一、Recent Progress on Fiber-Based Optical Components（论文文献综述）
钱立勇[1]（2021）在《高光谱成像激光雷达光纤阵列焦面分光技术》文中认为随着激光雷达技术在遥感和测绘领域的不断发展,实现对地物目标空间高程信息和光谱信息一体化同步获取与识别应用,是激光雷达在遥感测绘领域的发展趋势。目前的主要技术手段中,激光雷达测距可以获得地物目标的空间高程信息,被动高光谱成像可以获得丰富的光谱信息,但两种技术手段不能同时获取空间高程信息和光谱信息。然而在高光谱成像激光雷达系统中,地物的高光谱信息和高程信息来自同一个足印点,将它们结合能够实现对地物信息的精准探测。针对目前主、被动遥感探测技术的优势和缺陷,论文的主要研究内容是基于光纤阵列焦面分光技术,设计了一套机载高光谱成像激光雷达接收系统。该系统目前可以实现距离目标物500米远处、光谱波段在500-800nm范围内的全天时光谱探测。继续完善雷达系统的光机集成,可以进一步提高系统的探测能力。高光谱成像激光雷达接收系统的设计、系统的扫描方式、系统的标定和初步的性能测试是论文研究工作的重点。论文的研究工作具体包括以下几个方面:1.综述了高光谱成像激光雷达的应用领域和研究意义。针对当前高光谱成像激光雷达的技术难点,基于光纤阵列焦面分光技术,设计了一套机载高光谱成像激光雷达系统。实现了宽谱段回波信号的多通道分光和高效耦合,充分发挥了高光谱激光雷达的探测优势。2.相比较于传统的单波长激光雷达,高光谱成像激光雷达系统是一种全新的对地观测技术。将高光谱成像激光雷达系统测量获得的光谱信息应用于地物分类等任务之前,在实验室完成了该系统的光谱标定,初步确定了系统各个通道的中心波长和带宽。同时,给出了可以完成系统辐射标定工作的理论方法。在外场试验的过程中依据该方法,给出了一种利用标准白板就可以直接完成系统辐射标定的方法。3.扫描系统是高光谱成像激光雷达的重要组成部分。论文主要介绍了目前普遍采用的多面体转镜扫描、振镜扫描、圆锥扫描三种扫描系统。对各种扫描方式的轨迹进行了理论推导,结合机载平台实际的飞行航迹,得出了发射激光扫描轨迹与扫描方式的关系。以四面体转镜为例,将转镜的实际扫描轨迹与机载高光谱激光雷达的飞行参数相结合,得到了飞行参数和扫描系统共同作用下的地物目标扫描轨迹和对应的参数指标。最终设计了一种适用于高光谱成像激光雷达系统的圆锥扫描方式。4.完成了高光谱成像激光雷达接收系统的地面静态性能测试,接收系统的性能测试是高光谱成像激光雷达在机载飞行试验之前最重要的准备工作。性能测试证明了系统样机达到了预先设计的指标参数要求。同时,针对性能测试中发现的问题,制定了下一步详细的改进方案。
颜宏[2]（2019）在《基于双光栅的光纤激光光谱合成》文中指出光纤激光作为新一代的高能激光光源,具有光束质量好、电光转换效率高等显着优点,但单纤输出亮度受到非线性效应、模式不稳定性等因素的限制。功率合成技术是突破单纤功率限制,获得高能激光输出的有效手段。与其他合成方式相比,光谱合成技术具有系统相对简单、易定标放大等特点,可在提高总输出功率的同时保持较高的光束质量,并具有较高的合成效率,是一种高效优质的功率合成技术。光谱合成光源有望在短期内实现高亮度输出,可在国防、工业加工、基础科学研究等多领域得到应用。论文对近年来几何拼接、相干合成、光谱合成等激光光束合成技术途径的进展进行了分析与回顾,从合成子束技术要求、合成光束质量、效率和可定标放大能力等方面做了对比,重点比较了几种不同的光谱合成方案。研究表明,基于双光栅的光纤激光光谱合成方案有较好的发展潜力,在系统鲁棒性和紧凑性方面具有较明显的优势。论文针对现有双光栅光谱合成系统存在的理论和技术问题提出了密集组束、偏振复用型双光栅光谱合成思想,并开展了系统的理论与实验研究。建立了双光栅光谱合成物理模型,系统的研究了子束光谱、光斑尺寸、光栅失配等因素对合成光束质量的影响,为设计和研制实用的高效率、高光束质量、高功率双光栅光谱合成系统提供了理论依据。建立了基于矩阵光学的基模高斯光束在双光栅光谱合成系统内部光学衍射传输理论框架,获得了合成光束质量解析表达式。分析了影响双光栅光谱合成光束质量的主要因素,研究结果表明:在密集组束情形下,子束色散导致合成光束近场扩展的同时还将产生远场扩展;双光栅光谱合成光束质量与光栅的色散能力无关,在合成参数确定的前提下,合成光束质量由子束二阶矩光谱线宽决定。定量分析了双光栅参数失配对合成光束质量的影响,给出了典型的容差范围。对高功率光纤激光输出的高阶线偏振模在双光栅系统中的传输问题进行了角谱理论分析,通过数值计算获得了合成后的光场分布,使计算多尺寸、多模式激光的双光栅光谱合成后的光束质量成为可能。设计并建立了密集组束、偏振复用型双光栅光谱合成验证实验装置,通过一系列实验验证了理论模型的正确性。实现5路基于FBG前端全光纤MOPA结构千瓦级非保偏光纤激光器的光谱合成,输出功率5kW,合成效率91.2%,合成光束质量M2=2.96 X 1.52。在此基础上,将合成通道拓展到20路,实现输出功率20kW,光束质量β=2.29,进一步验证了采用偏振复用、密集组束型双光栅光谱合成技术实现高功率、高效率、高光束质量合成输出的可行性。研究了色散元件耐强光能力、合成效率、窄谱光纤激光器输出能力等影响光谱合成系统定标放大能力的因素,论证了基于双光栅的光纤激光光谱合成输出能力。提出综合利用光谱、偏振、相干等功率合成手段实现超高功率输出的复合式光束合成,可进一步提高光谱合成的输出亮度。分析和归纳现有共孔径合成方案的本质与局限性,提出利用适当规模共孔径相干合成光束作为光谱合成子束的思路,在系统可靠性和技术难度可控的前提下,进一步增加光束合成的通道数。研究了用于共孔径相干合成的衍射光学元件设计方法,提出一种利用分区镀膜实现多光束共孔径相干合成的器件及基于该器件的合成系统构型,可降低多光束共孔径合成器件制备及相位控制的技术难度。通过理论分析结合试验研究,厘清了光纤激光在双光栅光谱合成系统中衍射传输的基本规律,验证了采用偏振复用、密集组束型双光栅光谱合成技术实现高功率、高效率、高光束质量输出的可行性,为实用化光谱合成系统的设计提供参考。
董纳[3]（2018）在《光遗传神经修复系统多物理场耦合分析模型及其应用》文中研究说明光遗传神经修复技术以光遗传学、神经修复学和光电神经接口三类学科领域为主体,以光遗传神经刺激为核心,以部分或完全修复受损神经功能为目标,为人类神经功能失调和神经退行性疾病的治疗与恢复提供了新的科学手段。由于以上三类学科专业背景差异较大,目前对光遗传神经修复技术的研究,缺乏完整的理论模型与仿真工具。本文通过国际科技合作,研究光遗传神经修复系统多物理场耦合分析模型（OGNPS-MPCM）及其数值分析程序,实验确定模型中的核心参数,为光遗传神经修复系统（OGNPS）的优化设计提供工具。论文首先基于能量守恒定律,分析与讨论了光遗传神经修复过程中各物理场能量转化过程,提出并建立了包括光路和光植入、光遗传神经生理学和OGNPS热效应等子模型的OGNPS-MPCM,完整描述了OGNPS从电驱动到光刺激和光致神经放电、最终转化为热能的能量综合转化全过程。继而深入研究了OGNPS-MPCM数值分析算法,定义了三类数值分析模块、10个求解器及其输入/出参数,编制了计算程序。随后,论文对OGNPS-MPCM数值分析模块分别进行了实验验证、参数获取与分析。设计并开展了大鼠脑组织切片光穿透和侧向反射光实验,研究了不同光出射端在大鼠脑神经组织中形成局部光刺激及其作用区域形状,测试结果验证了光路和光植入模型,提供了光路优化参数。设计并开展了LED光探头热效应实验,测试结果验证了热效应模型,给出了热分析参数。设计并开展了光遗传神经元ChR2光电流特性实验,测试结果验证了光遗传神经生理学模型,获得了有益的参数。以上工作为OGNPS研制提供了优化设计工具。然后,提出了调节光波导出射端端面光斑实现局部光刺激位置可调的方法,基于OGNPS-MPCM程序仿真分析了该方法的可行性,证明神经元对可调光刺激响应不同,可改变光刺激截面图形分辨率。提出并研制了基于SoS-PLC型光波导的无源可调光遗传神经刺激探头,优化设计并制备出截面尺寸为17.8μm×7.8μm的探头芯片,搭建了探头芯片测试系统,测试获得该探头可选择激励TE00、TE10、TE20和TE11模,产生了位置可调、最小直径不大于5-μm、传输100μm的清晰模场光斑,与仿真结果一致。最后,提出了由GaN-μLED光电集成多探头阵列和远端、植入控制器构成的有源植入式OGNPS方案与具体结构;研制和测试了GaN-μLED,讨论了该器件光谱、发光方向、光电特性、发光效率等性能。提出了体内热限制条件下的有源植入式OGNPS和探头设计思想,基于OGNPS-MPCM程序,仿真分析了8点刺激型GaN-μLED光电集成探头,以最佳性能指标和体内热限制为目标,获得了优化设计方案。
廖常锐,李博哲,邹梦强,熊聪,朱梦,余建,李驰,王义平[4]（2021）在《光纤集成微纳结构器件的双光子聚合制备及应用》文中认为随着光纤技术的发展,光纤器件的结构越来越复杂,功能越来越多样,体积也越来越小,这对光纤器件的加工提出了很大的挑战。飞秒激光双光子聚合方法具有突破光学衍射极限的超高加工精度和无掩模直写的真三维加工能力,在微纳结构加工中拥有独特优势,为微纳结构与光纤集成提供了一种全新的思路和可能性。介绍飞秒激光双光子聚合制备光纤微纳结构器件方向的最新研究进展、应用前景与展望。
牛慧娟[5]（2021）在《基于光场调控和微结构的高性能光探测器的研究》文中研究指明互联网+、数据中心、人工智能、智慧城市等现代化高科技不断涌现,当代信息社会快进入5G时代,数据量持续攀升,预计未来全球网络流量将持续以45%左右的指数增长。然而由于存在数字集成电路的摩尔定律与高速模拟光电技术之间的固有尺度差异,接口速率和光纤容量仅以每年约20%的速度递增,致使网络带宽出现容量“恒不足”现象,提高系统速率是“恒不变”的研究方向。光探测器是光通信系统接收端的核心器件,其性能直接影响到整个系统的性能。在超高速、超长距离光纤通信系统、数据中心互传中,光探测器需要同时具有高速、高量子效率。本论文以提高光通信系统中光探测器的高速、高量子效率性能为目标,围绕基于光场调控和微结构的高性能光探测器开展了理论与实验研究。本论文的主要创新点和研究成果如下:1.通过理论分析发现,改变PIN-PD内部载流子的分布可以提高其响应速度。首先针对台面型环形P电极PIN光探测器,采用三种不同束腰大小的高斯分布光以及均匀分布光进行正面入射。在四种入射光场的光强峰值相同时,均匀光入射的PIN-PD获得了更高的频率响应,在-3V偏压下,吸收层厚度400nm,直径10μm的PIN-PD在均匀光入射时带宽达到62GHz,相较于束腰最小的高斯分布光入射时的38GHz高了约63.2%。相同峰值入射光产生的量子效率均为35%。2.研究发现,均匀光在吸收层产生的载流子在水平方向的分布较为均匀,电场分布也较为均匀;而高斯分布光使得载流子在靠近轴线处浓度较高,电场在器件轴线部分塌陷,且使电容增大。因此,均匀分布光比高斯分布光产生的3dB带宽更高。3.分析了三种不同束腰大小的高斯分布光以及均匀分布光以相同功率入射到光探测器时,均匀光入射的PIN-PD获得了更高的频率响应,在-3V偏压下,直径10μm的PIN-PD在光功率1.5mW的均匀光入射时带宽为56GHz,相较于最小束腰高斯分布光入射时带宽提高了 47.37%。同时,功率相同时均匀入射光的输出电流最大,响应度也是最高的。入射均匀光时器件的响应度为0.315A/W,相较于束腰最小的高斯分布光提升166.95%,说明由于高斯分布光在器件轴线处的光生载流子的堆积效应,使输出电流变小了。4.提出了光探测器的“水平优化”方法,通过调控入射光场在器件光敏面的分布提升器件性能。据此设计出环形分布的入射光场,当光环最窄的环形光入射到直径10μm的PIN-PD表面、其光强峰值位置与器件中心轴线的偏移量为4μm时获得最大带宽68.31GHz,比均匀光入射时的带宽提高了约20%。5.提出了采用光场调控元件实现光探测器的入射光场调控。采用光栅对入射的高斯分布光进行整形,分别得到均匀分布光和环形分布光,具体研究如下:基于大周期光栅设计了平顶分布光场,将入射的1550nm的高斯分布光整形为均匀分布光,在光栅周期、占空比为8.4μm、0.5时,出射光的光斑直径大小为5.1 μm,透射率约为86%;基于具有会聚功能的同心环高折射率差InP亚波长光栅设计出环形光场,波长1550nm的TM光或圆偏振光入射时的透射率和偏转角分别为 90.28%和 44.8°。6.提出、设计并制备了一种空气隙“中心孔+周围槽”型微结构PIN 光探测器（Hole-Groove Microstructure PIN Photodetector,HG-MPIN-PD）,利用倒锥孔及槽微结构令光路发生改变,增加光在在吸收层中传输的时间和光程,形成类“陷光”效应,在减小器件电容的同时保持甚至提高光的吸收,使光探测器的带宽和量子效率同时得到提高。直径为36μm、吸收层厚度1.3μm、孔深为1.9μm、中心孔和V-形槽直径为10μm以及孔-槽间距为5μm的HG-MPIN-PD在-5V偏压下达到带宽21.72GHz,量子效率61%,孔-槽间距为2μm时带宽-效率积达到13.14GHz,比同结构的平顶光探测器提高了84%;根据HG-MPIN-PD的结构,设计出“方向盘”型P电极,仿真了电极结构的S21参数,其带宽大于100GHz,完全满足所设计的HG-MPIN-PD光带宽的需求。7.提出了在HG-MPIN-PD的P掺杂层和N掺杂层内微结构周围制作一定径向长度的Al2O3限制层,连同中间的吸收层形成防泄漏波导结构;设计了微结构斜侧面处的SiO2增透膜,可以进一步增强光吸收。直径8 μm、吸收层厚度600 nm、加Al2O3限制层和增透膜的HG-MPIN-PD量子效率最高达42.9%,比普通平顶的PIN-PD的量子效率高 127.8%。8.以GaAs材料为衬底,制备了一种工作波长850 nm、直径44μm、中心孔直径为8μm的HG-MPIN-PD,当孔-槽间距由小到大变化时,测试得到暗电流约为0.02nA,其中孔-槽距为5μm时,带宽最大为14.34GHz;孔-槽距为7μm时,入射光功率为-0.12dBm时得到最高带宽-效率积为13.5GHz。制备了一种InGaAs材料、工作波长1550nm、直径44μm、中心孔直径8μm、孔-槽距5μm的HG-MPIN-PD,在-3V偏压下测得光电流为0.379mA、带宽约1GHz,测试结果与仿真优化的结果相比偏低,主要可能是器件衬底的绝缘隔离性不够好引起的。9.使用两种束腰大小不同的光入射到直径70 μm的GaAs PIN-PD,在入射功率相同时测试得到均匀程度大小不同两种情况下的带宽分别约为13GHz和11GHz,相差约2GHz,初步验证了均匀分布光带宽更高这一结论。10.研究了相干接收机平衡光探测器前端的光混频器,基于具有会聚功能的一维SOI亚波长光栅设计了用于实现光混频的相位延迟功率分束器,波长1550nm的TM偏振光以45度角入射到光栅时,透射光功率之比约为1:1,且具有π相位延迟,透射率约为97.44%。
焦朋[6]（2021）在《光纤传像元件固定图案噪声形成机理研究》文中进行了进一步梳理光纤传像元件是微光夜视、粒子探测器件用像增强器的核心元件,已广泛应用于兵器、电子、航天、核探测等领域的光电信号探测、识别与成像。当前这些领域迫切需要高清晰、宽动态、宽光谱和高灵敏探测成像技术,并对与之配套的光纤传像元件的质量提出了更高的要求。由于光纤传像元件中固定图案噪声（Fixd Pattern Noise,FPN）的存在,限制其使用性能和制备良品率的提高。如何抑制FPN,减少其对探测成像性能的负面作用,已成为光纤传像元件应用基础研究中的关键课题之一。然而,国内外关于光纤传像元件FPN的研究相对较少,更没有系统的理论来阐述其形成的机理。为阐明光纤传像元件FPN的形成机理,本文主要通过现象分析、理论模拟和实验验证三者结合的方式展开研究。首先,分析光纤传像元件的FPN表现形式。通过研究光纤传像元件热压、扭转、拉伸等热过程后的FPN的表现形式及其与工艺间的关系,利用光纤疵点仪表征固定图案噪声微观形态和分布规律,利用扫描电镜（Scanning Electron Microscopy,SEM）和原子力显微镜（Atomic Force Microscope,AFM）等手段分析光纤传像元件内部纤维的微观结构与形貌,利用能谱仪（Energy Dispersive X-ray Spectrometer,EDS）半定量分析成分变化趋势。基于检测分析结果建立光透过率的差异与FPN之间的关系,进而分析FPN的形成机理。其次,基于经典物理理论采用仿真软件模拟了不同条件下光子在单根光纤和光纤束中的传播,获得了导致光纤传光条件破坏的几种状态,并量化产生FPN的极限参数。利用Tracepro软件模拟了光纤传像元件纤维传光机理,并基于光纤传像元件斑点、鸡丝、网格等几种FPN的表现形态,分类模拟了单光纤和光纤束内传像条件被破坏的过程与结果,获得了光纤内部气泡、杂质与光纤透过率的关系;光纤芯皮界面扩散对光纤传光性能的影响;以及光纤经热压、扭转、拉伸等热处理后导致多根光纤粘合结构对于纤维传光性能的影响。利用Comsol软件模拟了倏逝波渗透现象对于光纤传像元件FPN形成的影响。最后,基于FPN表象的分析与理论模拟结果,设计了光纤内结石、气泡和光纤形变实验,以验证减少结石、气泡缺陷和抑制光纤形变对控制FPN的作用。通过研究发现,光纤传像元件中斑点、鸡丝型FPN产生的机理:光纤传像元件内部存在杂质和气泡,其尺度大小决定FPN。当杂质尺寸达到临界值时,30%的光子在杂质表面被吸收或反射;气泡尺寸大于临界值时,30%的光子在气泡表面发生折射和反射损失,导致纤维透过率低于正常值的70%。扭转、拉伸等热过程导致光纤锥比增大,光线传输过程中界面反射角不断减小,光子溢出数量增多,透过率下降。黑网型FPN形成机理:光纤束（复丝）边界处纤维变形严重,包层厚度变小,光子传输具有电磁波特性,倏逝波在界面处渗透进包层无法返回纤芯,部分被间隙内光吸收丝（EMA）吸收,导致光纤透过率下降而形成黑网;复丝边界光纤芯皮界面成分扩散严重,阶跃型光纤变为渐变型光纤,光线传输过程中全反射临界角减小,光子损失增多,输出光通量低于正常复丝内部纤维情况。白网型FPN形成机理:在热压、扭转或拉伸等热过程中,复丝边界处光纤皮层减薄直至消失,光纤芯层出现粘连,降低光子损失程度,导致光通量大于其他正常变形区域,在复丝边界处显示为明亮网状结构。
贺静[7]（2021）在《血运光学传感解调方法研究》文中提出互联网的飞速发展加速了整个社会的产业变革,伴随着5G通信、大数据以及人工智能技术的广泛应用,实现万物互联成为信息化时代发展的首要目标。传感器是物联网中不可或缺的组成部分,而光学传感器以其优良的性能备受关注。随着智能化探测精确度需求的不断增长,将光学传感技术与传统产业相融合成为未来发展的重要方向。获取精准的波长漂移量、提高传感系统的解调灵敏度成为保证物理量在线监测可靠性的研究重点。基于光栅传感器波长解调中的边缘滤波原理,本文研究了全光纤组合器件的传输特性,重点分析基于微谐振环的全光纤双路边缘解调性能,同时基于LabVIEW开发了光栅传感器的温度监测上位机软件;基于人体组织光学传播理论,提出了双波长多探测器的全方位血氧饱和度检测方案;在此基础上,提出将光栅温度传感与血氧饱和度光学探测相结合,实现温度与血氧的二元监测,为皮瓣的血运状态检测提供有效依据。本文的主要研究内容和创新点如下:（1）提出了全光纤组合器件应用于边缘线性解调的特性分析。依次研究全光纤单级马赫曾德尔干涉结构、全光纤多级马赫曾德尔干涉结构以及全光纤微环谐振器的工作原理,仿真结果表明:当两个耦合器为3dB耦合器时,单级马赫曾德尔干涉结构得到最大的输出光谱线性范围;当第二耦合角为0.25π,第一耦合角和第三耦合角的相加值为0.25π时,多级马赫曾德尔干涉结构具有最优的解调特性;全光纤微环谐振器的传输特性与归一化传输系数以及光纤损耗系数有关,且输出光谱线性范围随这两个参数的增大而增大。（2）提出了一种应用于光栅波长解调系统中的微谐振环全光纤双路边缘解调方案。采用传输矩阵法推导了上下两路输出谱响应的解析表达式,并对其传递函数和输出结果进行了仿真和分析。仿真结果表明:双通道波长解调的先决条件是微环累计相位与干涉仪臂间相位延迟比例为1/2。当微环无损耗时,解调精度随着微环耦合系数K的减小而增加,但波长范围变窄。输出特性满足数学表达式Tout1（k1,k2）=Tout1（π/2-k1,π/2-k2）。此外,不同的传输损耗因子α对传输频谱的影响也不相同。通过调整各种参数,详细探讨了两个端口的波长解调范围和精度之间的差异。最后基于LabVIEW开发了光栅传感器的温度监测上位机软件,实现了温度报警、实时温度监测、光谱图、参数设置以及历史数据复现功能。（3）提出了一种基于双波长多探测器的全方位血氧饱和度测量传感方案。首先建立生物组织光学模型,利用Monte Carlo仿真得到了光子的局部迁移路径,从而提出了双波长多方位的血氧饱和度测量结构,并进行了理论推导;随后分析人体组织中的摩尔吸收系数曲线,选取最佳光源650nm和850nm;在此基础上,将光栅传感器与血氧检测相结合实现温度与血氧的二元监测,设计了适用于皮瓣血运检测的光学传感系统;最后搭建了光电测试系统,对20名志愿者进行血氧以及温度值探测,实验结果表明:血氧的测量值与参考值相对误差处在-3.03%～2.11%,温度的测量值与参考值温差处在-0.3℃～0.4℃,两者数据较为接近,说明本方案提出的血运光电测试系统能够基本实现预期功能,进一步验证了该方案的可行性与准确性。
陈双成[8]（2021）在《波长可切换可调谐掺铒脉冲光纤激光器的研究》文中进行了进一步梳理光纤激光器由于体积小巧、输出光束质量高、峰值功率高、脉宽窄等光学性能,被广泛应用在光纤通信、高性能光传感、高精度光谱分析、激光加工、激光医疗等多个领域中。在光纤通信领域,掺铒光纤激光器的输出激光波段基本覆盖了光通信中的C波段（1530-1565 nm）和L波段（1565-1610 nm）,全光纤结构的特点使得光纤激光器在光通信系统中具有兼容性好、耦合效率高的优良特性,因此掺铒光纤激光器在光纤通信方面具有重要应用,为增加信道传输能力,提高信号源利用率,多波长可切换可调谐光纤激光器逐渐成为研究的热点。相比常规连续光光纤激光器,脉冲光纤激光器的高峰值功率、高重频、窄脉宽等光学特性在光纤通信中具有更广阔的应用前景及研究价值。多波长可切换可调谐脉冲光纤激光器的研究内容主要包括两个部分:一是利用调Q和锁模技术实现超短脉冲输出,二是构建可切换可调谐滤波器,基于滤波效应实现输出波长可切换可调谐输出。本文分别对萨格纳克（Sagnac）滤波器和PMF-SMF-PMF（Polarization Maintaining Fiber-Single Mode Fiber-Polarization Maintaining Fiber）滤波器的滤波效应进行了理论分析和数值模拟,根据分析结果分别搭建了基于Sagnac滤波器和PMF-SMF-PMF滤波器的可切换可调谐掺铒脉冲光纤激光器。本文的主要研究内容和创新点如下:1.利用光学元件的琼斯矩阵建立滤波器的传输方程,得出滤波器的透射系数表达式。在嵌入了一段保偏光纤的Sagnac滤波器中,分析了在保偏光纤长度的不同和光纤耦合器不同耦合比条件下滤波器透射谱的相应变化。在PMF-SMF-PMF滤波器中,分析了不同保偏光纤长度下滤波器透射谱的改变,最终得到稳定的可切换可调谐滤波器。2.利用半导体可饱和吸收镜（Semiconductor saturable absorber mirrors,SESAM）产生稳定的调Q脉冲输出,通过数值模拟得到嵌入保偏光纤的Sagnac滤波器最佳结构参数,搭建了单/双波长可切换掺铒调Q光纤激光器。当泵浦功率稳定在300 m W时,激光器实现了在1.5μm波段稳定的单/双波长可切换可调谐输出。在单波长工作状态下,输出光谱中心波长实现了3.72 nm的调谐范围。在双波长工作状态下,实现了双波长输出状态下的1.04 nm调谐范围,并且在双波长工作状态下光谱间距一直保持在5.27 nm。对泵浦功率进行调整,脉冲重复频率在39.47 k Hz-58.87 k Hz之间变化,对应的脉冲宽度变化范围为7.19μs-2.91μs,信噪比为49 d B。3.由于偏振相关隔离器和偏振控制器在基于PMF-SMF-PMF滤波器的可切换可调谐掺铒脉冲光纤激光器中引入了非线性偏转（Nonlinear Polarization Rotation,NPR）效应,因此激光器产生了稳定的锁模脉冲输出,对应的信噪比高达71.88 d B。适当改变偏振控制器的偏转角度和泵浦功率,激光器切换到调Q状态。在调Q状态下,对滤波器中的偏振控制器进行调整,输出光谱产生波长可切换可调谐状态。输出光谱的波长数量包含单波长和双波长工作状态。
王艺[9]（2021）在《10kW矩形光斑空间非相干合束器设计及热分析》文中研究说明随着工业大功率激光器及其辅助设备的实用化,将先进激光技术与各类大型设备的零部件表面强化与改性技术升级紧密结合起来,激光金属材料表面热处理技术作为金属材料表面强化和改性最有效的手段之一,成为了国内外研究的热点。而光纤传输横截面为矩形的激光光束不仅可以有效提高激光热处理的效率,而且能够在狭小的零部件内部实施柔性激光热处理。高功率激光系统中的光学透镜因吸收高能量密度激光能量而在其内部产生较大温度梯度时,光学透镜将会发生热变形,透射率也随之发生变化,从而影响高功率激光系统的激光传输质量,因此合束器的光机热集成分析显得格外重要。本文按照矩阵平行排列18束光纤输出的972 nm半导体激光束,通过光束准直和空间非相干合束,获得了具有矩形光斑特征的10 kW级合束激光。在理论分析准直激光束的半径、相邻光束间距与合束激光的光斑搭接率之间变化规律、采用光学设计软件建立合束器结构模型及光学仿真软件模拟合束激光光斑能量分布的基础上,完成10 kW级18×1的矩形光斑激光合束器的研制。在200 mm的合束长度内实现了具有单一矩形光斑形貌、最大合束功率10.249 kW、焦斑尺寸31 mm×11 mm、中心波长972.34 nm、谱线宽度2.27 nm的合束激光输出。使用有限元分析软件对矩形光斑激光合束器的光学透镜建立有限元热分析模型,利用热成像仪对10 kW激光合束工作时的窗口镜温度实施测量,获取符合实际情况的空气对流热交换系数测量值,对有限元热分析模型进行修正,从而获得10 kW合束激光照射200 s时矩形光斑激光合束器中所有光学透镜的温度场、形变及热应力模拟仿真数值。光学透镜的最高温差仿真值为89.131℃,最大形变仿真值为1.21×10-6m,对应的4.74×106Pa最大热应力仿真值小于60×106Pa紫外融石英光学玻璃的热损伤阈值,验证了所有光学透镜不会产生热应力损伤。在此基础上,利用Zernike多项式作为有限元分析软件与光学设计软件的接口工具,将有限元分析得到的镜面面型带入到光学设计软件中,获得矩形光斑激光合束器中所有光学透镜通光面曲率半径的变化量。10 kW合束激光照射200 s时,光学透镜通光面曲率半径的最大变化量为0.1光圈,小于±1光圈的光学透镜加工公差,从而进一步验证了合束器的工作可靠性与结构稳定性。
张磊[10]（2021）在《集成光子学中的微结构器件研究》文中研究表明光子集成是将功能各异的集成式光子器件大规模集成在一个基底上,使其具有系统性功能的技术。光子芯片在光互连,量子计算,光神经网络计算和生物传感芯片等领域都有很大的应用潜力,正在被广泛研究。目前发展最成熟的领域是光通信芯片,以光信号为载体的光学集成芯片可以实现高速的光信号收发,光速的光信息交互,能完美的解决计算和通信领域面临的挑战。而且光电子集成芯片的制造工艺与现有的微电子芯片工艺技术相兼容,成本低,功耗小,具有广泛使用的潜力。目前正处于高速光收发芯片,大规模光交换芯片等数千基本元件组成的系统级芯片的研究状态。但相比之下,目前光子芯片的基本元件尺度约为400μm,光子集成芯片集成度远小于集成电路,且从长远来看,光子集成芯片的发展方向之一就是提高集成度,现有的集成光子学元件大多是导波光学原理等设计的,通过波导结构来控制光的传播,理论上不具备小型化的可能性,或者说,现有的元件小型化之后元件性能会急剧下降。光子芯片不同于电子芯片,在提高集成度的发展中主要制约因素并不是微纳加工工艺精度。提高光子芯片的集成度需要基于新原理的基本元件。近年来科学家提出可以利用微纳结构阵列来控制光的传播,称为集成式超表面元件。微结构阵列对光的响应复杂,所以可以通过微结构阵列的设计来实现多种功能的器件,具有小型化,高性能和设计高自由度等优点。但是随之而来是设计的复杂度,难以建立相关的物理模型。现有的设计方式多为非物理的计算求解,将微纳结构阵列看作类二维码分布,通过特定的算法求解微结构阵列的光学响应并不断优化逼近最优结果,将物理问题转化为算法问题。然而这类方法算力需求高,对于不同参数都需要重新计算,对计算的结果也不能给出物理的分析。所以需要建立超表面元件响应的物理模型。本论文从导波光学原理出发,推导了光波导体系下的色散方程,介绍了变换光学和超材料的内容,逐步将梯度折射率元件的概念引入到集成光子学领域,提出了一种超表面元件设计的近似的物理模型,通过简单计算即可设计特定的超表面元件,能够对超表面元件的设计给出了理论和经验指导。同时也为变换光学的研究提供了平台,可以在光芯片上实现隐身衣,黑洞模拟等等。全文的主要内容如下:（一）将梯度折射率元件的概念引入了集成光子学体系。基于光波导体系下的色散方程和等效介质理论拟合了超表面周期单元微结构占空比与局域有效模式折射率的函数关系。提出了利用超表面元件在导波光学体系下实现梯度折射率元件的方法。利用这种方法在标准SOI（Silicon-On-Insulator）参数下设计了小型化高性能的伦堡透镜,耦合器,偏振分束器元件,尺度均约为10μm量级,其中伦堡透镜能够实现高效的聚焦,聚焦效率约为87%,焦点半高宽约为0.5μm,设计的耦合器能够实现不同宽度波导间的高效耦合,耦合效率远高于同等长度下的锥形耦合器。偏振分束器能够实现不同偏振光的分离,消光比可达20 d B,且设计方法能够针对不同宽度的输入输出波导,且能够和其他复用元件联合使用。（二）光开关是光子集成芯片的重要元件,目前最常用的光开关主要是马赫-曾德干涉型光开关。这种光开关大多需要基于热光或电光效应的相位调制器,而传统材料的电光,热光系数都较低,所以传统光开关的尺度大多为300μm量级。也就是说要实现光开关元件的小型化需要改变现有的材料体系,相变材料的折射率变化范围大,理论上来说利用相变材料可以设计高集成度的光开关。本论文基于相变材料设计了微结构光开关,设计的器件尺寸仅有1μm左右。在165 nm的工作带宽下,实现了插入损耗优于1.27 d B,调制深度优于0.95。这种设计充分利用了相变材料的特色,实现了低插损,高消光比的光开关。（三）光子集成中一个非常吸引人的方向是如何将光学集成的尺度做到10纳米量级,将光电集成在同一尺度上。光子集成的方式很难讲集成度缩小至亚波长尺度,所以可能要更换光子集成的载体。可能的载体是表面等离子激元,它是一种可以将光局域在纳米尺度的金属电磁表面波。本论文在表面等离激元体系下也设计了基于超表面的梯度折射率元件,设计了表面等离激元伦伯透镜和高效的耦合器。所设计的表面等离激元伦伯透镜性能良好,聚焦效率可达78%。设计的表面等离激元耦合器性能也远高于相同参数下的锥形耦合器。
二、Recent Progress on Fiber-Based Optical Components（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、Recent Progress on Fiber-Based Optical Components（论文提纲范文）
（1）高光谱成像激光雷达光纤阵列焦面分光技术（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状与存在的问题 |
| 1.2.1 国内外研究进展 |
| 1.2.2 存在的问题与不足 |
| 1.3 高光谱成像激光雷达的应用领域 |
| 1.4 论文内容和章节安排 |
| 1.4.1 论文的研究内容 |
| 1.4.2 论文框架 |
| 1.5 本章小结 |
| 第2章 高光谱成像激光雷达的基本原理和关键技术 |
| 2.1 高光谱成像激光雷达的基本原理和技术参数 |
| 2.1.1 高光谱激光雷达系统的组成和探测原理 |
| 2.1.2 高光谱成像激光雷达的主要技术参数 |
| 2.2 高光谱成像激光雷达的成像系统 |
| 2.2.1 扫描式的光机成像系统 |
| 2.2.2 推扫式成像系统 |
| 2.2.3 凝视式的成像系统 |
| 2.3 高光谱成像激光雷达系统的分光技术 |
| 2.3.1 色散型光学分光技术 |
| 2.3.2 干涉型光学傅立叶分光技术 |
| 2.3.3 滤光片型光学分光技术 |
| 2.4 高光谱成像激光雷达方程 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于光纤阵列焦面分光的雷达系统设计 |
| 3.1 雷达成像系统的参数设计和模型仿真 |
| 3.1.1 高光谱激光雷达仿真输入参数 |
| 3.1.2 高光谱激光雷达仿真结果分析 |
| 3.2 高光谱成像激光雷达焦面分光系统的设计 |
| 3.2.1 焦面分光系统的基本原理 |
| 3.2.2 焦面分光系统的设计 |
| 3.2.2.1 接收望远镜的设计 |
| 3.2.2.2 光栅光谱仪 |
| 3.2.2.3 微透镜-光纤阵列的设计 |
| 3.3 焦面分光系统的参考光信号 |
| 3.4 系统背景光的抑制 |
| 3.4.1 窄视场接收 |
| 3.4.2 数值孔径匹配 |
| 3.4.3 内部杂散光抑制 |
| 3.5 系统的安装调试 |
| 3.6 系统光学透过率 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 高光谱成像激光雷达的扫描方式 |
| 4.1 雷达系统的扫描方式 |
| 4.2 多面体转镜扫描 |
| 4.3 振镜扫描 |
| 4.4 圆锥扫描 |
| 4.5 本章小节 |
| 第5章 高光谱成像激光雷达接收系统的标定 |
| 5.1 雷达接收系统的光谱标定 |
| 5.1.1 光谱标定的原理与实验准备 |
| 5.1.2 光谱标定的结果与分析 |
| 5.2 雷达接收系统在实验室的辐射标定 |
| 5.2.1 辐射标定的原理与实验准备 |
| 5.2.2 辐射标定的结果与分析 |
| 5.3 雷达接收系统在外场试验时的辐射标定 |
| 5.4 不确定度分析 |
| 5.5 本章小节 |
| 第6章 高光谱成像激光雷达接收系统的性能测试 |
| 6.1 高光谱成像激光雷达接收系统 |
| 6.2 外场试验的测试环境和设备 |
| 6.2.1 测试环境和设备的调试 |
| 6.2.2 雷达系统的探测和同步采集 |
| 6.3 雷达系统的光谱探测性能 |
| 6.4 雷达系统的距离精度测试 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 论文的总结 |
| 7.2 主要研究工作和创新点 |
| 7.3 下一步的工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（2）基于双光栅的光纤激光光谱合成（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 光束合成的分类及研究进展 |
| 1.3 本论文研究内容 |
| 第二章 双光栅光谱合成理论研究 |
| 2.1 双光栅光谱合成理论模型 |
| 2.2 基模高斯光束在双光栅光谱合成系统中的传输变换 |
| 2.3 双光栅光谱合成光束质量公式 |
| 2.4 双光栅光谱合成角谱衍射理论分析 |
| 2.4.1 基本假设 |
| 2.4.2 光栅滤波函数的导出 |
| 2.4.3 双光栅衍射后光场的推导过程 |
| 2.5 基于角谱衍射理论的双光栅光谱合成数值模拟 |
| 2.5.1 数值模拟条件 |
| 2.5.2 入射线偏振模光场 |
| 2.5.3 双光栅衍射后LP_(01)模光场 |
| 2.5.4 高阶模式对双光栅光谱合成光束质量的影响 |
| 2.6 单光栅光谱合成光束质量 |
| 2.7 单光栅与双光栅光谱合成对比分析 |
| 2.7.1 提高单光栅光谱合成光束质量的方法 |
| 2.7.2 提高双光栅光谱合成光束质量的方法 |
| 2.7.3 双光栅光谱合成方案的优势和不足 |
| 第三章 双光栅光谱合成光束质量影响因素分析 |
| 3.1 双光栅结构参数的物理意义 |
| 3.2 组束间隔对双光栅光谱合成光束质量的影响 |
| 3.3 子束束腰半径对双光栅光谱合成光束质量的影响 |
| 3.4 光谱占空比对双光栅光谱合成光束质量的影响 |
| 3.5 光栅参数失配对双光栅光谱合成光束质量的影响 |
| 3.5.1 光栅周期差异造成的光束质量退化 |
| 3.5.2 光栅色散方向角度失配导致的光束质量退化 |
| 3.5.3 双光栅刻线不平行导致的光束质量退化 |
| 第四章 双光栅光谱合成实验 |
| 4.1 双光栅光谱合成弱光原理实验 |
| 4.2 四路保偏激光双光栅光谱合成实验 |
| 4.3 五路偏振复用双光栅光谱合成实验 |
| 4.4 二十通道偏振复用双光栅光谱合成实验 |
| 4.5 四十通道密集组束型双光栅光谱合成验证实验 |
| 第五章 双光栅光谱合成可定标放大性分析 |
| 5.1 光谱合成效率 |
| 5.2 合成通道拓展能力 |
| 5.3 光栅负载能力 |
| 5.4 窄线宽合成子束输出功率 |
| 5.5 小结 |
| 第六章 复合式光谱合成探索研究 |
| 6.1 复合式合成系统构成 |
| 6.2 共孔径相干合成器件设计 |
| 6.2.1 衍射光学元件 |
| 6.2.2 平板合束器 |
| 第七章 总结和展望 |
| 7.1 论文的主要工作 |
| 7.2 论文的主要创新点 |
| 7.3 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录A 攻读博士期间学术成果 |
（3）光遗传神经修复系统多物理场耦合分析模型及其应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩略词表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光遗传神经修复技术背景 |
| 1.1.1 微生物视蛋白与光遗传学 |
| 1.1.2 人工神经刺激与神经修复学 |
| 1.1.3 光遗传神经修复技术进展 |
| 1.2 光遗传神经修复关键技术研究进展 |
| 1.2.1 光遗传神经刺激 |
| 1.2.2 数学建模和数值分析 |
| 1.2.3 光遗传神经接口和光植入探头 |
| 1.3 光遗传神经修复系统研究进展 |
| 1.3.1 视网膜修复技术背景 |
| 1.3.2 光遗传视网膜修复系统 |
| 1.3.3 光遗传脑皮层修复系统 |
| 1.4 本论文主要研究内容 |
| 1.4.1 研究内容和意义 |
| 1.4.2 论文技术路线和研究框架 |
| 1.4.3 论文章节安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 光遗传神经修复系统多物理场耦合分析模型 |
| 2.1 OGNPS-MPCM总论 |
| 2.1.1 框架与基本出发点 |
| 2.1.2 OGNPS光植入方式 |
| 2.1.3 OGNPS-MPCM子模型 |
| 2.2 光路和光植入模型 |
| 2.2.1 基本方程 |
| 2.2.2 光路分析模型 |
| 2.2.3 神经组织的散射分析 |
| 2.2.4 局部光刺激分析 |
| 2.3 光遗传神经电生理学模型 |
| 2.3.1 ChR2 生物化学基础 |
| 2.3.2 ChR2 状态转移模型 |
| 2.3.3 ChR2-CA3 电生理学模型 |
| 2.4 OGNPS热效应模型 |
| 2.4.1 神经组织传热模型 |
| 2.4.2 OGNPS总体热效应模型 |
| 2.4.3 OGNPS热极限 |
| 2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 OGNPS-MPCM数值分析方法与程序 |
| 3.1 OGNPS-MPCM程序架构 |
| 3.1.1 数值分析流程架构 |
| 3.1.2 程序设计 |
| 3.1.3 数值分析模块 |
| 3.2 光路和光植入模块 |
| 3.2.1 模块架构与功能 |
| 3.2.2 数值方法和求解器 |
| 3.3 OGNPS热效应模块 |
| 3.3.1 模块架构与功能 |
| 3.3.2 热传导FEM求解器 |
| 3.4 光遗传神经电生理学模块 |
| 3.4.1 模块架构与功能 |
| 3.4.2 数值分析方法和求解器 |
| 3.5 本章总结 |
| 参考文献 |
| 第四章 OGNPS-MPCM实验验证 |
| 4.1 光路和光植入模块实验验证和参数分析 |
| 4.1.1 大鼠脑组织切片的光学特性实验系统 |
| 4.1.2 神经组织光学特性参数研究 |
| 4.1.3 局部光刺激在神经组织中的穿透特性 |
| 4.1.4 不同类型光出射端比较研究 |
| 4.2 OGNPS热效应模块实验验证和参数分析 |
| 4.2.1 LED光植入探头热效应实验研究 |
| 4.2.2 神经组织光致热效应研究 |
| 4.3 光遗传神经电生理学模块实验验证和参数分析 |
| 4.3.1 光遗传神经元的ChR2 光电流特性 |
| 4.3.2 神经组织中光遗传神经元放电特性 |
| 4.3.3 光遗传神经元的亚阈值特性 |
| 4.3.4 局部神经活动放电率分布 |
| 4.4 本章总结 |
| 参考文献 |
| 第五章 无源可调光遗传神经刺激方法及探头研究 |
| 5.1 无源可调光遗传神经刺激方法 |
| 5.1.1 光波导模式可调理论及技术 |
| 5.1.2 可调光刺激的光遗传神经元响应 |
| 5.1.3 无源可调光遗传神经刺激系统及探头 |
| 5.2 基于SoS-PLC型光波导的无源可调光遗传神经刺激探头 |
| 5.2.1 SoS-PLC型光波导设计及模式分析 |
| 5.2.2 基于偏移激励的SoS-PLC型光波导模式选择 |
| 5.2.3 神经组织中的可调光刺激 |
| 5.3 可调探头测试芯片的制备和测试 |
| 5.3.1 芯片的制备 |
| 5.3.2 芯片测试系统 |
| 5.3.3 模式选择特性测试结果与讨论 |
| 5.3.4 测试芯片在组织中的可调光刺激 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 有源植入式OGNPS及探头优化设计 |
| 6.1 GaN-μLED有源植入式OGNPS方案 |
| 6.1.1 系统组成和功能分解 |
| 6.1.2 GaN-μLED光电集成探头电路方案 |
| 6.2 GaN-μLED研制与测试 |
| 6.2.1 GaN-μLED制备和封装 |
| 6.2.2 性能测试与分析 |
| 6.3 GaN-μLED光电集成探头优化设计 |
| 6.3.1 探头设计的主要问题 |
| 6.3.2 探头模型与设计目标 |
| 6.3.3 探头结构和布局的热设计 |
| 6.3.4 探头光出射端的光电设计 |
| 6.3.5 光刺激信号设计 |
| 6.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 总结与展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间完成的科研成果 |
| 已发表的期刊论文 |
| 已发表的会议论文 |
| 已授权发明专利 |
| 表格索引 |
| 图形索引 |
（4）光纤集成微纳结构器件的双光子聚合制备及应用（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 光纤光栅 |
| 2.1 双光子聚合制备光纤光栅 |
| 2.2 光纤光栅的应用 |
| 3 光纤微腔干涉仪 |
| 3.1 双光子聚合制备光纤微腔干涉仪 |
| 3.2 光纤微腔干涉仪的应用 |
| 4 衍射光学器件 |
| 4.1 双光子聚合制备光纤集成衍射光学器件 |
| 4.2 光纤集成衍射光学器件的应用 |
| 5 微透镜器件 |
| 5.1 双光子聚合制备光纤集成微透镜 |
| 5.2 光纤集成微透镜的应用 |
| 6 总结与展望 |
（5）基于光场调控和微结构的高性能光探测器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 主要工作及结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 高速、高量子效率光探测器的研究进展 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 PIN-PD在现代通信系统中的应用 |
| 2.3 高速、高量子效率PD的研究现状 |
| 2.3.1 高速、高效率的PIN光探测器 |
| 2.3.2 UTC光探测器 |
| 2.3.3 光探测器阵列 |
| 2.3.4 微结构光探测器的研究现状 |
| 2.3.5 集成微结构器件的光探测器 |
| 2.4 入射光场分布对光探测器的影响的研究 |
| 2.5 PIN-PD的工作机制和主要性能指标 |
| 2.5.1 光探测器中的本构关系 |
| 2.5.2 响应度和量子效率 |
| 2.5.3 光探测器的电带宽和等效电路 |
| 2.5.4 带宽-效率积 |
| 2.5.5 光探测器的暗电流和噪声机制 |
| 2.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 入射光场分布对PIN光探测器性能的影响研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于Silvaco软件的数值计算方法 |
| 3.3 光探测器结构设计 |
| 3.3.1 理论分析 |
| 3.3.2 仿真参数设置 |
| 3.4 入射光场分布设计 |
| 3.5 光场分布影响的PIN光探测器带宽及分析 |
| 3.5.1 相同峰值的光共轴入射 |
| 3.5.2 相同功率的光共轴入射 |
| 3.5.3 器件带宽和输出电流分析 |
| 3.5.4 光探测器中的电场分布 |
| 3.6 水平优化方法和环形分布光场 |
| 3.6.1 水平优化方法 |
| 3.6.2 环形光场设计及器件性能 |
| 3.7 水平优化在C波段和高偏压下的验证 |
| 3.8 基于MATLAB GUI的高斯分布光计算小程序 |
| 3.9 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 控光器件的设计及集成方案 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于光栅的光场设计 |
| 4.2.1 基于光栅的平顶光场设计 |
| 4.2.2 基于InP基亚波长光栅的环形光场设计 |
| 4.3 基于SOI亚波长光栅的相位延迟功分器的设计 |
| 4.3.1 混频器理论分析 |
| 4.3.2 光栅设计 |
| 4.3.3 仿真结果分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 具有空气孔槽微结构的光探测器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于Lumerical的数值计算方法 |
| 5.2.1 基于FDTD的光学数值仿真 |
| 5.2.2 基于CHARGE的电学仿真 |
| 5.2.3 台面型PIN-PD的仿真研究与误差分析 |
| 5.3 HG-MPIN-PD的仿真分析 |
| 5.3.1 HG-MPIN-PD的光学仿真分析 |
| 5.3.2 HG-MPIN-PD的电学仿真分析 |
| 5.4 HG-MPIN-PD的电极分布 |
| 5.4.1 光探测器电极的传输线理论 |
| 5.4.2 HG-MPIN-PD的“方向盘”形电极分布 |
| 5.5 加入氧化层结构的MPIN-PD设计 |
| 5.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 光探测器的制备与性能测试 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 光探测器的性能测试与分析 |
| 6.2.1 入射光场与光探测器的耦合方案 |
| 6.2.2 光探测器的直流特性 |
| 6.2.3 光场分布对光探测器高速性能影响的测试 |
| 6.3 HG-MPIN-PD外延片的质量测试与分析 |
| 6.3.1 晶格匹配度测试 |
| 6.3.2 外延层掺杂浓度测试 |
| 6.4 HG-MPIN-PD的制备 |
| 6.4.1 版图设计 |
| 6.4.2 后工艺中的主要步骤 |
| 6.4.3 HG-MPIN-PD的制备 |
| 6.4.4 HG-MPIN-PD的性能测试 |
| 6.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 未来工作展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表学术论文 |
（6）光纤传像元件固定图案噪声形成机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光纤传像元件 |
| 1.2.1 光纤传像元件工作原理和结构 |
| 1.2.2 光纤传像元件制备工艺 |
| 1.2.3 光纤传像元件性能 |
| 1.2.4 应用领域及存在的问题 |
| 1.3 光纤传像元件固定图案噪声的研究现状 |
| 1.3.1 固定图案噪声研究理论基础 |
| 1.3.2 斑点、鸡丝的定义和检测标准 |
| 1.3.3 网格的定义和检测标准 |
| 1.3.4 固定图案噪声检测技术的研究 |
| 1.3.5 发展趋势及问题 |
| 1.4 本文的研究目的和研究内容 |
| 1.4.1 研究目的 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 第二章 光纤传像元件样品制备与测试 |
| 2.1 主要原材料、仪器设备 |
| 2.1.1 主要原材料 |
| 2.1.2 主要仪器 |
| 2.2 实验样品制备 |
| 2.2.1 光纤传像元件制备 |
| 2.2.2 切片实验样品制备 |
| 2.3 原材料性能表征 |
| 2.3.1 折射率 |
| 2.3.2 透过率和反射率 |
| 2.3.3 膨胀系数、转变温度及软化温度点 |
| 2.4 光纤传像元件成像性能表征 |
| 2.4.1 分辨率 |
| 2.4.2 对比度 |
| 2.4.3 透过率 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 固定图案噪声的表现及其影响因素 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 斑点、鸡丝噪声的产生原因 |
| 3.2.1 光纤传像元件内固有缺陷 |
| 3.2.2 扭转工艺对于斑点、鸡丝的影响 |
| 3.2.3 拉伸工艺对于斑点、鸡丝的影响 |
| 3.3 网格噪声的产生原因 |
| 3.3.1 扭转工艺对网格噪声的影响 |
| 3.3.2 结构对网格噪声的影响 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 固定图案噪声形成模拟及验证 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 理论模拟物理基础 |
| 4.3 模拟过程材料基础参数 |
| 4.3.1 原材料折射率 |
| 4.3.2 原材料透过率与反射率 |
| 4.4 固定图案噪声形成的理论模拟及机理分析 |
| 4.4.1 斑点、鸡丝形成机理的理论模拟及分析 |
| 4.4.2 网格形成机理的理论模拟及分析 |
| 4.5 斑点、鸡丝噪声实验验证 |
| 4.5.1 样品制备过程 |
| 4.5.2 验证结果及分析 |
| 4.6 网格噪声实验验证 |
| 4.6.1 工艺设计及制备过程 |
| 4.6.2 验证结果及分析 |
| 4.7 小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 创新点 |
| 5.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间参加科研情况及取得的研究成果 |
| 致谢 |
（7）血运光学传感解调方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.1.1 血氧饱和度检测技术 |
| 1.1.2 光纤光栅解调技术 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 血氧饱和度检测技术 |
| 1.2.2 光纤光栅解调技术 |
| 1.2.3 微环谐振器 |
| 1.3 论文的主要工作内容 |
| 1.4 论文的组织结构 |
| 第二章 耦合模理论及光纤光栅解调技术 |
| 2.1 光纤耦合模理论 |
| 2.1.1 耦合模方程 |
| 2.1.2 双波导耦合模理论 |
| 2.2 琼斯矩阵算法理论 |
| 2.3 光纤布拉格光栅解调技术 |
| 2.3.1 边缘滤波法 |
| 2.3.2 匹配光栅法 |
| 2.3.3 可调谐滤波法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 全光纤组合器件传输特性分析 |
| 3.1 全光纤单级马赫曾德尔干涉结构传输特性研究 |
| 3.1.1 全光纤单级马赫曾德尔干涉结构理论模型 |
| 3.1.2 解调特性仿真分析 |
| 3.2 全光纤多级马赫曾德尔干涉结构传输特性研究 |
| 3.2.1 全光纤多级马赫曾德尔干涉结构理论模型 |
| 3.2.2 解调特性仿真分析 |
| 3.3 全光纤微环谐振器传输特性研究 |
| 3.3.1 全光纤微环谐振器理论模型 |
| 3.3.2 解调特性仿真分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于微谐振环的全光纤双路边缘解调方案 |
| 4.1 基于微谐振环的全光纤双路边缘解调系统方案 |
| 4.1.1 全光纤双路边缘解调系统 |
| 4.1.2 结构模型与理论分析 |
| 4.2 解调特性仿真分析 |
| 4.2.1 微环累计相位与干涉臂相位差对解调特性的影响 |
| 4.2.2 微环耦合系数对解调特性的影响 |
| 4.2.3 光纤耦合器耦合角对解调特性的影响 |
| 4.2.4 微环传输损耗因子对解调特性的影响 |
| 4.3 基于LabVIEW的光栅传感器上位机温度监测软件 |
| 4.3.1 LabVIEW图形化编程介绍 |
| 4.3.2 软件系统功能设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 适用于皮瓣血运检测的光学传感系统方案 |
| 5.1 皮瓣血运检测光学传感系统整体框图 |
| 5.2 双波长多探测器的全方位血氧饱和度测量方案 |
| 5.2.1 光学组织传播理论 |
| 5.2.2 全方位血氧饱和度测量理论模型 |
| 5.2.3 全方位血氧饱和度测量系统方案 |
| 5.3 温度在线监测方案 |
| 5.4 传感系统实验数据分析 |
| 5.5 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 |
| 攻读学位期间发表论文情况 |
（8）波长可切换可调谐掺铒脉冲光纤激光器的研究（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 可切换可调谐脉冲光纤激光器的研究及进展 |
| 1.2.1 脉冲光纤激光器的基本原理及研究 |
| 1.2.2 可切换可调谐掺铒光纤连续激光器的研究进展 |
| 1.2.3 可切换可调谐掺铒光纤脉冲激光器的最新进展 |
| 1.3 本论文的主要创新点和工作内容 |
| 第二章 脉冲光纤激光器原理及波长可切换可调谐技术 |
| 2.1 脉冲光纤激光器原理 |
| 2.1.1 激光产生原理 |
| 2.1.2 光纤激光器调Q原理 |
| 2.1.3 光纤激光器锁模原理 |
| 2.2 波长可切换可调谐技术 |
| 2.2.1 滤波效应及常用调谐滤波器 |
| 2.2.2 Sagnac滤波器理论分析及其数值仿真 |
| 2.2.3 PMF-SMF-PMF滤波器理论分析及其数值仿真 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 基于Sagnac环的可切换可调谐掺铒调Q光纤激光器 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 Sagnac环的构成及滤波原理 |
| 3.2.1 滤波器透射谱数值仿真 |
| 3.2.2 基于保偏光纤的Sagnac实验装置 |
| 3.2.3 可切换可调谐原理及分析 |
| 3.3 基于Sagnac环的可切换可调谐掺铒调Q光纤激光器 |
| 3.3.1 实验装置 |
| 3.3.2 实验结果与分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于PMF-SMF-PMF滤波器的可切换可调谐脉冲光纤激光器 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 PMF-SMF-PMF滤波器的构成及滤波原理 |
| 4.2.1 PMF-SMF-PMF滤波器的数值模拟 |
| 4.2.2 PMF-SMF-PMF滤波器装置 |
| 4.2.3 滤波器波长可切换可调谐原理 |
| 4.3 基于PMF-SMF-PMF滤波器的可切换可调谐脉冲光纤激光器 |
| 4.3.1 实验装置 |
| 4.3.2 实验结果与分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 全文工作总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的科研成果 |
| 致谢 |
（9）10kW矩形光斑空间非相干合束器设计及热分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 高功率光纤传输激光器发展现状 |
| 1.3 高功率激光致光学元件热畸变的国内外研究 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第二章 高功率激光空间非相干合束技术研究 |
| 2.1 空间非相干合束系统研究 |
| 2.1.1 偏振合束 |
| 2.1.2 波长合束 |
| 2.1.3 空间合束 |
| 2.2 矩形光斑合束器的光学设计 |
| 2.2.1 矩形光斑合束方案 |
| 2.2.2 准直单元的光学设计 |
| 2.2.3 合束单元的光学设计 |
| 2.3 合束器的研制 |
| 2.4 本章小节 |
| 第三章 激光照射光学透镜的有限元分析 |
| 3.1 有限元分析方法 |
| 3.2 热分析理论基础 |
| 3.2.1 热传导理论分析 |
| 3.2.2 热传导中温度场的数学描述 |
| 3.2.3 热应力应变的数学描述 |
| 3.3 光学透镜仿真模型研究 |
| 3.3.1 合束器窗口镜的实际温度研究 |
| 3.3.2 仿真模型的基本参数 |
| 3.3.2.1 材料参数的设定 |
| 3.3.2.2 几何模型及网格划分 |
| 3.3.2.3 时间步长的设定 |
| 3.3.2.4 热源模型 |
| 3.3.3 对流换热系数对温度的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 矩形光斑合束器热分析 |
| 4.1 矩形光斑合束器建模 |
| 4.2 光学透镜热分析 |
| 4.3 受激光辐照光学元件的温度分布规律 |
| 4.4 受激光辐照光学元件的应力分布规律 |
| 4.5 光学元件热畸变对合束系统的影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间取得的科研成果 |
（10）集成光子学中的微结构器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 硅基光子学 |
| 1.3 微结构阵列元件 |
| 1.4 梯度折射率与超材料 |
| 1.5 本文研究的内容和意义 |
| 第2章 硅基超表面梯度折射率透镜 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 相关理论 |
| 2.2.1 SOI平板波导色散方程 |
| 2.2.2 等效介质理论 |
| 2.2.3 时域有限差分法 |
| 2.3 硅基超表面伦伯透镜 |
| 2.3.1 理论模型 |
| 2.3.2 理论设计 |
| 2.3.3 仿真验证 |
| 2.4 伦伯透镜耦合器 |
| 2.4.1 光纤与芯片的耦合 |
| 2.4.2 设计与验证 |
| 2.5 小结 |
| 第3章 硅基超表面偏振分束器 |
| 3.1 引言 |
| 3.1.1 背景 |
| 3.1.2 集成式偏振分束器发展现状 |
| 3.1.3 硅基超表面偏振分束器 |
| 3.2 理论设计 |
| 3.3 仿真验证 |
| 3.4 稳定性分析 |
| 3.5 小结 |
| 第4章 基于相变材料的微结构光开关 |
| 4.1 引言 |
| 4.1.1 背景 |
| 4.1.2 集成式光开关发展现状 |
| 4.1.3 基于相变材料的光开关 |
| 4.1.4 相变材料简介 |
| 4.2 基于相变材料的微纳结构光开关 |
| 4.2.1 理论设计 |
| 4.2.2 仿真验证 |
| 4.3 小结 |
| 第5章 表面等离激元超表面伦伯透镜与耦合器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 表面等离激元色散方程 |
| 5.3 表面等离激元超表面伦伯透镜 |
| 5.3.1 表面等离激元伦伯透镜发展过程 |
| 5.3.2 理论设计 |
| 5.3.3 仿真验证与稳定性分析 |
| 5.3.4 表面等离激元伦伯透镜耦合器 |
| 5.4 小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 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 |
四、Recent Progress on Fiber-Based Optical Components（论文参考文献）
- [1]高光谱成像激光雷达光纤阵列焦面分光技术[D]. 钱立勇. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [2]基于双光栅的光纤激光光谱合成[D]. 颜宏. 中国工程物理研究院, 2019
- [3]光遗传神经修复系统多物理场耦合分析模型及其应用[D]. 董纳. 东南大学, 2018(03)
- [4]光纤集成微纳结构器件的双光子聚合制备及应用[J]. 廖常锐,李博哲,邹梦强,熊聪,朱梦,余建,李驰,王义平. 激光与光电子学进展, 2021(13)
- [5]基于光场调控和微结构的高性能光探测器的研究[D]. 牛慧娟. 北京邮电大学, 2021
- [6]光纤传像元件固定图案噪声形成机理研究[D]. 焦朋. 中国建筑材料科学研究总院, 2021
- [7]血运光学传感解调方法研究[D]. 贺静. 北京邮电大学, 2021(01)
- [8]波长可切换可调谐掺铒脉冲光纤激光器的研究[D]. 陈双成. 西北大学, 2021(12)
- [9]10kW矩形光斑空间非相干合束器设计及热分析[D]. 王艺. 西北大学, 2021(12)
- [10]集成光子学中的微结构器件研究[D]. 张磊. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所), 2021(01)