输几乎不受受激布里渊散射的影响或者其能够被更加强烈地散射。此外,在普通的光纤中,布里渊声子的调控除了与两泵浦光之间的相位差有关,还跟探测光的偏振态紧密相关。在本文中,我们实现了利用相位敏感的受激布里渊过程实现了对调控泵浦光的穿透率的调控。利用这点可以制造一些相位或者偏振敏感的受激布里渊散射器件。在光学回音壁模式微腔中,受激布里渊声子的有效产生需要使得泵浦光,斯托克斯光和声波三者满足相位匹配的同时还要同时处于对应的回音壁模式之中。为此,在本文中我们提出了一种基于热光效应的被动式调谐回音壁模式的方法,使得受激布里渊声子能够有效的产生。利用这个方法,我们不仅能控制布里渊声子的中心频率还能有效地控制声子的强度。前向受激布里渊过程中,我们能使得受激声子的强度提升43 dB.总之,利用声光调制器,保偏光纤和高品质因子微腔这些不同的微型光学系统,我们围绕声子的相干控制这一主题进行了理论和实验两方面的基础性研究。我们相信这种基于相位调节的声子相干控制方法在不远的将来在光集成结构,腔光力学,微腔布里渊激光器等方面将会有着重要的应用和价值。
二、声光光纤模式耦合的分析(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、声光光纤模式耦合的分析(论文提纲范文)
(1)微型光纤干涉仪与分布式光纤传感技术的研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 微型光纤马赫-曾德尔干涉仪的分类及研究进展 |
1.2.1 微型光纤马赫-曾德尔干涉仪的分类 |
1.2.2 微型光纤马赫-曾德尔干涉仪的研究进展 |
1.3 基于布里渊散射的分布式传感技术的分类与研究现状 |
1.3.1 基于布里渊散射的分布式传感技术的分类 |
1.3.2 基于布里渊散射的光时域反射系统(BOTDR)的研究进展 |
1.4 论文研究内容与创新点 |
1.5 论文结构安排 |
第二章 微型光纤马赫-曾德尔干涉仪理论基础 |
2.1 矢量亥姆霍兹方程 |
2.2 阶跃光纤中的模式求解 |
2.3 单模光纤-特种光纤熔接结构中模式的激发与耦合 |
2.4 基于特种光纤的微型光纤马赫-曾德尔干涉仪的干涉原理 |
2.5 本章小结 |
第三章 基于布里渊散射的分布式光纤传感理论基础 |
3.1 光纤中自发布里渊散射的产生机理 |
3.2 光纤中布里渊散射的特征 |
3.2.1 布里渊增益谱的特征 |
3.2.2 布里渊散射的阈值 |
3.2.3 布里渊频移(BFS)与温度以及应力的关系 |
3.3 布里渊分布式光纤传感的主要性能参数 |
3.3.1 空间分辨率 |
3.3.2 BOTDR系统的信噪比 |
3.4 BOTDR系统的相干检测原理 |
3.5 本章小结 |
第四章 基于环形光纤的微型光纤马赫-曾德尔干涉仪 |
4.1 引言 |
4.2 基于环形光纤的微型光纤马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的理论分析 |
4.2.1 环形光纤的结构与归一化参数 |
4.2.2 基于环形光纤的微型光纤MZI的干涉原理 |
4.3 基于环形光纤的微型光纤MZI的仿真结果与性能分析 |
4.3.1 环形光纤的纤芯内外径之比对模式场分布的影响 |
4.3.2 环形光纤的长度对MZI的插入损耗、最大消光比(ER)以及自由光谱范围(FSR)的影响 |
4.4 基于环形光纤的微型光纤马赫-曾德尔干涉仪的制作 |
4.5 实验结果及讨论 |
4.5.1 基于环形光纤的微型光纤MZI对温度的灵敏度实验 |
4.5.2 基于环形光纤的微型光纤MZI对外界环境折射率的灵敏度实验 |
4.6 结论 |
4.7 本章小结 |
第五章 利用声光调制器调制的点频法BOTDR系统 |
5.1 BOTDR系统整体方案设计 |
5.2 BOTDR系统中关键器件的选择 |
5.2.1 激光光源 |
5.2.2 声光调制器(AOM) |
5.2.3 脉冲放大器 |
5.2.4 功率放大掺铒光纤放大器(EDFA) |
5.2.5 光纤布拉格光栅滤波器 |
5.2.6 光电探测器 |
5.2.7 可调谐微波源 |
5.2.8 信号采集模块 |
5.3 BOTDR系统中的布里渊增益谱解调方法 |
5.4 BOTDR系统中的布里渊谱型拟合算法 |
5.5 BOTDR系统中的控制软件界面与主要功能 |
5.5.1 EDFA控制系统 |
5.5.2 BOTDR系统的数据处理界面 |
5.6 BOTDR系统中的实验结果与讨论 |
5.7 本章小结 |
第六章 平滑伪魏格纳-威利分布与粒子群优化联合算法对BOTDR的应用 |
6.1 引言 |
6.2 平滑伪魏格纳-威利分布(SPWVD)和四参数粒子群优化(PSO)的联合算法理论基础 |
6.2.1 平滑伪魏格纳-威利分布(SPWVD)算法原理 |
6.2.2 四参数粒子群优化(PSO)算法原理 |
6.3 实验结果与讨论 |
6.4 结论 |
6.5 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 论文工作总结 |
7.2 未来工作展望 |
参考文献 |
缩略词对照表 |
致谢 |
攻读学位期间取得的研究成果 |
(2)新型碲酸盐声光材料制备与器件研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 声光效应 |
1.2.1 声光效应的原理 |
1.2.2 声光材料的选择 |
1.2.3 声光材料的研究现状 |
1.3 声光器件 |
1.3.1 声光移频器 |
1.3.2 声光可调滤光器 |
1.3.3 声光偏转器 |
1.3.4 声光器件的应用 |
1.4 新型声光晶体的研究进展 |
1.5 基于声光特性的功能复合 |
1.6 本论文的选题依据、目的及主要研究内容 |
1.7 参考文献 |
第二章 声光调制器件的设计与制备 |
2.1 引言 |
2.2 声光材料的选择 |
2.3 声光调制器的方案设计及参数设计 |
2.3.1 调制速度 |
2.3.2 插入损耗(衍射效率) |
2.3.3 消光比 |
2.4 压电换能器的理论基础 |
2.4.1 压电换能器的阻抗矩阵 |
2.4.2 压电换能器的玛森(W.P.Mason)等效电路 |
2.5 压电换能器的设计 |
2.5.1 焊接层的设计 |
2.5.2 压电层的设计 |
2.6 声光器件声光参数的表征 |
2.6.1 衍射效率 |
2.6.2 声光衍射角 |
2.6.3 脉冲上升/下降时间 |
2.6.4 插入损耗 |
2.7 本章小结 |
2.8 参考文献 |
第三章 α-BTM晶体的声光器件优化设计 |
3.1 引言 |
3.2 α-BTM声光晶体的研究现状 |
3.3 α-BTM自由空间声光调制器件 |
3.3.1 633nm-α-BTM自由空间声光器件 |
3.3.2 1064nm-α-BTM自由空间声光器件 |
3.3.3 1550nm-α-BTM自由空间声光器件 |
3.4 α-BTM光纤声光器件 |
3.4.1 α-BTM-1064nm-100MHz光纤耦合声光器件 |
3.4.2 高掺Yb光纤1064nm -100MHz声光调Q实验 |
3.4.3 α-BTM-1550nm-200MHz光纤声光器件 |
3.5 声光调Q+锁模 |
3.6 本章小结 |
3.7 参考文献 |
第四章 CTW晶体声光自拉曼功能复合 |
4.1 引言 |
4.2 CTW晶体偏振拉曼光谱及拉曼激光输出 |
4.2.1 自发拉曼光谱 |
4.2.2 1064 nm泵浦的拉曼光谱 |
4.3 CTW晶体拉曼激光研究 |
4.3.1 CTW晶体一阶拉曼激光输出 |
4.3.2 CTW晶体双波长拉曼激光输出 |
4.4 CTW晶体的声光-拉曼功能复合 |
4.4.1 CTW晶体声光器件的设计 |
4.4.2 CTW晶体声光—拉曼复合 |
4.5 本章小结 |
4.6 参考文献 |
第五章 新型碲酸盐声光玻璃(KTeP)的制备及器件制作 |
5.1 引言 |
5.2 KTeP玻璃的制备 |
5.2.1 实验配料及设备 |
5.2.2 玻璃的制备流程 |
5.2.3 玻璃加工 |
5.3 KTeP玻璃的性能 |
5.3.1 KTeP玻璃的颜色问题 |
5.3.2 KTeP玻璃的潮解问题 |
5.3.3 热分析表征 |
5.3.4 KTeP玻璃的退火工艺 |
5.3.5 折射率测量 |
5.3.6 透过/吸收光谱 |
5.3.7 密度测试及硬度测试 |
5.4 KTeP玻璃声光器件研究 |
5.4.1 玻璃声光器件的设计与制作 |
5.4.2 KTeP玻璃声光调制器性能 |
5.5 玻璃材料中激活离子的掺杂 |
5.5.1 KTeP玻璃Nd~(3+)与Dy~(3+)离子掺杂 |
5.5.2 玻璃荧光寿命表征 |
5.6 本章小结 |
5.7 参考文献 |
第六章 总结与展望 |
6.1 主要结论 |
6.1.1 α-BTM自由空间声光调制器件 |
6.1.2 α-BTM光纤耦合声光调制器件 |
6.1.3 新型声光玻璃KTeP的制备与器件制作 |
6.1.4 CTW晶体声光自拉曼激光输出 |
6.2 主要创新点 |
6.3 有待深入研究的问题 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术论文及专利 |
攻读学位期间所获的奖励 |
攻读学位期间参加的会议 |
附件 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(3)基于多层结构的少模光纤设计及其各阶模式布里渊散射特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 研究背景及意义 |
1.3 国内外研究现状 |
1.4 本文主要研究内容与结构安排 |
第二章 少模光纤中布里渊散射理论基础 |
2.1 少模光纤 |
2.1.1 少模光纤的特性 |
2.1.2 少模光纤的分类 |
2.1.3 少模光纤的主要性能指标 |
2.2 布里渊散射效应 |
2.2.1 自发布里渊散射 |
2.2.2 受激布里渊散射 |
2.3 光纤中的布里渊散射特性 |
2.3.1 布里渊散射谱理论分析 |
2.3.2 布里渊散射谱模式联运谱分析 |
2.4 有限元法 |
2.4.1 有限元法求解少模光纤中的光波特性 |
2.4.2 有限元法求解少模光纤中的声波特性 |
2.5 本章小结 |
第三章 基于多层耦合环纤芯的少模光纤设计 |
3.1 基于多层耦合环纤芯的少模光纤结构设计 |
3.2 基于多层耦合环纤芯的少模光纤参数优化 |
3.2.1 低折射率耦合环的参数优化 |
3.2.2 高折射率耦合环的参数优化 |
3.2.3 高折射率耦合环材料折射率的参数优化 |
3.3 多层耦合环纤芯的各组成部分作用 |
3.4 基于多层耦合环纤芯的少模光纤各阶模式布里渊散射特性分析 |
3.4.1 光纤中各阶模式的布里渊频移分析 |
3.4.2 光纤中各阶模式的布里渊线宽分析 |
3.4.3 光纤中各阶模式的布里渊增益分析 |
3.4.4 光纤中各阶模式的布里渊增益谱分析 |
3.5 基于多层耦合环纤芯的布里渊散射联运谱分析 |
3.6 本章小结 |
第四章 基于多层气孔排布的光子晶体少模光纤设计 |
4.1 基于多层气孔排布的光子晶体少模光纤设计 |
4.1.1 包层大空气孔直径d_(cl)的参数优化 |
4.1.2 纤芯最内侧小空气孔距中心的半径r_1参数优化 |
4.1.3 纤芯内侧第二层空气孔参数优化 |
4.2 基于多层气孔排布的少模光纤各阶模式布里渊散射特性的分析 |
4.2.1 光纤中各阶模式的布里渊频移分析 |
4.2.2 光纤中各阶模式的布里渊线宽分析 |
4.2.3 光纤中各阶模式的布里渊增益分析 |
4.2.4 光纤中各阶模式的布里渊增益谱分析 |
4.3 光纤中布里渊散射联运谱分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 未来展望 |
参考文献 |
致谢 |
(4)基于可控光纤光栅的超窄线宽激光器调谐技术研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
英文摘要 |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 可调谐激光器的应用需求 |
1.2.1 光通信 |
1.2.2 微波信号产生 |
1.2.3 精密测量 |
1.3 可调谐光纤激光器的研究现状 |
1.3.1 光纤激光器 |
1.3.2 窄线宽光纤激光器 |
1.3.3 窄线宽光纤激光器的波长调谐 |
1.4 论文的研究内容以及章节安排 |
2 光纤激光器的波长调谐及测量的理论基础 |
2.1 引言 |
2.2 波长调谐机制 |
2.2.1 基于石墨烯光热效应的波长调谐机制 |
2.2.2 基于偏振转换光纤声光效应的波长调谐机制 |
2.3 光纤激光器窄线宽运行机制 |
2.3.1 布里渊激光的运转机制 |
2.3.2 饱和吸收选模机制 |
2.3.3 瑞利散射线宽压缩机制 |
2.4 窄线宽激光器的测量 |
2.4.1 基于延时自外差的线宽测量 |
2.4.2 基于差分相位解调的频率噪声测量 |
2.4.3 相对强度噪声测量 |
2.5 本章小结 |
3 光控/声控光纤光栅器件制备及特性 |
3.1 引言 |
3.2 光控石墨烯—光纤布拉格光栅 |
3.2.1 石墨烯—光纤复合波导的理论分析 |
3.2.2 石墨烯—光纤布拉格光栅制备 |
3.2.3 光控调谐实验结果及分析 |
3.2.4 动态响应测试结果及分析 |
3.3 偏振转换声光光纤光栅 |
3.3.1 模式劈裂及声控调谐的理论分析 |
3.3.2 声光光纤光栅制备 |
3.3.3 声控调谐实验结果及分析 |
3.3.4 调谐时间响应测试结果及分析 |
3.4 声光光纤光栅动力学测量 |
3.4.1 基于耗散孤子—色散傅里叶变换的快速光谱测量原理 |
3.4.2 声光光栅瞬态光谱测量实验系统 |
3.4.3 测量结果及分析 |
3.5 本章小结 |
4 光控可调超窄线宽光纤激光器 |
4.1 引言 |
4.2 光控可调超窄线宽布里渊光纤激光器 |
4.2.1 实验系统 |
4.2.2 激光静态特性测试实验及分析 |
4.2.3 激光光控调谐实验及分析 |
4.2.4 实验结果讨论 |
4.3 瑞利散射线宽深压缩的光控可调超窄光纤激光器 |
4.3.1 实验系统 |
4.3.2 激光静态特性测试实验及分析 |
4.3.3 激光光控调谐实验及分析 |
4.3.4 实验结果讨论 |
4.4 本章小结 |
5 声控可调超窄线宽光纤激光器 |
5.1 引言 |
5.2 声控可调超窄线宽光纤激光器 |
5.2.1 实验系统 |
5.2.2 激光静态特性测试实验及分析 |
5.2.3 激光声控调谐实验及分析 |
5.2.4 动态调谐响应实验及分析 |
5.2.5 实验结果讨论 |
5.3 半导体增益介质对声光波长调谐性能的提升 |
5.3.1 调谐范围扩展 |
5.3.2 激光弛豫振荡抑制 |
5.4 本章小结 |
6 全文总结与展望 |
6.1 内容总结 |
6.2 论文创新点 |
6.3 论文不足及进一步研究展望 |
参考文献 |
附录 |
A.作者在攻读博士学位期间发表的论文目录 |
B.作者在攻读博士学位期间获得奖项 |
C.作者在攻读博士学位期间参与科研项目 |
D.学位论文数据集 |
致谢 |
(5)M型少模光纤中受激布里渊散射及传感特性的研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
1 引言 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 研究现状 |
1.2.1 单模光纤中SBS现状 |
1.2.2 基于单模光纤SBS温度和应变传感的研究现状 |
1.2.3 少模光纤中SBS现状 |
1.2.4 基于少模光纤SBS温度和应变传感的研究现状 |
1.3 论文主要内容及结构安排 |
2 少模光纤布里渊散射理论与声光模式分析 |
2.1 布里渊散射概述 |
2.2 SBS的方程描述 |
2.3 少模光纤中模式分析 |
2.3.1 光学模式分析 |
2.3.2 声学模式分析 |
2.4 本章小结 |
3 M型少模光纤受激布里渊散射特性 |
3.1 SI-FMF的布里渊增益谱 |
3.2 M型少模光纤结构参数 |
3.3 声光耦合 |
3.3.1 声学模式类型 |
3.3.2 声光有效面积 |
3.4 M-FMF的布里渊增益谱 |
3.4.1 模式内相互作用的布里渊增益谱 |
3.4.2 模式间相互作用的布里渊增益谱 |
3.5 M-FMF结构参数对BGS的影响 |
3.5.1 光纤结构参数对LP_(01)-LP_(01) 模式对BGS的影响 |
3.5.2 光纤结构参数对LP_(01)-LP_(11) 模式对BGS的影响 |
3.6 本章小结 |
4 基于M-FMF中 SBS的温度和应变传感 |
4.1 基于SBS的温度和应变传感原理 |
4.1.1 布里渊频移与温度的关系 |
4.1.2 布里渊频移与应变的关系 |
4.1.3 基于BGS的温度和应变同时传感的原理 |
4.2 基于M-FMF模内SBS的温度和应变传感 |
4.2.1 LP_(01)-LP_(01) 模式对BGS随温度和应变的变化 |
4.2.2 温度和应变传感的灵敏度和误差 |
4.3 基于M-FMF模间SBS的温度和应变传感 |
4.3.1 LP_(01)-LP_(11) 模式对BGS随温度和应变的变化 |
4.3.2 温度和应变传感的灵敏度和误差 |
4.4 基于M-FMF中 SBS的温度和应变传感性能比较 |
4.5 本章小结 |
5 结论 |
5.1 工作总结 |
5.2 下一步拟进行工作 |
参考文献 |
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
学位论文数据集 |
(6)基于频移干涉光纤腔衰荡技术的压力/应力传感方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究意义 |
1.2 光纤腔衰荡压力/应力传感技术的国内外研究现状 |
1.2.1 传统光纤腔衰荡单点压力/应力传感技术的研究现状 |
1.2.2 传统光纤腔衰荡多点压力/应力传感技术的研究现状 |
1.3 频移干涉光纤腔衰荡传感技术的研究现状 |
1.4 本文主要研究内容 |
第2章 频移干涉光纤腔衰荡传感技术的基本理论 |
2.1 引言 |
2.2 光纤腔衰荡传感技术的基本理论 |
2.3 频移干涉技术的基本理论 |
2.4 频移干涉光纤腔衰荡传感技术的基本理论 |
2.5 本章小结 |
第3章 频移干涉光纤腔衰荡压力传感方法研究 |
3.1 引言 |
3.2 频移干涉光纤腔衰荡压力传感基本理论 |
3.3 频移干涉光纤腔衰荡单点压力传感实验研究 |
3.3.1 单点压力传感实验光路设计 |
3.3.2 基于LABVIEW的数据采集系统设计 |
3.3.3 单点压力检测实验结果与分析 |
3.3.4 系统的稳定性与重复性测试 |
3.4 频移干涉光纤腔衰荡多点压力传感实验研究 |
3.4.1 多点压力传感实验光路设计 |
3.4.2 多点压力检测实验结果与分析 |
3.4.4 系统的稳定性与重复性测试 |
3.5 本章小结 |
第4章 频移干涉光纤腔衰荡应力传感方法研究 |
4.1 引言 |
4.2 频移干涉光纤腔衰荡应力传感理论 |
4.3 频移干涉光纤腔衰荡单点应力传感实验研究 |
4.3.1 单点应力传感实验光路设计 |
4.3.2 单点应力测量结果与分析 |
4.3.3 系统的稳定性与重复性测 |
4.4 频移干涉光纤腔衰荡多点应力传感实验研究 |
4.4.1 多点应力传感实验光路设计 |
4.4.2 多点应力测量结果与分析 |
4.4.3 系统的稳定性与重复性测试 |
4.5 本章小结 |
第5章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士期间发表的论文和参与的项目 |
发表的论文 |
参与的项目 |
(7)多模磁光耦合理论研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
缩略词对照表 |
第一章 绪论 |
1.1 研究工作的背景及意义 |
1.2 静磁波介绍 |
1.3 磁光效应的附加介电张量 |
1.4 耦合模微扰理论 |
1.5 本文的主要贡献和创新 |
1.6 本文的结构安排 |
第二章 多模磁光光纤的模式耦合特性 |
2.1 引言 |
2.2 多模磁光光纤的模式耦合理论 |
2.2.1 光纤中本征场的场分布和色散方程 |
2.2.2 光纤中的模式正交性 |
2.2.3 多模光纤的磁光微扰耦合模方程 |
2.3 磁光耦合系数对模场的依赖性 |
2.4 偏振模转换效率的计算 |
2.4.1 模群内磁光耦合情形 |
2.4.2 模群间磁光耦合情形 |
2.5 讨论 |
2.6 本章小结 |
第三章 多模磁光Bragg器件的衍射特性 |
3.1 引言 |
3.2 多模磁光Bragg单元与工作原理 |
3.3 多模磁光Bragg衍射理论 |
3.3.1 Bragg单元中的导波光本征模 |
3.3.2 多模磁光耦合模方程及磁光耦合系数 |
3.3.3 模式转换衍射效率 |
3.4 多模磁光Bragg单元的模式转换特性 |
3.4.1 基于相位匹配的模式转换 |
3.4.2 薄膜厚度的优化 |
3.4.3 耦合长度的优化 |
3.5 讨论 |
3.6 本章小结 |
第四章 多模磁光光栅的模式转换特性 |
4.1 引言 |
4.2 磁光光栅的耦合模理论 |
4.2.1 磁光光栅耦合模方程 |
4.2.2 模式转换衍射效率 |
4.3 磁化光栅模式耦合特性 |
4.4 讨论 |
4.5 本章小结 |
第五章 全文总结与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 后续工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的成果 |
(8)基于掺镱光纤激光器的柱矢量光产生研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 柱矢量光简介 |
1.1.1 柱矢量光表征 |
1.1.2 柱矢量光的特性及应用 |
1.2 柱矢量光的产生方法 |
1.3 柱矢量光的发展——从连续走向脉冲 |
1.4 本论文的主要内容和章节安排 |
第二章 基于全光纤结构的柱矢量光产生 |
2.1 少模光纤光栅 |
2.1.1 光纤光栅的耦合模理论 |
2.1.2 光纤光栅的设计与制备 |
2.2 模式选择耦合器 |
2.2.1 模式选择耦合器的基本原理 |
2.2.2 模式选择耦合器的制作 |
2.3 本章小结 |
第三章 基于少模光纤光栅的柱矢量掺镱光纤激光器 |
3.1 基于少模光纤光栅的连续光柱矢量掺镱光纤激光器 |
3.1.1 实验装置 |
3.1.2 结果与讨论 |
3.2 基于少模光纤光栅的调Q柱矢量掺镱光纤激光器 |
3.2.1 调Q激光器原理 |
3.2.2 调Q光纤激光器的实现方法 |
3.2.3 实验装置 |
3.2.4 结果与讨论 |
3.3 本章小结 |
第四章 基于模式选择耦合器的柱矢量掺镱光纤激光器 |
4.1 锁模激光器 |
4.1.1 锁模光纤激光器的原理 |
4.1.2 锁模光纤激光器的实现方法 |
4.2 基于非线性偏振旋转的柱矢量锁模脉冲光纤激光器 |
4.2.1 实验装置 |
4.2.2 结果与讨论 |
4.3 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 本文主要工作内容 |
5.2 研究展望 |
参考文献 |
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
附录2 攻读硕士学位期间申请的专利 |
附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
致谢 |
(9)高功率高光束质量窄线宽线偏振光纤激光技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 窄线宽光纤激光的分类和应用前景 |
1.1.1 窄线宽光纤激光的分类 |
1.1.2 窄线宽光纤激光的应用前景 |
1.2 窄线宽光纤激光的研究现状 |
1.2.1 单频连续光纤激光的研究现状 |
1.2.2 窄线宽连续光纤激光的研究现状 |
1.2.3 窄线宽脉冲光纤激光的研究现状 |
1.3 高功率高光束质量窄线宽线偏振光纤激光的主要受限因素 |
1.3.1 光纤中的SBS效应及抑制方法 |
1.3.2 光纤中的模式不稳定效应及抑制方法 |
1.4 课题研究需要解决的关键问题 |
1.5 课题研究内容和结构安排 |
第二章 窄线宽线偏振光纤激光亮度提升的理论分析 |
2.1 SBS效应对功率提升的影响 |
2.1.1 单频单模近似条件下的SBS效应动力模型 |
2.1.2 光纤参数对SBS阈值的影响 |
2.1.3 系统参数对SBS阈值的影响 |
2.1.4 长锥形光纤在抑制SBS效应方面的优势 |
2.2 综合考虑多种非线性效应下的功率提升问题 |
2.2.1 弹性非线性效应导致的光谱展宽 |
2.2.2 综合考虑SPM、XPM、SRS效应的模型修订 |
2.2.3 窄线宽线偏振脉冲光纤激光放大 |
2.3 模式不稳定效应对亮度提升的影响 |
2.3.1 模式不稳定效应的半解析模型 |
2.3.2 常规光纤的模式不稳定阈值 |
2.3.3 长锥形光纤的模式不稳定阈值 |
2.4 总结 |
第三章 高功率窄线宽线偏振连续光纤激光研究 |
3.1 高功率单频线偏振光纤激光器 |
3.1.1 系统设计 |
3.1.2 增大光纤直径提升输出功率 |
3.1.3 采用后向泵浦方式提升输出功率 |
3.1.4 小结 |
3.2 基于施加应力梯度的功率提升方案 |
3.2.1 系统设计 |
3.2.2 结果与讨论 |
3.2.3 小结 |
3.3 基于长锥形光纤的功率提升方案 |
3.3.1 系统设计 |
3.3.2 结果与讨论 |
3.3.3 小结 |
3.4 基于国产长锥形光纤的高功率窄线宽光纤激光器 |
3.4.1 系统设计 |
3.4.2 结果与讨论 |
3.4.3 小结 |
3.5 基于新型种子源的高功率窄线宽线偏振光纤激光器 |
3.5.1 系统设计 |
3.5.2 结果与讨论 |
3.5.3 小结 |
3.6 总结 |
第四章 高功率窄线宽线偏振脉冲光纤激光研究 |
4.1 高峰值功率窄线宽线偏振纳秒脉冲激光器 |
4.1.1 系统设计 |
4.1.2 结果与讨论 |
4.1.3 小结 |
4.2 基于施加应力梯度的峰值功率提升方案 |
4.2.1 系统设计 |
4.2.2 结果与讨论 |
4.2.3 小结 |
4.3 基于长锥形光纤的峰值功率提升方案 |
4.3.1 系统设计 |
4.3.2 结果与讨论 |
4.3.3 小结 |
4.4 高平均功率窄线宽线偏振纳秒脉冲光纤激光器 |
4.4.1 系统设计 |
4.4.2 结果与讨论 |
4.4.3 小结 |
4.5 总结 |
第五章 高功率线偏振双/多频光纤激光及其时频调控研究 |
5.1 高功率线偏振双频准连续光纤激光及其时频调控 |
5.1.1 搭载射频信号的双频准连续光纤激光 |
5.1.2 高功率双频准连续光纤激光系统 |
5.1.3 结果与讨论 |
5.2 高功率线偏振多频脉冲光纤激光及其时频调控 |
5.2.1 搭载射频信号的多频脉冲光纤激光 |
5.2.2 高功率多频脉冲光纤激光系统 |
5.2.3 结果与讨论 |
5.2.4 小结 |
5.2.5 小结 |
5.3 总结 |
第六章 总结与展望 |
6.1.1 论文主要研究内容和相关成果 |
6.1.2 论文主要创新点 |
6.1.3 后续工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
作者在学期间取得的学术成果 |
(10)光学微系统中声子的相干控制(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 声子简介 |
1.2 声子与光子相互作用的基本原理 |
1.2.1 声光相互作用的粒子图景 |
1.2.2 非线性光波动方程 |
1.3 光学系统中常见的声光相互作用 |
1.3.1 声光布拉格衍射 |
1.3.2 受激布里渊散射 |
1.3.3 受激拉曼散射 |
1.4 声光相互作用研究进展 |
1.4.1 光子晶体光纤中声子相干控制 |
1.4.2 微腔中受激声波的产生与应用 |
1.4.3 纳米结构中的SBS增强效应 |
1.4.4 光子集成结构中的声光相互作用 |
1.5 本文研究内容以及创新点 |
第二章 声光栅中基于相位控制的双波混频过程 |
2.1 引言 |
2.2 双波混频的理论分析 |
2.2.1 耦合波方程 |
2.2.2 耦合常量κ的求解 |
2.3 双波混频过程的数值模拟 |
2.3.1 耦合波方程理论模拟 |
2.3.2 波矢空间中能量的变化 |
2.4 双波混频实验 |
2.4.1 双波混频实验过程 |
2.4.2 实验结果与分析 |
2.4.3 对比实验与结果 |
2.5 本章总结 |
第三章 光纤中声子的相干控制 |
3.1 引言 |
3.2 保偏光纤中声子相干控制的理论背景 |
3.2.1 声子相干控制的物理图像 |
3.2.2 耦合波理论分析 |
3.3 保偏光纤中声场和光场分布的数值模拟 |
3.3.1 光学模式分布 |
3.3.2 声学模式分布 |
3.3.3 声学模式色散 |
3.3.4 声学模式决定的布里渊增益谱 |
3.4 保偏光纤中声子相干控制实验 |
3.4.1 快慢轴布里渊增益谱的测量 |
3.4.2 布里渊动态光栅的线宽和强弱测量 |
3.4.3 声子相干控制的实验结果与分析 |
3.5 单模光纤中的声子相干控制 |
3.5.1 单模光纤中声子控制的示意图 |
3.5.2 实验结果及分析 |
3.6 本章总结 |
第四章 微腔中受激布里渊声子的控制 |
4.1 引言 |
4.2 光学回音壁微腔的基本理论 |
4.2.1 光学微腔基本种类 |
4.2.2 微球谐振腔的光学回音壁模式 |
4.2.3 微球的声学回音壁模式 |
4.2.4 微球谐振腔的品质因子Q |
4.2.5 微腔WGM模式体积 |
4.3 微腔耦合系统的构建 |
4.3.1 二氧化硅微球的制作 |
4.3.2 锥形光纤的制作 |
4.3.3 微腔回音壁模式耦合 |
4.4 基于热光效应的被动式模式调谐方法 |
4.4.1 基本原理 |
4.4.2 不同材质和体积的探针对模式调控的影响 |
4.4.3 三维扫描光纤探针 |
4.4.4 入射光功率对WGM频移的影响 |
4.4.5 微腔系统的热衰减时间 |
4.5 微腔中SBS声子的激发 |
4.5.1 腔中背向和前向SBS |
4.5.2 背向SBS声子的激发 |
4.5.3 级联的背向SBS和 SRS过程 |
4.5.4 前向SBS声子的激发 |
4.6 微腔中SBS声子的调控 |
4.6.1 声子中心频率的调谐 |
4.6.2 声子强度的调节 |
4.6.3 频率梳的产生和控制 |
4.7 本章总结 |
第五章 声波对光子集成结构中光波的调控 |
5.1 引言 |
5.2 基于飞秒脉冲直写技术的光子集成结构制作 |
5.2.1 飞秒脉冲直写技术的基本原理 |
5.2.2 飞秒脉冲直写波导实验 |
5.2.3 波导与波导阵列的光波耦合 |
5.3 波导折射率分布的计算 |
5.4 声波对波导中光学模式的动态调控 |
5.4.1 波导传播常数与模式色散 |
5.4.2 声波动态调控光学模式的理论分析 |
5.4.3 波导中声光耦合的初步尝试 |
5.5 本章总结 |
第六章 本文工作总结和未来工作展望 |
6.1 工作总结 |
6.2 未来工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术论文 |
四、声光光纤模式耦合的分析(论文参考文献)
- [1]微型光纤干涉仪与分布式光纤传感技术的研究[D]. 李璇. 北京邮电大学, 2021(01)
- [2]新型碲酸盐声光材料制备与器件研究[D]. 刘孚安. 山东大学, 2021(11)
- [3]基于多层结构的少模光纤设计及其各阶模式布里渊散射特性研究[D]. 王晗. 北京邮电大学, 2021(01)
- [4]基于可控光纤光栅的超窄线宽激光器调谐技术研究[D]. 李雨佳. 重庆大学, 2020(02)
- [5]M型少模光纤中受激布里渊散射及传感特性的研究[D]. 李雪健. 北京交通大学, 2020(03)
- [6]基于频移干涉光纤腔衰荡技术的压力/应力传感方法研究[D]. 陈泽浩. 湖北工业大学, 2020(08)
- [7]多模磁光耦合理论研究[D]. 邱昕. 电子科技大学, 2020(07)
- [8]基于掺镱光纤激光器的柱矢量光产生研究[D]. 张娇娇. 南京邮电大学, 2019(02)
- [9]高功率高光束质量窄线宽线偏振光纤激光技术研究[D]. 黄龙. 国防科技大学, 2019(01)
- [10]光学微系统中声子的相干控制[D]. 冯亚明. 上海交通大学, 2019(06)