一、基于Fabry-Perot结构的可调波长选择光开关（论文文献综述）
张欠欠[1]（2021）在《高精细度光纤Fabry-Perot腔》文中指出法布里-珀罗（Fabry-Perot）腔能显着增强光与物质的相互作用,在国防建设以及国民生产中应用范围非常广泛,涵盖量子通信、量子网络、精密测量、激光技术等各种工程技术和科学领域。而基于光纤的Fabry-Perot腔更是由于具有尺寸小、精细度高、开放、可调谐、固有光纤耦合和耐恶劣环境等突出优点,近年来,不仅推动了原子,分子,离子,色心,碳纳米管,量子点等的腔量子电动力学和腔光力学等基础研究领域的发展,而且在应用研究领域也发挥了重要作用。一方面人们预计其是未来实现优异性能单光子源、原子纠缠态、高保真量子存储器和量子网络等量子技术最有潜力的工具,另一方面基于光纤Fabry-Perot腔的拉曼光谱仪,新扫描显微镜技术和光纤传感器等工程器件也已经被相继提出。因此,进行光纤Fabry-Perot腔的研制及其应用研究具有非常重要的科学意义和应用价值。基于以上原因,本人在硕士研究生期间开展了用二氧化碳激光脉冲烧蚀光纤端面制备光纤镜进而搭建光纤Fabry-Perot腔的实验研究。论文具体内容包括:1)总结了光纤Fabry-Perot腔的特点,国内外研究进展和应用方向,归纳了二氧化碳激光烧蚀法制备光纤镜的工艺改良方案;2)基于宏观Fabry-Perot腔的相关概念建立了光纤Fabry-Perot腔的理论模型,以指导设计搭建光纤Fabry-Perot腔;3)介绍了我们建造光纤端面凹槽微结构的实验光路,加工流程及最终建造出的光纤端面凹槽微结构的形貌特点,分析了我们初步搭建的光纤FabryPerot腔的测试结果;4)介绍了将端面具有凹槽微结构的单模光纤与普通单模光纤熔接来构建超短腔长光纤Fabry-Perot干涉仪的新方法,并理论分析和实验测试了此种类型的光纤Fabry-Perot干涉仪用作高灵敏度应变传感器的可行性。
宋娜[2]（2021）在《基于机器学习算法的光纤FP压力传感器测量方法的研究》文中认为对于一个仰卧的成年人,颅内压通常为0.78-1.76kPa,但某些神经系统的疾病可能导致颅内压升高。所以在神经外科和神经学评估中,对颅内压升高的准确监测是非常重要的,而且要求监测设备体积小,重量轻,集成度高。光纤压力传感器广泛应用于颅内压力监测领域。利用光纤压力传感器对颅内压进行监测,在其解调技术方面也有很高的要求。近些年,在提高解调压力精度的方面,不断有研究人士提出解决方案。本论文设计了一个基于机器学习光谱分析方法的颅内压测量嵌入式仪器,首先设计实现了硬件电路和测量装置,并进行电路的制作和测试。然后搭配多元线性回归和BP（Back Propagation）神经网络两种机器学习的光谱分析方法,利用反射光谱信息对压力进行解调,并对两种方法进行仿真验证和实验分析验证。通过不断对所设计电路和算法进行调整优化,最终使该嵌入式仪器达到医疗要求的标准。整个系统将光纤压力传感与嵌入式系统相结合,可以实时监测光源温度并使其保持恒定,从而大大减小了光源扰动对反射光谱的影响。另外通过机器学习算法使解调过程更加简单便捷,解决了解调系统结果误差大、精度低的问题。从系统电路设计和解调算法两大方面优化使整个颅内压测量系统在精确度和稳定性等方面大大提高。同时嵌入式颅内压测量仪器集成度高、体积小,集成光谱仪的仪器核心部分大小只有20cm× 14cm,无需与PC机搭配使用,操作简单,减少空间占地。因此,本论文设计的颅内压测量嵌入式仪器具有很高的实用性,它在临床医学领域具有很大的应用潜力。本文首先阐述了颅内压监测技术的原理及研究现状,接下来介绍了传统的光谱解调分析方法,并对其优缺点和适应条件做出了详细介绍。在此基础上提出了使用机器学习算法对传感光谱进行分析解调,分别是多元线性回归和BP神经网络两种机器学习算法,通过两种方法的仿真对其原理进行了可行性验证,并对模型各方面的性能指标进行比较,之后不断优化调整机器学习模型以达到预设目标。接下来设计了颅内压测量系统的硬件部分,包括光源驱动模块、光源温度测控模块、光开关、光纤耦合器、光谱仪等,并进行实验验证上述分析算法,最后在主控制嵌入式系统上做机器学习算法的部署。本文的具体工作如下:.（1）介绍了关于法布里-珀罗光纤压力传感器的发展现状和具体应用领域,以及法布里-珀罗光纤压力传感器的工作原理和分类,并分析了传统光谱分析方法的理论研究现状及对它们的优缺点进行对比。在充分调研的基础上,提出了机器学习光谱分析算法,弥补传统光谱分析方法的不足,降低了解调算法的复杂度,提高了解调压力的精确度。（2）针对提出的机器学习光谱分析方法,设计了基于高性能嵌入式处理器的颅内压测量系统,包括光源的恒流驱动电路,基于单片机的光源温度测控电路以及利用光开关实现光谱采集的控制电路等。光源温度控制模块是通过单片机输出PWM信号,PWM信号改变占空比调节加热电阻的发热功率来实现的。温度实验结果表明加热电路可以从初始温度加热到40℃并维持稳定,通过控制光源温度保持恒定,减小光源对反射光谱的干扰从而提高解调压力的精确度。本嵌入式测量仪器具有集成度高、体积小、实时监控、温度补偿性好、操作简单等优点。（3）实现高性能嵌入式处理器与单片机温度控制电路和光谱仪采集部分之间的通信,达到实时读取光源温度以及反射光谱信息的目的。同时,搭建机器学习模型,对算法进行原理性验证并分析仿真结果。通过不断优化模型参数和调整算法达到预设的准确率,模型建立完毕后,再进行实验测量进行验证,得出模型的实际准确率以及其泛化能力。在多元线性回归模型中,真实最大值波长与预测波长之间的误差在0.0305nm,拟合度约为0.9992,而在BP神经网络模型中,预测的中心波长平均误差约在0.0264nm,拟合度约为0.99994。（4）搭建压力控制系统对光纤法布里-珀罗传感器进行压力作用,利用光开关对入射光谱和反射光谱分别进行采集,并进行光谱平滑和SG滤波处理,然后利用搭建好的机器学习算法模型,实现对压力的解调,并对实验数据进行拟合分析,光纤法布里-珀罗传感器的灵敏度约为0.03097nm/kPa。预测压力值与真实压力值之间的拟合度大约在0.998。在0-45kPa范围内,解调压力可以根据传感反射光谱数据进行分析,进一步验证了理论分析结论的可靠性。
马亮[3]（2021）在《基于硫系相变材料的彩色、多状态透射调制薄膜研究》文中进行了进一步梳理彩色、多状态透射调制薄膜（FMTM）指的是具有一定颜色且在加热或电场等外界激励条件下可见-近红外透射率可以实现多档位调制的功能薄膜。FMTM在装饰型智能窗、伪装型防激光窗口、透明显示器以及能量转换设备等领域存在重要应用。例如,将FMTM沉积在装饰型建筑物的玻璃幕墙内表面,它不但提供特定的颜色以满足建筑美学要求,而且提供多档位可调节的太阳辐射以满足冬暖夏凉的节能要求。截止目前,研究者已进行了大量研究,但是仍旧存在以下问题:（1）传统的透射调制薄膜颜色单一,难以实现高饱和度颜色。传统的透射调制薄膜有三氧化钨（WO3）,二氧化钒（VO2）及硫系相变材料（PCM）等。这些材料一般在太阳光波段（300-2500 nm）都具有多状态透射率可调的特征,但都不具有理想的RGB颜色。因此,为了实现透射率调制与任意颜色的集成,需要利用这些透射率可调材料构建特殊光学腔。（2）传统非对称法布里-珀罗腔（F-P）结构可以实现彩色,却难以实现透射调制。非对称F-P腔结构具有干涉引起的选择性反射增强效应,是产生结构色的常见方法之一。为了在产生彩色的同时获得多状态透射可调的特性,F-P腔结构不但需要具备选择性反射增强效应,还应该具有多状态吸收调制特性。然而,目前非对称F-P腔中的反射层都局限于Ag、Pt、Au、Al等纯金属的使用,无法实现彩色和多状态透射调制的集成。在本论文中,我们通过设计了一种以一对高和低相变激活能的硫系相变材料作为反射层的非对称F-P腔（简称为“PCM对”F-P腔）,实现了彩色以及多状态透射调制性能在一个薄膜中的组合,这归因于“PCM对”引起了传统F-P腔不具有的选择性反射增强和梯度吸收的耦合效应。主要研究分为两个方面:（1）Sb2Te3/Ge Te/ITO（PCM pair=Sb2Te3/Ge Te,SGI）膜系的彩色和多状态透射调制性能研究。通过SGI膜系的仿真和实验,我们证明了选择性反射起源于“PCM对”与不同厚度的ITO之间的光干涉效应,这实现了褐色、浅绿色、藤黄色等彩色调制。梯度吸收起源于“PCM对”的多级无序-有序相变引起了多阶段电子离域,这在增加载流子吸收的同时还引起了额外的界面吸收,因此导致了四个水平的、高对比度的透射率调制。（2）“PCM对”的微结构设计准则和材料图谱。高光学对比度的筛选标准为低杂化度和低离化度,高相变激活能的标准为低空位浓度和低平均原子序数。因此,本研究为解决彩色与透射率调制难以集成的问题提供了“PCM对”F-P腔设计原则和候选材料。
郑爽[4]（2020）在《光场物理维度调控的光子集成器件研究》文中认为光场具有多个物理维度资源,包括光的波长/频率、幅度、相位、偏振、时间以及空间结构等,已经广泛应用于与光相关的各个领域。其中,在光通信领域,为进一步提升光通信系统的通信容量,与光波长维度相关的波分复用技术已被广泛使用,与空间结构相关的空分/模分复用技术也被视为一种极有前景的解决方案。传统用来操控光场的光学器件大多存在功能单一、集成度不高、可重构和可调谐性不足等缺点,不利于光通信系统中的灵活管理。相比之下,近年来,新兴的硅基光子集成技术快速发展,以其与CMOS兼容、高集成度等突出优点引起了广泛关注,为光与电的真正融合提供了新的平台和契机,大大促进了光电子集成技术的发展。本文主要研究利用光子集成器件对光波长、常规波导模式和结构光场等维度的调控,具体内容如下:（1）理论和实验研究了硅基光子集成器件对波长/频率维度的调控。（1）理论和实验研究了基于法布里-珀罗（Fabry–Pérot,FP）谐振腔的可调谐梳状滤波器,其中通过调控萨格纳克（Sagnac）环的反射和透射系数,实现对滤波器波长和带宽的调控。（2）通过控制微环谐振腔与FP腔之间的耦合状态,理论和实验实现了片上法诺（Fano）共振和电磁诱导透明（Electromagnetically Induced Transparency,EIT）谱型。（3）实验制备了多功能处理器,通过集成两个16通道阵列波导光栅和16个可全场调控的马赫-曾德尔干涉仪结构（Mach-Zehnder Interferometer,MZI）,成功实现了间隔可调的可编程滤波器和16通道的可重构上传下载功能,并基于该器件演示了高速信号的传输实验验证。（4）通过借鉴传统电子FPGA（Field Programmable Gate Array）的概念,设计并制备了光“FPGA”结构,实验验证了该器件的可编程能力,包括构建各种滤波器、延时线和光开关等。（2）理论和实验研究了硅基集成器件对常规波导模式的调控。（1）研制了基于微环谐振腔辅助的高阶模式复用器。（2）将Fano共振的概念引入到模式领域,提出了多模Fano共振,理论和实验实现了两模式的Fano共振,并将该器件应用于低功耗的模式光交换。（3）实验制备了片上中红外波段的4模式（解）复用器,并进行了片上模分复用高速通信实验。（3）理论和实验研究了有源和无源集成器件对结构光场的调控。（1）基于简洁的环形光栅结构,理论和实验研究了高阶涡旋光的检测。（2）通过特殊设计凹槽波导结构,理论提出并仿真验证了基于平面硅基波导的涡旋光产生器和复用器。（3）理论和实验研究了高速直调的集成矢量光激光器。基于有源的微环谐振腔结构,通过设计微环腔顶部和侧壁的二阶光栅结构实现了高边模抑制比的单模激射,该激射模式为矢量结构光场。此外,制备的直调激光器速率可达20 Gbits/s,并应用于2 km光纤矢量本征模传输实验。同时,提出了同心环谐振腔结构,可应用于矢量模式高速复用通信。（4）基于硅基光子集成平台,设计制备了多维度光发射阵列,实现对光场空间幅度、相位、偏振三个维度的动态独立调控。制备了4×4光发射阵列,通过对超过70个电极控制单元的调控,实验测得了各种复杂光场的产生结果,包括±1和±2阶涡旋光、高阶邦加球上8种矢量光场以及更为复杂的矢量涡旋光。
张维佳[5]（2020）在《应用于5G通信系统的耦合式光电振荡器研究》文中认为随着通信技术的迅猛发展,电子系统业务量快速增加,高频率、大带宽、多频段一体化的技术需求对未来电子系统提出巨大挑战。作为射频接收前端核心模块,振荡器直接决定着通信系统的信号处理能力。鉴于传统微波振荡器在进一步提升相位噪声、频率调谐范围等指标方面的困难,引入微波与光子技术结合的光电振荡器（Optoel Ectronic Oscillator,OEO）技术解决射频接收前端关键问题,已成为一个重要研究方向。本文以5G通信系统射频接收前端为应用背景,建立了耦合式光电振荡器（Coupled Optoel Ectronic Oscillator,COEO）的相位噪声相位域以及频率调谐模型,进而深入研究了宽带频率可调谐COEO的关键技术与系统设计。结合本振对微波光子下变频系统影响的量化模型,设计了一种双本振架构的微波光子下变频系统,同时验证了可调谐COEO的性能。本文具体工作如下:（1）为实现COEO的宽带可调,首次提出一种压控可调光纤法布里泊罗耦合式光电振荡器（Fiber Fabry-Perot Coupled Optoel Ectronic Oscillator,FFP-COEO）的设计方案。振荡器无需激光光源提供能量,通过电压控制法布里泊罗腔腔长,进而改变起振频率,实现COEO频率可调。振荡器工作带宽为24-38GHz,在输出频率为24GHz时,边模抑制比可达47.4d B,输出功率大于11d Bm,能够为基于正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）的5G新空口（5G New Ratio,5G NR）FR2波段（24.2-52.6 GHz）提供高性能本振信号。（2）结合5G NR通信FR1频段（450MHz-6GHz）应用需求,设计了一种基于光纤光栅Sagnac环的低相位噪声频率可调COEO。通过调节光纤光栅Sagnac环臂长差和光谱波长间隔改变起振频率,振荡器工作带宽为1.3-18.3GHz,频率调谐步长20.2MHz/0.01mm。通过改进光环路滤波性能以及增加二次锁模环路,进一步优化了系统的相位噪声,在产生18.3GHz微波信号时,振荡器的相位噪声仅为-126d Bc/Hz@10KHz。（3）深入分析了本振对微波光子下变频系统的影响,建立了本振直流偏置电压及相位噪声对微波光子下变频系统影响的量化模型,并通过Optisystem软件仿真及数据分析对模型进行了验证,可为微波光子下变频系统设计提供参考。（4）针对5G NR通信FR1频段（450MHz-6GHz）,结合量化模型,设计了一种基于光纤光栅Sagnac的可调COEO与微波压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator,VCO）的双本振结构微波光子下变频系统,并通过实验对系统各通路性能进行了验证。系统采用复用本振源架构,通过鉴频鉴相器（Phase Frequency Detector,PFD）以及电压比较器将接收到的射频信号划分为高、低频段,由比较器输出控制光开关选择本振。双本振结构微波光子下变频系统既解决了光电振荡器难以提供低频本振信号的问题,同时也可以根据不同通信频段的需要,增减本振通路数量,实现系统接收频段的拓展。该架构的微波光子下变频系统具有较强的可重构性。本文研究了应用于5G通信的耦合式光电振荡器,采用光环路替代激光光源结构,通过调节梳状滤波腔参数改变输出光谱模式间隔,从而达到宽带调谐目的。与现有OEO相比,具有低相噪、宽带可调等显着优势。此外,结合本振源对微波光子下变频系统影响的量化模型,通过设计双本振结构微波光子下变频系统,进一步验证了宽带频率可调谐COEO的性能优势。论文研究成果将有助于推动5G通信系统的发展应用。
黄灿[6]（2020）在《钙钛矿基微纳激光器及其调控研究》文中研究表明现代信息技术一个重要发展趋势是器件的小型化、低功耗、以及工作速度的提升。半导体激光器在实际应用和科学研究中均扮演着重要角色,近年来,关于半导体激光器的小型化研究取得了很大进展。然而到目前为止,在实用层面上微纳激光器件仍面临较大的光损耗、较高的激光阈值等问题。为实现可应用层面的微纳激光器,对于寻找高增益、低损耗的新型半导体材料以及更合理的腔体设计的研究一直在进行。近年来,卤化铅钙钛矿半导体在光伏器件领域异军突起,在可见光波段,卤化铅钙钛矿材料作为一种理想的激光增益材料用于制备微纳激光的研究目前已经取得一些进展。然而,目前对钙钛矿微纳激光器的研究仍然有很大提升空间。为此本论文从材料光学性能、腔体优化设计、以及激光发射时域调控等方面展开进一步研究,实现了卤化铅钙钛矿微纳激光器的性能的进一步提升:（1）从增益材料角度出发,针对卤化铅钙钛矿单晶材料中的激子效应不够显着、缺乏机械柔性以及不易于其他光学平台集成的特点,本文首先介绍了制备钙钛矿纳米薄片的溶液合成法以及化学气相沉积法两种制备方法。在测量利用溶液法合成的少层钙钛矿的线性光学性质时发现其吸收和光致发光光谱相对三维钙钛矿均明显蓝移,且蓝移量与材料层数紧密相关,从而证实了量子限域效应和介电屏蔽效应对材料能带的影响。其次,在研究其三次谐波信号产生时发现在材料的激子吸收峰附近三次谐波信号出现峰值,并且强光泵浦下三次谐波峰值蓝移,证明了激子效应可以显着影响材料中的三次谐波产生过程。在利用化学气相沉积法合成的钙钛矿纳米薄片中,样品横向尺寸可达百微米且具有良好的机械柔性,飞秒泵浦下可发射激光,表明这种材料在微纳激光领域内具有潜在的应用价值。（2）从腔体设计角度出发,本文通过电子束曝光和等离子体刻蚀等技术制备功能性的氮化硅基底,并通过纳米转移的方法,制备出钙钛矿薄片和氮化硅基底的混合结构微腔激光器,并在实验上实现了钙钛矿激光的波长调谐、模式数目控制、方向发射、激光阵列发射以及耦合腔激光相互作用等功能,展示了一种不产生损伤钙钛矿材料光学性能并精确调控其激光行为的方法。（3）作为一种可以突破光学衍射极限的方案,表面等离子体激光器有望在未来的集成光学中发挥重要作用。本文随后研究了基于卤化铅钙钛矿的混合模式表面等离子体激光器。实验中首先以器件发射光的偏振、拟合的自发辐射系数、激光器阈值和钙钛矿增益层厚度之间的对应关系以及发射激光的瞬态时间响应作为判据,证实器件可以发射基于混合模式表面等离子体共振模式的纳米激光。随后还通过化学气相沉积的方法改变材料中卤族元素的配比从而调节表面等离子体激光器的发射波长。此外,通过制备钙钛矿/金属/氧化硅微盘,以及钙钛矿/金属/氧化硅条形槽阵列证实可以由基底形状调控表面等离子体激光模式。（4）在时域调控方面,利用连续区束缚态这一概念,本文研究了钙钛矿发射激光的时域信号调控。实验中首先利用钙钛矿薄膜制备平板光子晶体,论证了所设计的结构可以产生基于对称保护型连续区束缚态的单模激光。随后利用连续区束缚态中远场特性,引入折射率虚部这一新的自由度,通过控制光与泵浦光不重合的空间泵浦构型改变钙钛矿平板光子晶体中折射率虚部的不对称分布,引起平板光子晶体中连续区束缚态模式激光远场偏振特性的改变,直接对激光的远场图案进行调制进而实现了光开关功能。实验中得到的激光调制速度可达1.5 ps。
况银丽[7]（2020）在《基于非对称空间外差干涉仪的多普勒测速技术研究》文中研究说明随着航天技术的发展,越来越多的航天器被送入深空轨道。为了降低地面支持成本,提高航天器自主运行、管理和在轨生存能力,深空探测器必须能够自主导航和自我控制。基于速度测量的自主天文导航方法能够直接测量速度信息,有效避免了微积分对速度参量计算的影响,在深空探测自主导航领域具有广阔的应用前景。被动径向速度测量技术中,多普勒非对称空间外差（Doppler Asymmetri Spatial Heterodyne,DASH）光谱技术具有结构紧凑坚固、光通量大、允许多谱线同时测量等优点,能够利用天体光谱线静态测量恒星和深空探测器之间的径向速度,非常适合用于深空探测自主天文导航。深空探测器与恒星之间存在径向运动时,DASH干涉仪接收的恒星光谱线发生频移,从而导致干涉仪干涉条纹产生相移,通过测量该相移可以反算恒星与深空探测器之间的径向速度。本文围绕DASH光谱技术高精度径向速度测量问题,研究了探测器噪声、环境温度变化等对DASH径向速度测量精度的影响,给出了最大相移灵敏度对应的最优光程差,通过理论推导将吸收线径向速度求解问题转化为了发射线径向速度求解问题,为DASH光谱技术应用于针对吸收线的径向速度测量提供了一条行之有效的技术途径。本论文主要研究内容如下:首先,详细介绍了DASH光谱技术利用恒星光谱线进行径向速度测量的原理,给出了可用于深空导航的DASH干涉仪结构,分析了采样光程差、视场等参数对DASH干涉仪性能的影响,研究表明:DASH系统干涉条纹相移大小和采样光程差成正比,通过改变光程差大小可以提高系统相移灵敏度。此外,分析了恒星光谱线特性,指出恒星光谱线既包含发射线、也包含吸收线,为了应对深空导航复杂多变的环境,DASH光谱测速技术需要在两种光谱线下都能够实现高精度径向速度提取。其次,通过分析采样光程差对干涉条纹相移灵敏度的影响,给出了发射光谱下最大相移灵敏度对应的最优光程差计算式。针对低光谱分辨率的DASH干涉仪无法分辨恒星多条发射线的问题,提出了直接计算频谱波包相移的数据处理方法,该方法既保证了径向速度反演精度,又降低了对DASH干涉仪光谱分辨率的要求。此外,通过理论分析和室内实验研究了探测器噪声、环境温度变化对DASH光谱技术径向速度测量精度的影响,研究结果表明,提升干涉条纹对比度可以抑制探测器噪声引入的相位漂移,利用频率相近的参考光可以追踪温度变化引入的相位漂移。最后,理论推导了DASH干涉仪恒星吸收光谱干涉条纹光强分布,给出了吸收光谱下最大相移灵敏度对应的最优光程差表达式,以及基于吸收光谱的DASH干涉仪径向速度反演方法,并开展了基于太阳吸收谱线的径向速度测量实验,研究表明:吸收光谱干涉条纹由不发生频移的截取廓线所产生的干涉条纹和廓线内发生频移的吸收线所产生的干涉条纹叠加而成,通过提取部分干涉条纹可以将与吸收线相关的干涉条纹分离,分离出的干涉条纹可以利用发射光谱干涉条纹数据处理方法提取径向速度。此外,针对吸收光谱干涉条纹对比度较低这一问题,分析了干涉条纹对比度的影响因素,数值计算表明,吸收线吸收深度越深、线宽越宽、数目越多,滤波片带宽越窄,干涉条纹对比度越高。围绕深空探测领域DASH光谱技术高精度径向速度测量问题,本文给出了发射光谱和吸收光谱最大相移灵敏度对应的最优光程差计算公式,统一了两种光谱线下DASH光谱技术径向速度提取方法,分析了吸收光谱干涉条纹对比度的影响因素,为DASH光谱测速技术用于深空探测器自主天文导航奠定了基础。
王彬[8]（2020）在《金属蝶形纳米天线阵列结构的局域表面等离激元共振特性及其应用研究》文中研究说明金属纳米结构,由于其特有的局域表面等离激元共振（Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR）特性,成为近些年来一个重要的研究方向。在特定波长的光照射下,由于LSPR的耦合作用,金属纳米结构的表面或附近会形成一个局域增强的电磁场,同时自由空间中的光被限制在亚波长范围内,从而打破传统的衍射极限限制。尤其是金属的蝶形纳米天线（Bowtie Nanoantenna,BNA）结构,其独特的三角形结构可以在尖端与尖端之间产生有效的共振等离子体耦合,通过改变BNA结构的材质、几何参数以及介电环境,可以对其LSPR特性进行有效地调控,进而在纳米间隙区域内产生巨大的增强电场,其强大的电场增强能力使得BNA结构在光学传感、纳米光源和光电器件等领域中具有潜在的应用价值。除了极强的电场增强特性外,与其他纳米结构设计相比BNA结构还表现出优异的性能,例如优异的方向性、可调谐的宽带光谱响应、高效的电光驱动和偏振控制等,从而进一步扩展等离子体BNA结构在纳米光子学领域的应用。在本文中,通过数值仿真模拟,理论研究了金属BNA阵列结构的LSPR特性,及其在表面增强拉曼散射（Surface-Enhanced Raman Scattering,SERS）和基于折射率变化的生物传感器上的潜在应用。之后,利用电子束曝光（Electron Beam Lithography,EBL）系统和多层薄膜沉积系统,实验制备了BNA阵列结构,并将其应用到近红外（Near Infrared,NIR）响应的SERS和钙钛矿光电探测器（Photodetector,PD）的研究之中。论文主要的研究工作如下:1.理论研究了金属BNA阵列结构LSPR特性。建立具有金属-介质-金属（Mteal-Insulator-Metal,MIM）结构的Al-BNA阵列结构的理论模型,利用时域有限差分（Finite-Difference Time-Domain,FDTD）方法数值计算和分析其LSPR和电场增强特性,通过调控BNA阵列结构的大小、高度、周期等几何参数,实现了LSPR从深紫外到近红外的连续可调,同时研究了入射光源的角度和偏振方向对LSPR特性的影响。针对BNA阵列结构的LSPR特性,数值计算了其在SERS上的增强能力,在单一波长下实现了局域电场相关的SERS增强因子EF=4.82×109,同时数值计算了其在基于折射率变化的生物传感器上的应用,即对浓度为0%-40%（折射率:1.333-1.368）变化的甘油纯水混合液进行探测,实现了497 nm/RIU的高探测灵敏度。2.研究了基于BNA阵列结构与Ag2S半导体量子点复合基底的SERS。理论设计并制备在NIR光谱区域具有极大电磁场局域增强效应的Au-BNA阵列结构,所设计的BNA阵列结构具有宽光谱的电场增强能力,可以实现SERS检测中的激发信号和拉曼散射信号的同步增强。利用化学合成方法合成制备具有优异红外特性的Ag2S半导体量子点,并将其均匀旋涂在BNA阵列表面,制备得到BNA/Ag2S复合SERS基底;利用4-氨基苯硫酚（PATP）分子作为探针分子,采集BNA/Ag2S/PATP体系的拉曼光谱并进行对比分析,从理论上和实验上同时验证了BNA/Ag2S复合基底的电场增强机制和电荷转移增强机制的协同效应在近NIR光谱区域对SERS的增强特性。同时,我们研究了BNA/Ag2S复合SERS基底的偏振特性,理论和实验上同时验证了BNA/Ag2S复合基底的SERS信号对激发光偏振方向的依赖特性。3.研究了金属BNA阵列结构在NIR光谱区域对钙钛矿光电探测器的性能提升。理论设计并制备了在NIR光谱区域具有极大电磁场局域增强效应和宽光谱增强能力的BNA阵列结构,利用一步旋涂法在BNA阵列结构表面沉积钙钛矿多晶薄膜((Cs0.06FA0.79MA0.15)Pb(I0.85Br0.15)3),制备得到了基于BNA阵列基底的等离子体功能化的钙钛矿PD（BNA-PD）;利用半导体测试系统,测试了BNA-PD在785,633,532 nm激光照明下的光电性能,并与基于Si/SiO2基底的常规PD（Si/SiO2-PD）进行对比和分析,从理论上和实验上同时验证了BNA阵列结构在NIR光谱区域对钙钛矿PD的光电性能的增强特性。相比于Si/SiO2-PD,BNA-PD的响应度提高了2962%,其探测率达到了1012,外量子效率高达188.8%,都得到了近30倍的增强,所制备的BNA-PD实现了与可见光谱区域相比拟的近红外光电性质。同时,研究了BNA-PD的光响应和稳定性性质,实现了从可见光到近红外光谱区域的具有优异光开光性质和稳定性的高性能的钙钛矿光电探测器。
黄益建[9]（2020）在《液体填充的微结构光纤器件及传感特性研究》文中指出微结构光纤具有丰富的内部结构以及各种新奇的光学特性,近年来被广泛应用于光纤传感器的设计和制作,基于微结构光纤的传感器主要可分为四种类型:光栅型、干涉仪型、SPR型和材料填充型。材料填充型微结构光纤传感器通过全填充或者选择性填充的方式将各种新型功能材料集成到微结构光纤内部,这便于功能材料和光纤内传输的光产生强烈的相互作用,同时功能材料本身对外界环境的高敏感性赋予了这种传感器更优良的传感性能。依据当前功能材料填充微结构光纤传感技术的研究进展,本论文设计并研究了几种新型微结构光纤传感器,具体研究内容如下:1.提出了一种基于空芯光纤自映像效应的光纤传感器,该器件主要由熔接在两根单模光纤之间的一段空芯光纤组成,实验研究了不同空芯光纤长度和光纤熔接参数对器件内自映像效应的影响。采用液体填充结构和非填充结构对传感器的传感性能进行了实验研究,空芯光纤中液体的引入能显着提高器件的温度灵敏度,当温度从25℃升高到75℃时,填充液体样品的温度灵敏度可达-0.49 nm/℃;在1.448-1.450的折射率测试范围内,填充液体样品和未填充液体样品的折射率灵敏度几乎相同,约为12000 nm/RIU。该传感器结构简单、灵敏度高、成本低,在物理和化学传感领域具有潜在的应用前景。2.提出并实现了一种基于光子晶体光纤（PCF）耦合器的超灵敏光纤温度传感器,采用一种基于错位熔接技术的选择性填充方法,将甘油和水的混合溶液选择性填入到PCF第二圈顶点的一个空气孔中,制备了PCF耦合器,由于填充液体的空气孔与PCF的纤芯近距离平行排列,纤芯和液柱波导的基模在谐振波长处可以有效地耦合,从而在透射光谱中得到相应的耦合峰。通过填充不同折射率的混合溶液,得到了不同谐振波长的PCF耦合器,并对其温度响应进行了实验研究,所获得的温度灵敏度高达543.05 nm/℃,这是同类光纤传感器迄今为止所报道的最高温度灵敏度,这种器件在生物医学相关的高精度温度传感中有着巨大的应用潜力。3.提出了一种基于液晶填充PCF的电场传感器,E7液晶被精确地填充在PCF最内圈的一个空气孔中,形成一个光纤耦合器,当施加外部电场时,耦合峰波长对电场变化的响应灵敏度可以达到0.70 nm/(Vrms/mm)。该器件也可作为电光开关或调制器工作,光关断时间和开启时间分别约为47 ms和24 ms,这种液晶填充的PCF耦合结构有望在电场传感和波长可调谐电光器件中得到应用。4.提出了一种基于液晶填充边孔光纤的高灵敏度传感器,该传感器具有结构简单、易于制作、成本低等优点。实验结果表明,所提出的器件拥有较低的电场传感响应阈值,并获得了较高的的温度灵敏度和电场灵敏度,分别为-1.50 nm/℃和1.20nm/(Vrms/mm),同时器件对外界温度或电场的响应具有良好的重复性,这些显着的优点使其在传感领域具有广阔的应用前景。
朱庆明[10]（2020）在《基于波长控制的谐振型硅基光开关及光滤波器研究》文中研究指明自19世纪80年代硅基光子学诞生以来,硅基光子集成器件得到了广泛且深入的研究。凭借小体积、大带宽、低功耗及高集成度等突出优势,硅基光子集成器件在电信网络、数据中心互连以及信号处理等通信领域具备重要的应用价值,在学术界和工业界中都掀起了广泛的研究热潮。在众多硅基光子集成器件中,硅基谐振器件由于具备波长选择性,并在体积和功耗方面有进一步优势,成为构建光滤波器、光开关、光源、光调制器、光探测器等核心通信器件的理想方案。然而,谐振器件的波长选择特性与硅材料的高热光系数共同作用使得硅基谐振器件的工作波长对工艺误差和温度变化显现出高敏感性,而工作波长的漂移会导致器件的插损、串扰、消光比等关键技术指标的显着劣化。目前,多数关于硅基谐振器件的研究局限于优化器件自身的光学性能,而较少考虑该器件投入实际应用时的波长控制方案。本文研究了基于波长控制的谐振型硅基光开关及光滤波器:首先分析了硅基微环谐振器的基本结构和波长控制原理;在此基础上提出并实验演示了多种基于新型波长控制方案的谐振型硅基光开关及滤波器。本文的主要研究成果概括如下:1.基于鞍点锁定法的双环结构硅基光开关大规模集成光开关是实现数据中心光互连的核心器件。光开关通常由2×2交换单元构成,每个交换单元可以有两路输入光。为实现谐振型硅基光开关的波长控制,我们提出一种新型的鞍点锁定法,并实验演示了四种基于该控制方法的硅基光开关:1)基于鞍点锁定法的双环结构4×4硅基热光开关:首次研制了基于Benes架构的双环结构4×4硅基热光开关,并首次提出鞍点锁定法以实现2×2双环光开关以及4×4光开关的波长控制。通过设计双环器件的结构参数以及光监控端口的位置,可实现对于任意有光输入状态,监控到的光功率随两环的波长偏移量呈马鞍型分布,且鞍点处两环的波长偏移量均为0,从而可通过锁定鞍点来实现该开关器件的波长控制。实验中演示了0.3个自由频谱宽度（FSR）范围内的波长控制,实现波长控制后光开关的串扰≤-13.6 d B,工作带宽≥46 GHz。2)基于鞍点锁定法的双环结构2×2硅基电光开关:本工作实现了双环结构2×2硅基电光开关,并基于已有的鞍点锁定法提出其改进方法,以显着减轻双环之间的热串扰对波长控制过程的影响,从而能够首次实现双环结构光开关在整个FSR范围的波长控制,并在波长控制实现后演示了高速光交换。3)基于鞍点锁定法的双环结构4×4硅基电光开关:本工作实现了首个基于Benes架构的双环结构4×4硅基电光开关,并将已提出的用于2×2电光开关的改进鞍点锁定法扩展到4×4电光开关。实验演示了该开关在2 nm范围内的波长控制及高速光交换。4)基于鞍点锁定法的双环结构16×16硅基电光开关:本工作实现了首个基于Benes架构的双环结构16×16硅基电光开关,并研制了相应的多通道波长控制子系统。2.基于神经网络控制的硅基微环光开关对于基于谐振结构的大规模硅基集成光开关芯片,开关芯片整体的配置时间主要取决于每个谐振开关单元实现波长对准所需要的控制时间,因而快速的波长控制方案可以降低光开关整体的配置时间,对于构建灵活可重构的光网络有重要意义。围绕提高波长控制速度这一目标,本部分提出一种新颖的神经网络控制法,并演示了两种基于神经网络控制的硅基微环光开关:1)基于一维神经网络控制的单环结构1×2硅基电光开关:本工作首次提出并实验演示了基于神经网络的谐振器件波长控制方案,实现了国际上已报导的最快微环控制速度。基于神经网络的学习能力,通过学习已有经验的规律,神经网络可以根据器件当前的工作状态快速预测出达到最佳工作状态（即无波长漂移）所需要的条件,进而实现快速波长控制。在实验中,对于一个FSR范围内的任意输入光波长,微环谐振波长可在290μs时间内被对准到输入波长,从而实现波长控制,并在此基础上演示了高速光交换。2)基于二维神经网络控制的双环结构1×2硅基电光开关:本工作首次将我们已提出的神经网络控制法从一维实现扩展到多维实现,从而该方法可以用于控制更复杂结构的谐振器件,如级联多环。多维神经网络控制法不仅可以显着提升控制速度,亦可消除谐振单元器件之间的热串扰所引入的额外波长漂移。我们设计了二维神经网络控制算法,并仿真验证了该算法可以实现双环结构硅基光开关的有效波长控制。在一个FSR范围内,该算法对两微环实现波长对准所需热调功率的平均预测误差小于1 m W,对应的平均波长锁定误差将小于0.05 nm。3.基于自零差锁定法的硅基微环滤波器光滤波器是构建波分复用（WDM）系统的关键器件,在实际光纤传输系统及光网络中,影响链路功率的因素非常多,因而光滤波器的输入功率难以预测。为实现对光强变化不敏感的光滤波器,我们提出并实验演示了基于自零差锁定法的硅基微环滤波器。在本工作中,通过一种片上自零差探测结构和相应的控制系统,微环滤波器的工作波长可以被自动锁定到输入光波长,且不受输入光功率的影响。在实验演示中,该滤波器可在8.7 d B的输入光功率波动条件下实现波长控制,波长控制范围可覆盖整个FSR,控制精度达到0.015 nm。
二、基于Fabry-Perot结构的可调波长选择光开关（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、基于Fabry-Perot结构的可调波长选择光开关（论文提纲范文）
（1）高精细度光纤Fabry-Perot腔（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光纤Fabry-Perot腔的研究进展 |
| 1.2.1 光纤端面凹槽微结构的制备方法 |
| 1.2.2 二氧化碳激光制备方法的优化 |
| 1.2.3 光纤Fabry-Perot腔的应用 |
| 1.3 本论文内容安排 |
| 第二章 光纤Fabry-Perot腔的理论模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 Fabry-Perot腔的基本原理 |
| 2.2.1 Fabry-Perot腔的共振条件和腔内光场分布 |
| 2.2.2 Fabry-Perot腔的损耗 |
| 2.2.3 Fabry-Perot腔的约束稳定条件 |
| 2.2.4 Fabry-Perot腔的光谱特性 |
| 2.3 光纤Fabry-Perot腔的特性 |
| 2.3.1 光纤Fabry-Perot腔的基本参数和性能 |
| 2.3.2 光纤Fabry-Perot腔的模式匹配 |
| 2.3.3 光纤Fabry-Perot腔的光谱特性 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 光纤Fabry-Perot腔的制备和测试 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 光纤端面凹槽的实验制备 |
| 3.2.1 激光器参数设置分析 |
| 3.2.2 实验装置和制备方法 |
| 3.3 光纤端面凹槽的表征 |
| 3.4 光纤Fabry-Perot腔的测试和分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于微加工光纤的光纤Fabry-Perot干涉仪 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 光纤Fabry-Perot干涉仪制备方法 |
| 4.3 光纤Fabry-Perot干涉仪传感原理 |
| 4.4 光纤Fabry-Perot干涉仪应变灵敏度测试与分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 论文总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 个人简况及联系方式 |
（2）基于机器学习算法的光纤FP压力传感器测量方法的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 论文的目的和研究意义 |
| 1.4 论文的主要内容和章节安排 |
| 第二章 光纤法布里-珀罗压力传感器的理论基础 |
| 2.1 FP腔的基本干涉原理 |
| 2.2 FP压力传感器的分类 |
| 2.3 FP压力传感器传统光谱解调方法 |
| 2.3.1 光强法 |
| 2.3.2 波长法 |
| 2.3.3 比值法 |
| 2.3.4 傅里叶变换法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 光纤法布里-珀罗压力传感器测量系统的设计 |
| 3.1 测量系统光器件的选择 |
| 3.1.1 光源 |
| 3.1.2 光纤耦合器 |
| 3.1.3光开关 |
| 3.1.4 光谱仪 |
| 3.2 测量系统电路设计 |
| 3.2.1 电源电路设计 |
| 3.2.2 光源驱动电路设计 |
| 3.2.3 温度测控电路设计 |
| 3.2.4 串口转换电路设计 |
| 3.3 测量系统软件设计 |
| 3.3.1 光谱仪驱动程序设计 |
| 3.3.2 温度采集程序设计 |
| 3.4 树莓派主控设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 光纤法布里-珀罗压力传感器机器学习光谱解调算法 |
| 4.1 多元线性回归光谱分析算法 |
| 4.1.1 理论基础 |
| 4.1.2 仿真结果分析 |
| 4.2 BP神经网络光谱分析算法 |
| 4.2.1 理论基础 |
| 4.2.2 仿真结果分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 光纤法布里-珀罗压力传感器测量系统的实验测试 |
| 5.1 光谱处理 |
| 5.1.1 光谱平滑 |
| 5.1.2 光谱滤波 |
| 5.2 压力实验测量分析 |
| 5.3 温度实验测量分析 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 本论文的工作总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间发表论文及专利 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（3）基于硫系相变材料的彩色、多状态透射调制薄膜研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 透射可调制薄膜研究现状 |
| 1.2.1 三氧化坞 |
| 1.2.2 二氧化钒 |
| 1.2.3 硫系相变材料 |
| 1.3 基于法布里-珀罗腔结构的彩色薄膜研究现状 |
| 1.3.1 结构色简介 |
| 1.3.2 薄膜干涉效应 |
| 1.3.3 法布里-珀罗腔 |
| 1.4 研究依据、研究内容及创新点 |
| 1.4.1 研究依据 |
| 1.4.2 主要研究内容 |
| 1.4.3 创新点 |
| 第二章 薄膜制备及光谱计算 |
| 2.1 薄膜制备 |
| 2.2 薄膜表征及形貌 |
| 2.2.1 薄膜表征方法 |
| 2.2.2 薄膜形貌 |
| 2.3 多层膜系反射率和透射率的计算方法 |
| 第三章 Sb_2Te_3/GeTe/ITO膜系结构设计及彩色、多状态透射调制性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 SGI膜系结构设计 |
| 3.2.1 SGI膜系结构设计 |
| 3.2.2 SGI膜系光学仿真 |
| 3.3 ITO厚度对薄膜颜色的影响与选择性反射增强机制 |
| 3.4 “PCM对”厚度对薄膜透射调制的影响与梯度吸收机制 |
| 3.4.1 单层Sb_2Te_3、GeTe薄膜的相结构表征 |
| 3.4.2 太阳光波段内SGI膜系的大幅度透射调制能力表征 |
| 3.4.3 太阳光波段SGI膜系的多档位透射调制能力表征 |
| 3.5 节能效率表征 |
| 3.5.1 节能实验条件 |
| 3.5.2 结果与讨论 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 “PCM对”候选材料的微观设计原则与材料图谱 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 PCM的材料组成 |
| 4.3 高光学对比度PCM材料的微观设计原则 |
| 4.4 高相变温度PCM材料的微观设计原则 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 结论 |
| 参考文献 |
| 作者简介及在学期间取得的科研成果 |
| 致谢 |
（4）光场物理维度调控的光子集成器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光子集成器件光场维度调控研究进展 |
| 1.3 本论文的工作及创新点 |
| 1.4 本论文的课题来源 |
| 2 光子集成单元器件及光场调控理论基础 |
| 2.1 微环谐振器 |
| 2.2 马赫-曾德尔干涉仪 |
| 2.3 阵列波导光栅 |
| 2.4 波导模式复用解复用器 |
| 2.5 光场调控与结构光场 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 光子集成器件的设计、制备和测试 |
| 3.1 光子集成单元器件的设计仿真 |
| 3.2 硅基光子集成器件的工艺制备 |
| 3.3 硅基光子集成器件的性能测试及优化 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 用于波长维度调控的硅基光子集成器件研究 |
| 4.1 硅基可调谐梳状滤波器 |
| 4.2 硅基片上Fano和EIT效应 |
| 4.3 硅基光子集成FPGA |
| 4.4 可重构硅基光子集成信号处理器件 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 用于波导模式维度调控的硅基光子集成器件研究 |
| 5.1 硅基微环辅助的模式复用解复用器 |
| 5.2 硅基波导模式复用解复用器 |
| 5.3 基于多模Fano效应的硅基低功耗模式光交换 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 用于结构光场调控的光子集成器件研究 |
| 6.1 基于环形光栅的涡旋光检测 |
| 6.2 基于平面硅基波导的涡旋光产生器 |
| 6.3 高速直调集成矢量光激光器 |
| 6.4 硅基多维度结构光场调控光子芯片 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间发表主要论文目录 |
| 附录2 中英文缩写对照表 |
（5）应用于5G通信系统的耦合式光电振荡器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题选题背景及意义 |
| 1.1.1 电子系统发展与5G通信技术需求 |
| 1.1.2 微波光子技术 |
| 1.1.3 微波光子技术在5G通信中的应用 |
| 1.2 光电振荡器国内外现状 |
| 1.3 存在的问题与本文创新点 |
| 1.3.1 存在的实际问题 |
| 1.3.2 本文主要内容及创新点 |
| 1.4 本文章节安排 |
| 第2章 光电振荡器基本理论分析 |
| 2.1 光电振荡器原理及指标 |
| 2.1.1 基本原理 |
| 2.1.2 指标与模型 |
| 2.2 光电振荡器的关键器件 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 可调谐耦合式光电振荡器的研究与设计 |
| 3.1 耦合式光电振荡器模型 |
| 3.1.1 相位噪声相位域模型 |
| 3.1.2 频率调谐模型 |
| 3.2 基于二倍频输出的可调耦合式光电振荡器 |
| 3.2.1 结构及工作原理 |
| 3.2.2 实验结果及分析 |
| 3.3 基于可调光纤法布里泊罗腔的压控耦合式光电振荡器设计 |
| 3.3.1 FFP滤波器特性分析及测试 |
| 3.3.2 结构及工作原理 |
| 3.3.3 实验结果及分析 |
| 3.4 基于光纤光栅Sagnac环的可调耦合式光电振荡器设计 |
| 3.4.1 可调光纤光栅Sagnac环特性及测试 |
| 3.4.2 结构及工作原理 |
| 3.4.3 实验结果及分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 本振源对微波光子下变频系统的影响 |
| 4.1 微波光子下变频系统结构及工作原理 |
| 4.2 本振偏置电压影响模型 |
| 4.2.1 模型分析 |
| 4.2.2 仿真验证 |
| 4.3 本振相位噪声影响模型 |
| 4.3.1 模型分析 |
| 4.3.2 仿真验证 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 应用于5G通信的双本振微波光子下变频系统设计 |
| 5.1 系统工作原理 |
| 5.2 系统各通路设计 |
| 5.2.1 基于可调耦合式光电振荡器的下变频通路设计 |
| 5.2.2 基于微波压控振荡器的下变频通路设计 |
| 5.3 实验结果及分析 |
| 5.3.1 基于可调耦合式光电振荡器的下变频通路实验分析 |
| 5.3.2 基于微波压控振荡器的下变频通路实验分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 研究工作总结 |
| 6.2 对未来研究工作的展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 缩略语对照表 |
| 插图索引 |
| 表格索引 |
| 致谢 |
（6）钙钛矿基微纳激光器及其调控研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 半导体微纳激光器的发展历程 |
| 1.2.1 微纳激光器的腔体设计 |
| 1.2.2 半导体微纳激光器中的增益介质 |
| 1.2.3 激子激光 |
| 1.3 钙钛矿微纳激光研究现状及分析 |
| 1.3.1 卤化铅钙钛矿材料中的本征激光 |
| 1.3.2 光学微腔集成的钙钛矿激光 |
| 1.3.3 后加工的钙钛矿激光 |
| 1.3.4 钙钛矿激子激光 |
| 1.3.5 研究现状分析 |
| 1.4 本论文主要研究内容 |
| 第2章 钙钛矿纳米薄片的光学性质 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 钙钛矿纳米薄片的合成 |
| 2.2.1 溶液合成法 |
| 2.2.2 化学气相沉积 |
| 2.3 少层钙钛矿材料的线性光学性质 |
| 2.4 少层钙钛矿的非线性光学性质 |
| 2.5 钙钛矿纳米薄片中的微纳激光 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 可调微盘激光器 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 钙钛矿/氮化硅混合结构激光 |
| 3.2.1 基底调控钙钛矿激光的发射机制 |
| 3.2.2 钙钛矿/氮化硅混合结构激光 |
| 3.2.3 钙钛矿/氮化硅混合结构激光波长调控 |
| 3.2.4 钙钛矿/氮化硅混合结构激光模式调控 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 可调表面等离子体激光器 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于钙钛矿的混合模式表面等离子体激光 |
| 4.2.1 钙钛矿混合模式表面等离子体激光的数值模拟 |
| 4.2.2 钙钛矿混合模式表面等离子体激光的实验验证 |
| 4.2.3 钙钛矿混合模式表面等离子体激光波长调控 |
| 4.3 混合模式表面等离子体激光的模式调控 |
| 4.4 混合模式表面等离子体激光阵列 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 对称保护BIC模式激光全光开关 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 平板光子晶体中的连续区束缚态 |
| 5.2.1 连续区束缚态形成机理 |
| 5.2.2 对称保护BIC的退化 |
| 5.3 对称保护BIC激光 |
| 5.3.1 结构设计和器件制备 |
| 5.3.2 对称保护型BIC激光远场特性 |
| 5.4 对称保护BIC激光的全光开关 |
| 5.4.1 对称保护BIC激光远场图案与泵浦光对称性的联系 |
| 5.4.2 基于对称保护BIC激光的全光开关 |
| 5.4.3 超快光开关的微观机理解释 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（7）基于非对称空间外差干涉仪的多普勒测速技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 深空探测与深空导航技术 |
| 1.2 深空探测器自主天文导航技术 |
| 1.2.1 基于角度测量的自主天文导航 |
| 1.2.2 基于距离测量的自主天文导航 |
| 1.2.3 基于速度测量的自主天文导航 |
| 1.3 径向速度测量技术 |
| 1.3.1 被动式径向速度测量技术 |
| 1.3.2 多普勒非对称空间外差光谱技术 |
| 1.4 本论文主要研究内容及结构安排 |
| 第2章 多普勒非对称空间外差光谱技术 |
| 2.1 光的多普勒效应 |
| 2.2 DASH干涉仪的基本结构 |
| 2.3 DASH干涉仪的性能分析 |
| 2.3.1 采样光程差 |
| 2.3.2 光谱分辨率 |
| 2.3.3 光谱测量范围 |
| 2.3.4 视场 |
| 2.3.5 视场扩展 |
| 2.4 DASH干涉仪的数据处理 |
| 2.4.1 探测目标谱线 |
| 2.4.2 干涉条纹的相位反演 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于发射线的径向速度测量 |
| 3.1 最优光程差 |
| 3.2 相位反演算法误差 |
| 3.2.1 误差来源 |
| 3.2.2 误差优化 |
| 3.3 径向速度反演仿真 |
| 3.3.1 频谱可分辨 |
| 3.3.2 频谱不可分辨 |
| 3.4 相位的漂移 |
| 3.4.1 探测器噪声 |
| 3.4.2 温度变化 |
| 3.5 基于激光光源的径向速度测量实验 |
| 3.5.1 实验系统设计 |
| 3.5.2 实验系统搭建 |
| 3.5.3 实验测试 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 基于吸收线的径向速度测量 |
| 4.1 径向速度反演 |
| 4.1.1 单吸收线情况 |
| 4.1.2 一般形式 |
| 4.2 最优光程差 |
| 4.3 数值仿真实验 |
| 4.3.1 径向速度的反演 |
| 4.3.2 干涉条纹对比度 |
| 4.4 基于太阳吸收线的径向速度测量实验 |
| 4.4.1 实验系统设计 |
| 4.4.2 实验系统搭建 |
| 4.4.3 实验测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 论文主要内容及结论 |
| 5.2 论文主要创新点 |
| 5.3 现阶段存在问题及工作展望 |
| 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 |
（8）金属蝶形纳米天线阵列结构的局域表面等离激元共振特性及其应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 表面等离激元的起源 |
| 1.2 表面等离激元的基本原理 |
| 1.2.1 麦克斯韦方程组 |
| 1.2.2 金属的自由电子气模型 |
| 1.2.3 金属纳米颗粒中的局域表面等离激元 |
| 1.3 局域表面等离激元的实际应用 |
| 1.3.1 等离子体增强表面拉曼散射 |
| 1.3.2 等离子体增强光电子器件 |
| 1.3.3 等离子体荧光增强及纳米激光器 |
| 1.4 时域有限差分数值计算方法 |
| 1.4.1 时域有限差分算法的基本原理 |
| 1.4.2 时域有限差分算法的数值稳定条件和色散特性 |
| 1.4.3 时域有限差分算法的吸收边界条件和激励源设置 |
| 1.5 论文主要内容及章节安排 |
| 第2章 金属蝶形纳米天线阵列结构的LSPR特性理论研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 金属蝶形纳米天线阵列结构的理论模型建立 |
| 2.3 金属蝶形纳米天线阵列结构的LSPR调控 |
| 2.3.1 仿真计算几何参数对BNA阵列结构LSPR特性的影响 |
| 2.3.2 仿真计算光学参数对BNA阵列结构LSPR特性的影响 |
| 2.3.3 仿真计算蝶形纳米天线阵列的LSPR光谱可调性 |
| 2.4 金属蝶形纳米天线阵列结构在光学传感中的应用 |
| 2.4.1 仿真计算BNA阵列结构在SERS中的应用 |
| 2.4.2 仿真计算BNA阵列结构在生物传感器中的应用 |
| 2.5 本章小结 |
| 第 3 章 金属蝶形纳米天线阵列与 Ag2S 半导体量子点复合基底的SERS 研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 Ag2S半导体量子点的合成制备及表征 |
| 3.2.1 Ag2S半导体量子点的合成制备 |
| 3.2.2 Ag2S半导体量子点的表征 |
| 3.3 金属蝶形纳米天线阵列结构的设计、制备及表征 |
| 3.3.1 金属BNA阵列结构的理论设计 |
| 3.3.2 金属BNA阵列结构的实验制备及表征 |
| 3.4 蝶形纳米天线阵列与Ag_2S半导体量子点的复合基底的SERS特性研究 |
| 3.4.1 BNA/Ag2S复合基底的拉曼光谱测试 |
| 3.4.2 BNA/Ag2S复合基底的拉曼散射增强的机理 |
| 3.4.3 BNA/Ag2S复合基底的拉曼偏振依赖关系研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第 4 章 金属蝶形纳米天线阵列结构增强钙钛矿光电探测器近红外性能的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 金属蝶形纳米天线阵列结构的设计、制备及表征 |
| 4.2.1 金属BNA阵列结构的理论设计 |
| 4.2.2 金属BNA阵列结构的实验制备及表征 |
| 4.3 钙钛矿多晶薄膜的合成制备及表征 |
| 4.3.1 钙钛矿多晶薄膜的合成制备 |
| 4.3.2 钙钛矿多晶薄膜的表征 |
| 4.4 等离子体钙钛矿光电探测器的制备、表征及光电性能测试 |
| 4.4.1 等离子体钙钛矿PD的制备及表征 |
| 4.4.2 等离子体钙钛矿PD的光电性能测试 |
| 4.4.3 等离子体钙钛矿PD的性能增强机理 |
| 4.4.4 等离子体钙钛矿PD的光响应及稳定性测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 论文的主要工作总结 |
| 5.2 论文的创新点 |
| 5.3 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 |
（9）液体填充的微结构光纤器件及传感特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 微结构光纤简介 |
| 1.3 微结构光纤传感技术研究进展 |
| 1.4 基于功能材料填充的微结构光纤传感技术与应用 |
| 1.4.1 材料填充方法 |
| 1.4.2 功能材料填充微结构光纤的传感应用 |
| 1.5 本文的主要研究内容 |
| 第2章 折射率液填充的空芯光纤自映像效应器件及传感特性 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 单模光纤输入/输出的空芯光纤自映像效应分析 |
| 2.3 空芯光纤自映像效应器件的制备及其光谱特性 |
| 2.4 空芯光纤自映像效应器件的液体填充及光谱测试 |
| 2.5 折射率传感特性 |
| 2.6 温度传感特性 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 混合溶液填充的光子晶体光纤耦合器件及传感特性 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于定向错位熔接技术的光子晶体光纤选择性填充方法 |
| 3.3 混合溶液填充的光子晶体光纤模式耦合特性 |
| 3.4 混合溶液填充的光子晶体光纤耦合器件光谱特性 |
| 3.5 温度传感特性 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 液晶填充的光子晶体光纤耦合器件及传感特性 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 光子晶体光纤中液晶分子的排列方式 |
| 4.3 液晶填充的光子晶体光纤耦合器件制备 |
| 4.3.1 光子晶体光纤的飞秒激光微加工选择性填充方法 |
| 4.3.2 液晶选择性填充的光子晶体光纤与单模光纤的熔接 |
| 4.4 电场传感特性 |
| 4.4.1 器件的光谱特性 |
| 4.4.2 器件的电场传感响应 |
| 4.5 电光调制特性 |
| 4.5.1 电压和频率对器件开关特性的影响 |
| 4.5.2 调制信号占空比对开关特性的影响 |
| 4.5.3 正弦调制特性 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 液晶填充的边孔光纤耦合器件及传感特性 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 边孔光纤及其传感应用简介 |
| 5.3 液晶填充的边孔光纤耦合器件制备 |
| 5.3.1 边孔光纤端面封胶 |
| 5.3.2 液晶填充及光纤熔接 |
| 5.3.3 液晶填充的边孔光纤耦合器件光谱特性 |
| 5.4 液晶填充的边孔光纤模式耦合特性分析 |
| 5.5 温度传感特性 |
| 5.6 电场传感特性 |
| 5.7 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 指导教师对研究生学位论文的学术评语 |
| 答辩委员会决议书 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的研究成果 |
| 已发表论文首页 |
（10）基于波长控制的谐振型硅基光开关及光滤波器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 硅基光子学发展概述 |
| 1.2 硅基微谐振器的基本结构和应用 |
| 1.2.1 硅基微谐振器的基本结构 |
| 1.2.2 硅基微谐振器的应用 |
| 1.3 谐振型硅基光开关及光滤波器的研究现状 |
| 1.3.1 谐振型硅基光开关的研究现状 |
| 1.3.2 谐振型硅基光滤波器的研究现状 |
| 1.4 本文的研究工作和创新点 |
| 1.5 本文的章节安排 |
| 1.6 参考文献 |
| 第二章 硅基微环谐振器的基本结构和理论 |
| 2.1 传输矩阵理论 |
| 2.2 硅基微环谐振器的基本结构分析 |
| 2.2.1 全通滤波型微环谐振器 |
| 2.2.2 分插复用型微环谐振器 |
| 2.2.3 级联型微环谐振器 |
| 2.3 硅基微环谐振器的波长控制理论 |
| 2.3.1 硅基微环谐振器的波长漂移现象 |
| 2.3.2 波长控制的基本原理 |
| 2.4 本章小结 |
| 2.5 参考文献 |
| 第三章 基于鞍点锁定法的双环结构硅基光开关 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 基于鞍点锁定法的双环结构4×4硅基热光开关 |
| 3.2.1 器件结构与工作原理 |
| 3.2.2 控制方法与控制子系统设计 |
| 3.2.3 实验验证 |
| 3.3 基于鞍点锁定法的双环结构2×2硅基电光开关 |
| 3.3.1 器件结构 |
| 3.3.2 控制方法与控制子系统设计 |
| 3.3.3 实验验证 |
| 3.4 基于鞍点锁定法的双环结构4×4硅基电光开关 |
| 3.4.1 器件结构 |
| 3.4.2 控制方法与控制子系统设计 |
| 3.4.3 实验验证 |
| 3.5 基于鞍点锁定法的双环结构16×16硅基电光开关 |
| 3.5.1 器件结构和控制子系统设计 |
| 3.5.2 实验验证 |
| 3.6 本章小结 |
| 3.7 参考文献 |
| 第四章 基于神经网络控制的硅基微环光开关 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 基于一维神经网络控制的单环结构1×2硅基电光开关 |
| 4.2.1 器件结构与工作原理 |
| 4.2.2 控制方法与控制子系统设计 |
| 4.2.3 实验验证 |
| 4.3 基于二维神经网络控制的双环结构1×2硅基电光开关 |
| 4.3.1 器件结构 |
| 4.3.2 控制方法与控制子系统设计 |
| 4.3.3 仿真验证 |
| 4.4 本章小结 |
| 4.5 参考文献 |
| 第五章 基于自零差锁定法的硅基微环滤波器 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 器件结构与原理 |
| 5.3 控制方法与控制子系统设计 |
| 5.4 器件和控制子系统制备 |
| 5.5 实验装置与结果 |
| 5.6 本章小结 |
| 5.7 参考文献 |
| 第六章 总结和展望 |
| 6.1 工作总结和创新点 |
| 6.2 工作展望 |
| 附录 缩略语 |
| 攻读博士学位期间已发表或录用的论文 |
| 攻读博士学位期间申请的发明专利 |
| 攻读博士学位期间参与的科研项目 |
| 致谢 |
四、基于Fabry-Perot结构的可调波长选择光开关（论文参考文献）
- [1]高精细度光纤Fabry-Perot腔[D]. 张欠欠. 山西大学, 2021(12)
- [2]基于机器学习算法的光纤FP压力传感器测量方法的研究[D]. 宋娜. 山东大学, 2021(12)
- [3]基于硫系相变材料的彩色、多状态透射调制薄膜研究[D]. 马亮. 吉林大学, 2021(01)
- [4]光场物理维度调控的光子集成器件研究[D]. 郑爽. 华中科技大学, 2020
- [5]应用于5G通信系统的耦合式光电振荡器研究[D]. 张维佳. 天津大学, 2020(01)
- [6]钙钛矿基微纳激光器及其调控研究[D]. 黄灿. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [7]基于非对称空间外差干涉仪的多普勒测速技术研究[D]. 况银丽. 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所), 2020(08)
- [8]金属蝶形纳米天线阵列结构的局域表面等离激元共振特性及其应用研究[D]. 王彬. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2020(08)
- [9]液体填充的微结构光纤器件及传感特性研究[D]. 黄益建. 深圳大学, 2020(11)
- [10]基于波长控制的谐振型硅基光开关及光滤波器研究[D]. 朱庆明. 上海交通大学, 2020(01)