一、Determination of the Radial Distribution of Attenuation in Single-Mode Optical Fibers(论文文献综述)
胡彦君[1](2021)在《基于塑料光纤的LPG温度抑制和折射率传感器特性研究》文中进行了进一步梳理水下导弹在航行或出水过程中都需要具有良好的水密性来防止海水浸入,因此在航行或出水实验中必须针对水下导弹进行漏水测试。水下导弹内部环境复杂,液漏传感器必须免疫电磁干扰且结构简单易布置,在该条件下传统的电测量方法几乎失效。另外液体泄漏状态复杂,设备内部湿度与液体折射率变化都与液体泄漏息息相关,因此为了保证液漏事件测量的实时性与准确性,研发专门针对水下导弹液漏状态监测的多参量传感器具有现实意义和价值。在水下导弹漏水检测特定需求背景下,借助光纤自身免疫电磁干扰,尺寸小易于安装等优点,提出了一种基于长周期光纤光栅(LPG)型的塑料光纤(POF)折射率敏感单元。检测泄漏液体折射率的阶跃性变化能够保障测量的实时性。LPG是一种对外界环境折射率变化极为敏感的光学器件。大多数LPG型折射率敏感单元以石英光纤为载体,但其具有易断裂,难以结构修饰的缺点,同时存在温度交叉敏感的问题。而塑料光纤具有弯曲度大,易于加工和改造的优点。此外塑料光纤纤芯较大,易与光源、探测器耦合,是实现低成本、简单结构光纤折射率敏感单元的理想材料。本文在塑料光纤表面修饰敏感结构,提出了基于LPG型结构的折射率敏感单元和基于侧抛结构的湿度(气体)敏感单元,对两类折射率的传感特性进行了研究与集成,主要内容包括:(1)LPG型塑料光纤折射率敏感单元设计从几何光学的角度对LPG型结构进行理论分析。根据LPG敏感原理,设计了基于LPG结构的塑料光纤折射率敏感单元和基于侧抛LPG结构的增敏型折射率敏感单元。试验分析LPG加工周期对温度输出特性曲线的影响。研究了LPG加工宽度/深度对敏感单元折射率输出特性的影响。(2)金膜修饰的LPG型塑料光纤折射率敏感单元设计提出了基于金膜修饰的LPG型塑料光纤折射率敏感单元。搭建折射率测试平台,采用强度调制的方式对该敏感单元进行测试。敏感单元在1.340-1.356折射率范围内线性输出,重复性效果较好。另外在温度输出的检测中,该敏感单元功率变化相较于无金膜的LPG型敏感单元减小了数十倍,表明该金膜修饰的敏感单元能抑制温度的影响。对比其他金属材料,进一步证明金膜材料对塑料光纤温度补偿的高效性。(3)侧抛型塑料光纤湿度(气体)敏感单元的研究与制备当测量点附近发生漏液事件时,其周围湿度(气体浓度)发生变化。针对测量点漏水量不足或折射率敏感单元无法迅速对漏水做出响应的液漏状态,引入湿度(气体)敏感单元液漏检测提供双重保障。为了实现液漏事件的准确性检测,制备了湿度敏感材料(琼脂糖)与气体敏感材料(聚吡咯)并分别将其修饰在侧抛型塑料光纤表面构成湿度(气体)敏感单元。本文对比了有无敏感材料修饰敏感单元的输出响应特性,分析了敏感材料厚度、光纤表面粗糙度及光纤弯曲半径对敏感单元灵敏度的影响。实验结果表明,该湿度敏感单元的检测范围为20-90%,湿度为20-80%时,敏感单元灵敏度0.595μW/%RH;当湿度从80%变成90%时,灵敏度为0.305μW/%RH。湿度敏感单元响应与恢复时间分别为800ms和4s。该气体敏感单元对乙醇检测的浓度极限为140ppm,响应与恢复时间分别为5s和8s。气体敏感单元扩大了液漏敏感单元的应用范围。(4)针对复杂的液漏状态,本文研究并集成了基于塑料光纤双参量测量系统。采用串行或并行的方式将折射率敏感单元和湿度敏感单元连接,模拟并测量了不同液漏状态下敏感单元的输出响应。实验结果证明,集成双参量敏感单元能够对漏液状态进行实时监测,并对液漏快速做出响应,同时敏感单元提高泄露检测的准确性。
王敬好[2](2021)在《多波长涡旋光纤激光器》文中研究指明涡旋光束,指的是一类具有特殊涡旋结构的光场,主要包括矢量涡旋光束以及相位涡旋光束。矢量涡旋光束又被称为柱矢量(cylindrical vector,CV)光束,有着环形的强度分布以及轴对称的偏振分布。它们在强聚焦条件下具有许多特殊的性质,已经在超分辨成像、激光加工、光镊、表面等离子激发等领域获得了广泛研究。相位涡旋光束又被称为轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)光束,具有与拓扑荷数l有关的螺旋相位分布且携带OAM,在光学操纵、光通信、传感等领域已经显示出了独特的应用优势。近些年,利用光纤激光器产生CV光束或者OAM光束成为涡旋光束重要的研究方向之一。早期的一些研究通常使用错位耦合光纤结构结合少模布拉格光纤光栅的方案来产生CV光束,由于少模布拉格光纤光栅的窄谱反射特性,这些激光器通常只能实现单个波长的CV光束的输出。最近,有一些研究利用少模长周期光纤光栅以及模式选择耦合器实现了涡旋光束的输出。这些器件展现出了良好的宽谱响应特性,从而使得人们可以利用这些器件实现涡旋光束的宽谱输出。在一些应用中,如光通信以及传感系统,通常希望所使用的光源具有多波长特性。具有多波长特性的涡旋光束在实际应用中将更具有吸引力。目前,利用光纤激光器产生多波长涡旋光束的研究较少,且这些研究所实现的输出波长数量以及调谐范围也都比较有限,因此有必要对多波长涡旋光纤激光器进行进一步研究。本文主要的研究工作如下:1.设计并研究了两种涡旋模式转换器,即角向偏振模式选择器以及高阶OAM模式转换器。角向偏振模式选择器由金属包层光纤构成。由于金属包层对不同偏振的损耗性质,只有角向偏振模式可以低损地穿过这种器件。研究结果表明这种器件在900-1300 nm波长范围内都有着良好的响应。高阶OAM模式转换器由模式选择耦合器以及多模椭圆包层光纤构成。首先利用模式选择耦合器获得高阶LPl1模式,然后将椭圆包层光纤以一定角度级联在模式选择耦合器的多模输出端口,借助椭圆包层光纤的应力双折射在LPl1θ模式以及LPl1-θ模式之间引入合适的相位差,最终可以获得拓扑荷数为±1、±2以及±3的OAM光束的输出。2.利用外部窄线宽布里渊泵浦激发腔内的级联受激布里渊散射,并结合少模长周期光纤光栅宽谱的模式转换,研究中实现了多波长OAM光束的输出。通过优化主泵浦功率、布里渊泵浦功率以及布里渊泵浦波长等参数,实验中获得了多达10个波长的OAM±1光束的输出。通过调节腔内的可调带通滤波器,多波长OAM光束的中心波长可以在1535 nm-1570 nm之间调谐。所产生的多波长OAM光束的纯度高于96%。3.利用光纤马赫-曾德尔干涉仪提供梳状滤波,利用6 km长单模光纤中的非线性效应抑制模式竞争,并结合少模长周期光纤光栅的模式转换,提出了一种能产生多波长CV光束的方法。通过调节马赫-曾德尔梳状滤波器,得到了波长间隔约为0.09 nm、0.11 nm、0.17nm、0.24nm和0.3 nm的多波长激光输出。在足够的泵浦功率下,当波长间隔被调谐至0.09 nm时,激光器实现了多于10个波长的激光运转。通过调节平顶可调带通滤波器,多波长CV光束的中心波长可以在1534.37 nm-1570.06 nm之间连续调谐。4.利用光纤谐振环提供背向散射,利用模式选择耦合器进行腔外的模式转换,构建了一个能够实现CV光束输出的光纤随机激光器。激光器的输出谱呈现出了随机多波长特性以及一定的低时间相干特性。为了验证所设计的激光器在抑制激光散斑方面的有效性,我们测量了单波长的线偏振基模光束、单波长的径向偏振光束以及随机多波长的径向偏振光束经过散射片后的散斑对比度。结果表明,与单波长线偏振基模光束相比,使用单波长径向偏振光时,散斑对比度降低了 21%,而使用随机多波长的径向偏振光时,散斑对比度可以进一步降低16%。本文的主要创新点有:1.提出了一种具有大调谐范围以及输出波长数量的多波长OAM光纤激光器。研究中实现了波长数量高达10个的OAM±1光束的产生,且调谐范围达到了 35nm。据我们所知,所提出的激光器是迄今为止具有最大调谐范围以及最多输出波长的OAM光纤激光器。2.提出了一种中心波长以及波长间隔均可调谐的多波长CV光纤激光器。研究中获得了大于10个波长的CV光束的产生,且多波长CV光束的中心波长可以在1534.37 nm-1570.06 nm之间连续调谐。不仅如此,研究中还实现了波长间隔约为0.09nm、0.11 nm、0.17nm、0.24nm和0.3 nm的多波长CV光束的输出。3.提出了一种产生CV光束的光纤随机激光器。由于激光器的其中一个反馈由光纤谐振环中的背向散射提供,输出的CV光束展现出了随机多波长特性以及一定的低时间相干特性。通过散斑对比度实验,初步验证了这种随机多波长的CV光束在激光散斑抑制方面的有效性。
赵宏春[3](2020)在《回音壁模式光学微腔传感原理及性能研究》文中进行了进一步梳理近年来,化学和生物物质检测在环境保护、疾病监测和药物发现等领域的重要性愈发凸显,基于锥形光纤耦合光学微腔产生的回音壁模式(Whispering Gallery Mode,WGM)具有超高的品质因数和较小的模式体积,使得WGM光学微腔耦合系统可对环境中的微小变化进行检测,并获得比传统微纳光学传感器更高的灵敏度和更低的探测极限,从而受到广泛的关注。此外,与WGM微腔结合的法诺(Fano)共振效应在生化传感应用方面,由于其不对称且高斜率的Fano线型可实现对灵敏度和探测极限的进一步提高,并且激发方法只需通过构造连续态与WGM干涉即可,同时得到广泛的研究。为了尽快将WGM光学微腔生化传感器从实验研究阶段向商业应用领域推进,对传感器的性能和工作稳定性提出了更高的要求。本文为了更好地应用与Fano共振效应结合的WGM微腔以实现性能提升的目的,一种更稳定高效的Fano共振激发方式需要被提出;并且还需解决目前面临的极小粒子诱导的模式劈裂现象不易识别问题;以及需要解决在生化传感应用中液相探测环境对耦合锥形光纤造成的不稳定工作状态问题。所以本文围绕限制WGM光学微腔传感器性能提升的因素和液相环境对锥形光纤造成的扰动问题开展了研究,具体研究方法和成果如下:(1)通过构建Add-Drop微腔耦合结构和微腔耦合光纤马赫曾得干涉仪(FMZI)稳定系统,成功实现通过Drop端反射光与光纤臂干涉产生无宽干涉条纹背景的Fano共振的高效激发,并证明了以Fano共振提供的高斜率线型作为传感信号,可实现对灵敏度的9倍提升作用。(2)通过构建Add-Drop微腔耦合结构中的Add端背散射光与FMZI系统中的光纤臂干涉,实现的Fano共振效应具有对不易识别的模式劈裂现象的光谱调制作用,通过拟合多特征点Fano双峰线型,可获得任意小待测粒子的折射率和尺寸信息,解决了对极小尺寸微粒型待测物的探测极限限制问题。(3)通过提出将WGM微腔传感器的耦合区域的锥形光纤与传感区域的液体的轴向分离式探测方法,实现了基于柱形微腔对液位和微粒的轴向位置探测,达到约40pm/mm的探测灵敏度,和基于柱锥形微腔对不同浓度的羊免疫球蛋白(G-Ig G)和癌胚抗原(CEA)浓度溶液的高灵敏度探测,获得了约0.4pm/(ng/m L)的探测灵敏度,不仅拓展了基于柱形微腔和柱锥形微腔的轴向位置探测能力,更是解决了耦合锥形光纤与液相环境共存的稳定性问题。
陶润夏[4](2020)在《光纤波导中矢量光场的数值模拟及产生》文中指出涡旋光束是指在光场中心具有孤立奇点的光束,通常为空间上的相位奇点或偏振奇点,因此光场的强度表现为中空的环形分布。对于携带相位奇点的涡旋光束,由于其具有螺旋前进的位相exp(ilφ),且光束中的光子均携带轨道角动量ln,我们称其为轨道角动量(OAM)光束。由于其拓扑荷数l理论上可取任意整数,因此其在光通信以及量子信息等领域有巨大的发展潜力。对于携带偏振奇点的光束,由于其光束截面上的偏振分布呈柱对称的形式,因此我们称之为轴对称偏振光束,也叫柱矢量光(CVBs),其中得到最广泛研究的的主要是角向偏振光和径向偏振光,这两种光束由于其特殊的偏振分布,在使用透镜聚焦时会呈现特殊的聚焦光斑,因此在表面等离子体激发、激光加工等领域有重要的应用价值。而这两种光束都具有环形的光场分布,因此在粒子操纵方面都有潜在的应用前景。之前的研究中,有很多的方法可以产生轨道角动量光和柱矢量光。对于轨道角动量光,主要可以由柱透镜组、螺旋位相片、空间光调制器产生;对于柱矢量光,主要可以由各向异性晶体、半波片组、亚波长光栅以及空间光调制器产生。相比于这些空间光器件,在光纤中产生轨道角动量光和柱矢量光具有更高的效率和更高的模式纯度,并且全光纤的结构更易于集成。由光纤的模式理论,在弱导近似下的光纤的本征解有LP01模式、LP11模式等,其中线偏LP11模式对应了四个简并的矢量模式,即TE01模式、TM01模式以及HE21模式的奇模和偶模;其中TE01模式为角向偏振光,TM01模式为径向偏振光,这两个模式则为通常所说的柱矢量光;而HE21模式的奇模和偶模以±π/2的位相差叠加则可以得到轨道角动量光。因此只要通过合适的方法使光纤中的基模LP01模式耦合到高阶模LP11模式,再通过控制位相或偏振就可以得到轨道角动量光和柱矢量光。本文中,我们介绍了轨道角动量光和柱矢量光的数学模型、光学特性、应用领域以及产生方法和检测方法。从光纤的模式理论以及耦合模理论出发,分析了光纤光栅和模式选择耦合器的耦合理论,建立了相关的数学模型。基于模式选择耦合器和光纤布拉格光栅设计了直腔结构的全光纤激光器输出连续的轨道角动量光。利用有限元方法分析了旋光光纤的模式,证明了其本征模式携带有轨道角动量。设计了宽谱的长周期光栅,搭建了基于非线性偏振旋转的锁模激光器,实现了柱矢量光的脉冲输出。最后我们理论上设计了 1.0μm波段的柱矢量模式的色散管理光纤。本文的主要工作和研究成果如下:1.根据模式选择耦合器的原理,设计并制作了实现LP01模式和LP11模式转化的模式选择耦合器,其转化效率理论上可以达到百分之百。并利用少模光纤布拉格光栅作为激光器的输出耦合端,搭建了 1.0μm波段的全光纤轨道角动量光激光器,其输出斜率效率为15.7%,其阈值为84mW。通过缠绕法计算的模式纯度经达到了 94.7%。2.分析了旋光材料光纤的模式特性,其所有的本征LPmn(m≠0)模式中的简并矢量模式均携带m阶轨道角动量。3.设计并制作了透过谱宽为125nm且模式转化效率大于93.7%的长周期光栅,并利用沉积有金箔的跳线头作为输出耦合端避免对输出光谱的窄化,同时利用3端口的环形器和起偏器的结合以及两个偏振控制器实现了脉宽为168 ps、重频为9.83 MHz的NPR柱矢量锁模脉冲的输出。并且输出的柱矢量模式纯度均高于95%。4.设计了空气芯金属包层光纤,利用有限元方法研究了不同空气芯半径、导波层厚度及金属包层厚度对光纤群速度色散的影响,其TE01模式的总色散在1.06μm处可以达到-700 ps2/km;对于TM01模式,计算了无金属包层的光纤,其在1.06μm处的群速度色散可以达到-300 ps2/km。本论文的创新点:1.利用模式选择耦合器和少模光纤布拉格光栅实现了 1.0 μm波段的全光纤激光器,输出了高效率、高纯度的轨道角动量光2.理论上证明了旋光光纤的本征模式携带轨道角动量,为实现轨道角动量光提出了一种新的方式。3.设计并制作了高效的宽谱长周期光栅,结合非线性偏振旋转实现了宽谱的柱矢量锁模脉冲输出。由于整个激光器结构仅有两个偏振控制器,其中一个兼负柱矢量模式的调整以及NPR的实现,因此结构相比于一般的NPR柱矢量激光器更为简单,且方便调节。4.设计了空气芯金属包层光纤使TE01模式具有较大的负群速度色散;计算了无金属包层情况下TE01模式和TM01模式的群速度色散。为实现飞秒量级的柱矢量脉冲提供了色散管理的思路。
刘锐[5](2020)在《高功率光纤激光器用掺镱光纤的设计、制备和性能研究》文中研究说明高功率光纤激光器和放大器由于具有效率高、体积小、光束质量好、便于热管理、稳定性高等优点,近些年得到了快速发展,其广泛应用于工业加工、军事、医疗、科研等众多领域。但光致暗化和非线性效应阻碍了光纤激光器输出功率的进一步稳定提升,本论文主要从高功率光纤激光器用掺Yb光纤光致暗化和非线性效应抑制等方面开展了相关的试验研究,最终实现了光纤激光的高功率稳定输出。从掺Yb光纤的设计出发,阐述和模拟了掺Yb光纤的基本结构、组成、数值孔径、模场直径和归一化频率等参数对光纤性能的影响。阐述了高功率光纤激光器用掺Yb光纤预制棒制备技术、拉丝技术和测试技术。进一步分析了掺Yb光纤制备过程中需注意的事项及所发生的化学反应,并且采用相关的测试技术对掺Yb光纤进行了测试分析。在光致暗化效应测试表征方面,探讨了国内外光致暗化测试进展,搭建了光致暗化测试系统。基于掺Yb光纤激光器稳态速率方程和振荡器理论模型,优化了光致暗化系统测试过程中的泵浦方式、泵浦功率和测试光纤长度。采用GR&R的方法对该系统进行了评价,结果5.9%表明系统状态良好,满足重复性和稳定性测试要求。针对高功率光纤激光器用掺Yb光纤普遍存在的光致暗化问题,试验验证了Ce掺杂可明显改善Yb掺杂铝硅酸盐光纤的光致暗化抑制性能,并优化了Ce的掺杂浓度。发现少量P(P2O5~0.27 mol%)掺杂可明显改善Yb/Ce共掺铝硅酸盐光纤的光致暗化抑制性能,但未降低光纤的包层泵浦吸收。发现在纤芯中共掺杂一定浓度Ce2O3(~0.05mol%)、P2O5(~0.83 mol%)和Al2O3(~1.61 mol%)的Yb/Ce/P共掺20/400μm铝硅酸盐光纤表现出优异的光致暗化抑制性能,在现有测试条件下633 nm处的光致暗化附加损耗约为0 d B/m。在光纤中掺杂各个组分未明显引入附加的纤芯损耗,提出Yb/Ce/P共掺铝硅酸盐光纤光致暗化抑制的机理是各掺杂组分的协同抑制作用。通过将低折射率氟掺杂石英单元嵌入光纤预制棒内包层,减小光纤圆形内包层的有效泵浦面积被证明是提高双包层掺Yb光纤包层泵浦吸收的一种有效方法,即使光纤内包层是圆形结构。提出了一个修正的模型来评估计算内包层改性圆形光纤的包层泵浦吸收,包层泵浦吸收的大小取决于嵌入内包层掺氟石英单元的数量N和直径D。相比常规的八边形掺Yb光纤,所制备的圆形掺Yb光纤可较好的实现与圆形无源被动光纤包层对准熔接,包层泵浦吸收的增大使其在全光纤谐振腔系统中可提高31.3%非线性受激拉曼(stimulated Raman scattering,SRS)阈值。针对常规Yb掺杂铝硅酸盐光纤在光谱合束短波长区域输出激光受放大自发辐射(amplified spontaneous emission,ASE)和非线性效应抑制的问题,制备了Yb掺杂25/400μm磷硅酸盐二元光纤。相比常规Yb掺杂铝硅酸盐光纤,MOPA结构1046 nm激光性能测试证明了Yb掺杂磷硅酸盐二元光纤在短波长具有更好的ASE和非线性效应抑制结果。与铝硅酸盐材料相比,磷硅酸盐材料组成增大了配位的不对称度,导致发射峰蓝移是Yb掺杂磷硅酸盐光纤更适合短波长激光输出的主要原因。试验发现光纤纤芯台阶式结构设计可实现纤芯低数值孔径控制,在高功率激光下可获得优异的光束质量输出。
罗昊[6](2020)在《特种光纤技术在STED超分辨显微成像系统中的应用研究》文中研究表明随着科学技术的发展,很多现代科学领域的前沿问题都指向了对于微观世界中的基本规律的探索。由于衍射极限的存在,应用传统光学显微镜已经无法清晰分辨出这种微观尺度的细节信息。而应用电子显微镜等非光学显微镜则极易造成样本的损伤,难以对活体样本进行实时观测。在这种情况下,受激辐射损耗(Stimulated Emission Depletion,STED)显微镜的发明给现代科学的发展提供了有力的工具。由于它采用光学方法突破衍射极限的巧妙设计,使得STED显微镜既具有传统光学显微镜非接触性,非破坏性,观测实时性等优点,又可满足很多前沿科学问题对于显微镜分辨本领的要求。STED显微镜在被发明后的短短几十年间就被广泛应用于现代生物学和医学等诸多科学领域的研究中,并于2014年获得了诺贝尔化学奖。目前国内外报导的STED显微镜系统绝大部分是采用空间光调制的方法来实现生成显微镜所需的扫描光束的。由于这种空间光路非常复杂且精密,给显微镜的操作以及调试过程带来了很多的困难。针对STED显微镜系统中对于扫描光束的实际需求,本课题研究了通过特种光纤技术来实现STED环形光束的生成,并直接将STED光束与激发光束进行同轴匹配输出的方法。具体工作包括以下几个方面:首先,通过对三层阶跃型特种光纤的模式理论进行分析,提出当特种光纤中的三层折射率从内到外逐层递减时,通过其中支持的前三阶标量模式间的干涉效应,可以使特种光纤输出环形光束。并针对STED显微镜系统中对扫描光束的具体需求,得出了特种光纤设计参数需满足的一些限制条件。其次,根据所提出的基于模间干涉的特种光纤设计原理,得到了一种能够生成STED显微镜系统中所需扫描光束的特种光纤。实验结果表明,该特种光纤可将入射的波长为633nm的普通激光束转化为环形光束输出,并将入射的波长为475nm的普通激光束转化为具有亮心的光束输出。并且两光束在空间传播过程中能保持严格的同轴性。这种特种光纤生成的环形光束的光场在空间传播过程中可以一直保持良好的环形暗心特性,即使在经过透镜聚焦后,在微米尺度的焦斑中依然能观察到很明显的暗心。基于该特种光纤设计出一套简化的STED显微镜用扫描光束生成系统。再次,设计并得到了另一种能够生成STED显微镜系统中所需扫描光束的三层阶跃型特种光纤。该特种光纤对于波长在某一范围内(至少包括450nm到532nm)的入射光只能支持前两阶标量模的传输。当入射光集中进入内包层而不进入纤芯时,光纤中主要被激发起的只有第二阶标量模,其输出为环形光束。当入射光集中进入纤芯而不进入内包层时,光纤中主要被激发起的只有基模,其输出光束类似高斯型分布。并且对于波长较长(实验验证了 633nm)的光和波长较短(实验验证了 405nm)的光,即使入射光集中进入内包层而不进入纤芯,其输出也不会是环形光束,而是具有亮心的光束。基于该特种光纤以及其它光纤器件设计了一套全光纤结构的STED显微镜用扫描光束生成系统。最后,针对上述第二种特种光纤在产生环形光束时所需的入射光条件的特殊性问题,进行了在特种光纤上写入长周期光纤光栅(Long Period Fiber Grating,LPFG)来引发光纤基模到第二阶标量模的功率耦合的实验。实验结果表明,在应用写入了 LPFG的特种光纤时,对于波长在某一特定范围内的光,即使采用普通的入射条件,也可实现环形光束的输出。而对于波长较长的光,写入LPFG对其输出光场分布形式无明显影响。实验研究了写入LPFG的栅距对特种光纤输出光场分布形式的影响,并分析了该特种光纤由于写入LPFG而引起的光谱中各波长成分的损耗特性。
张彦杰[7](2020)在《基于激光超声的环氧树脂固化过程监测方法研究》文中提出胶接是一种能提高航天飞行器结构效率和结构破损安全性能的先进连接技术,环氧树脂由于其内聚强度大、粘接强度高等特点,被广泛用于飞机零部件的粘接结构中。近年来,胶接技术在航天领域的应用范围呈持续增长趋势,随着航空制造水平的不断提升,工艺分离面大幅度减少,许多部位的机械连接被共固化、共胶接和二次胶接所替代。然而胶层的固化容易受到环境因素的影响,准确判断胶层的凝胶点、玻璃化转变点及固化度对胶接质量的好坏有非常重要的影响,因此需要发展一种可靠的在线监测技术,以提高粘接工艺的可靠性。本课题的主要目的是研究一种基于激光超声技术的胶层固化监测方法,同时搭建一套灵活性强、适用性广的激光超声检测系统,并利用该系统完成相关的理论及实验研究。论文取得的主要成果包括以下几点:(1)基于双波混合干涉原理搭建了一套适用于非接触移动检测的激光超声检测系统,通过移动探头可以方便快捷地对目标进行检测。在超声波的探测系统中,利用硅酸铋晶体的光折变效应进行超声振动检测,并对干涉仪的相关参数进行了优化。采用高速信号采集卡搭建了用于超声信号实时采集的高速信号采集平台。采用NI-Scope的Lab VIEW程序,以队列数据存储形式,实现了超声信号的快速采集。(2)根据双波混合干涉仪中的光纤结构,分别对单模光纤及多模光纤的耦合效率进行了分析。首先对光纤的结构进行了介绍,说明了全反射条件及光纤内光传播的原理。其次,使用电磁场理论分析了单模光纤的耦合效率,采用几何光学分析考虑了多模光纤的耦合效率。分别考虑了单模光纤与多模光纤在轴向偏移、径向偏移和端面角度倾斜情况下的耦合效率。并计算了由多模光纤引入的模式色散对检测系统的影响。(3)环氧树脂的固化会影响超声波的特征参数,包括声速、振幅以及声阻抗等。根据声速曲线可以分辨出环氧树脂凝胶点及饱和固化阶段。根据复合材料中的波传播路径,利用远场超声建立了下层铝板中振幅与反射系数的关系。同时通过小波变换在时频域对透射波进行了分析,以复Morlet小波为基函数对信号进行分解,并提取了信号的振幅及相位信息,计算了衰减系数及相速度。超声波的吸收衰减与环氧树脂的弛豫特性有关,通过理论分析获得了吸收衰减与频率之间的近似线性关系,同时计算了相速度以评估超声波在环氧树脂中的频散。(4)利用Kramers-Kronig关系推导了超声衰减系数与相速度的关系,并基于衰减系数验证了 Kramers-Kronig关系在环氧树脂固化过程中的适用性,计算了在固化过程中频散度随时间的变化曲线。分别利用超声时域方法、流变仪、差式扫描量热分析(DSC)对环氧树脂的固化过程进行分析,计算了相关参数并探讨了不同方法对固化过程表征的适用性。根据超声时域衰减曲线可以判断出在衰减系数最大值处开始发生玻璃化转变,根据流变仪分析结果可以判断出实验所用环氧树脂体系发生的主要为物理交联。环氧树脂的弛豫特性对频散度有直接影响,本文利用超声在环氧树脂固化过程中频散度的变化曲线建立了固化度的计算模型,并与基于DSC方法的固化度计算模型进行了比较。结果表明,从工业生产角度来看,超声检测在灵敏度方面高于DSC方法,激光超声由于其非接触及灵敏度高的特点,有望发展成为一种工业生产固化在线监测的手段,通过对凝胶点、玻璃化转变点、饱和固化阶段及固化度的判断为实际粘接工艺提供参考。
滕雷[8](2020)在《基于光纤布里渊动态光栅的流体静压强/盐度分布式测量技术研究》文中认为目前,分布式布里渊光纤传感技术已广泛应用于公路、桥梁、隧道和油气管道等大型基础设施的结构健康监测领域。但是受限于传感器原理,传统的分布式布里渊光纤传感技术只能测量温度和应变信息。为了满足不断衍生出的实际测量需求,本论文提出基于光纤布里渊动态光栅的流体静压强/盐度分布式测量技术。该技术基于光纤的相双折射对流体静压强或盐度的敏感性,利用布里渊动态光栅测量光纤相双折射变化,从而实现对静压强/盐度的分布式测量。首先,本论文开展了布里渊动态光栅的理论研究,理论分析了影响传感性能的诸多因素,为优化实验系统参数、提高测量精度和传感距离提供理论支撑。本论文以布里渊增强型四波混频为理论模型,描述了布里渊动态光栅激发和读取过程。通过求解耦合波方程,数值分析探测光功率对光栅反射谱的影响,结果表明:提高探测光功率会降低反射率、展宽反射谱,降低信噪比和测量精度;研究了泵浦抽空效应对传感距离的限制,表明连续泵浦光会引起泵浦抽空效应,限制传感距离。因此,为了提升传感距离,应该采用脉冲泵浦光激发布里渊动态光栅。该内容为进一步优化系统、提高测量精度提供理论支撑。进而,针对相关学者对布里渊动态光栅能否测量相双折射仍存在争议的问题,开展了布里渊动态光栅测量相双折射的验证性研究工作。首先,基于有限元分析方法开展了保偏光纤相双折射和群双折射的理论分析,明确了保偏光纤(特别是形状型保偏光纤)具有的相双折射与群双折射差异性。然后,利用Sagnac干涉仪测量保偏光纤的群双折射,结果与理论模型得到的群双折射相符,证明了理论模型的正确性。最后,利用布里渊动态光栅测量光纤双折射,实验结果与理论模型得到的相双折射值吻合,证实了布里渊动态光栅测量光纤相双折射的能力。该研究内容为通过布里渊动态光栅测量相双折射,实现流体静压强/盐度分布式传感提供了理论依据。基于上述研究,本论文开展了基于光纤布里渊动态光栅的流体静压强分布式测量技术研究。首先,建立流体静压强调制光纤相双折射的有限元分析模型,分析了流体静压强与双折射频移的关系,仿真对比了不同保偏光纤对静压强的灵敏度。结果表明:双折射频移的静压强灵敏度比布里渊频移的静压强灵敏度至少提高100倍,保偏光子晶体光纤的静压强灵敏度比熊猫光纤的静压强灵敏度至少提高两倍。然后,以保偏光子晶体光纤为传感光纤,开展了基于光纤布里渊动态光栅的流体静压强分布式测量实验,实现在1.05Mpa的测量范围内,测量灵敏度为199 MHz/MPa,测量精度为0.03 MPa的流体静压强分布式测量。为了解决流体静压强测量中存在的温度串扰问题,提出了以布里渊光时域分析仪(BOTDA)辅助补偿温度串扰的静压强测量方法,实现温度无关型静压强分布式测量。该方法不增加系统复杂度,利用BOTDA测量光纤布里渊频移变化以解调温度变化,利用温度与双折射频移的关系补偿温度对双折射频移的影响。所述方法解决了流体静压强分布式测量系统温度交叉串扰的问题,且可以应用于本文提出的盐度分布式测量技术。最后,本文提出了一种基于光纤布里渊动态光栅的盐度分布式测量技术。该技术以聚酰亚胺涂覆层保偏光子晶体光纤为传感光纤,基于盐度变化引起聚酰亚胺涂层溶胀,进而调制光纤的相双折射这一特性。首先建立盐度调制光纤相双折射理论模型,获得了盐度对光纤相双折射的影响规律。然后,进行基于布里渊动态光栅的光纤盐度分布式测量实验,证明了该实验系统具有盐度分布式测量能力,并具有良好的重复性和温度串扰补偿能力。实现了最大测量灵敏度为139.6 MHz/(mol/L),最大测量精度为0.072 mol/L的盐度分布式测量。综上所述,本论文提出基于光纤布里渊动态光栅的流体静压强/盐度分布式测量技术,有效扩展了布里渊光纤传感技术的应用领域,为光纤分布式传感技术的工程应用提供指导。
刘晓东[9](2019)在《基于少模光纤非线性的模间四波混频频谱特性研究》文中提出随着单模光纤通信容量不断的逼近非线性香农极限,人们迫切的需要开发新的维度来拓展通信容量。基于少模光纤的空分复用技术因能充分利用光纤中的空间维度而备受关注。但在少模光纤应用于光纤通信系统的过程中,需要充分考虑非线性效应对少模光纤的影响。因此本文对光纤中的非线性效应进行了研究,并重点研究了少模光纤模间四波混频的频谱关联特性。本文主要工作包括以下三个部分:一、对少模光纤参数与少模光纤特性进行了仿真研究。利用Comsol软件仿真计算了少模光纤的色散特性、群速度特性以及不同模式的有效模场面积,计算了少模光纤模间四波混频过程的相位匹配条件。二、实验测量了少模光纤的等效非线性系数。利用自相位调制效应导致的脉冲频谱展宽现象测定了少模光纤中LP11模式的模内等效非线性系数;利用交叉相位调制效应导致的脉冲频谱展宽现象测定了少模光纤中LP01与LP11模式的模间等效非线性系数。实验测量结果与多模Manakov方程计算结果相吻合。三、理论与实验研究了模间四波混频的频谱关联特性。理论上计算了模间四波混频效应中信号光与闲频光的联合频谱函数;分析了不同泵浦带宽下联合频谱强度图反映出的频谱关联特性;利用实验验证了不同泵浦带宽下模间四波混频的频谱关联特性,在泵浦带宽为1.34 nm的条件下得到了频谱不相关的信号光与闲频光,实验结果与理论分析结果具有一致性。
刘爽[10](2019)在《镱掺杂新型多包层有源光纤技术研究》文中指出自二十一世纪以来,高功率光纤激光器凭借着各种技术优势掀起了一场激光技术变革,逐步取代传统激光器,成为激光市场的主流技术路线。然而,高功率光纤激光器发展步伐在近几年逐步停滞下来,这主要受限于高的功率密度与较长的光纤使用长度所引起的非线性效应、热效应诱导的模式不稳定、光纤材料本身固有的光子暗化效应。针对上述问题,本论文对高功率光纤激光器的核心器件—传统20/400μm掺镱(Yb)双包层有源光纤,进行了详细综合性能表征。研究发现,对于20/400μm光纤,在光纤尺寸限制下很难实现3k W以上激光输出;在数值孔径(NA)限定下,很难获得高Yb离子掺杂浓度以及高的受激拉曼散射效应阈值;在聚合物包层限制下,很难实现极好功率稳定性。为了克服上述难题,研制了三种Yb掺杂新型多包层有源光纤—30/600μm双包层有源光纤、肩膀型有源光纤、三包层有源光纤。本论文的主要工作及创新点如下:(1)为抑制光子暗化效应,选择铝磷硅(APS)三元体系作为基体材料,设计并研制了30/600μm Yb-APS双包层有源光纤。该光纤具有较低纤芯NA和折射率分布剖面无中间凹陷产生的特点,能实现更多泵浦能量的注入,有效提高了光纤非线性阈值。利用该光纤在1064.4nm处实现了5.19k W激光输出,斜率效率为85.2%,无受激拉曼散射效应产生。在5.16k W持续工作10小时,输出功率稳定,表明此类光纤具有极好的功率稳定性与抗光子暗化特性。因此,30/600μm Yb-APS光纤非常适用于发展5k W级工业用光纤激光器。(2)为实现高Yb离子掺杂浓度,设计并研制了镱/铈(Yb/Ce)共掺肩膀型有源光纤。锗硅(Ge O2-Si O2)肩膀层引入使得Yb离子掺杂浓度高达4450ppm,并且纤芯的有效NA控制在~0.08。理论计算结果表明,纤芯区域可实现5个LP模式传输,如果将纤芯相对于肩膀层的有效NA降低到0.054,并且弯曲直径设定为46.8mm的情况下,肩膀型有源光纤能实现单模激光输出。该光纤在915nm处的泵浦吸收为3.66d B/m,是商用Nufern-20/400-9M Yb/Ce共掺铝硅(AS)光纤相应吸收系数的6倍。对光纤进行激光系统集成考核,发现熔接点处发热严重但光纤本身没有明显热点,这表明螯合物稀土离子掺杂技术能非常有效地实现均匀的高浓度稀土离子掺杂。(3)设计并研制了Yb-APS三包层有源光纤,解决了双包层有源光纤低折射率聚合物包层耐热能力差、抗光击打能力弱的缺点。对光纤进行特殊的组分设计,即纤芯区域P5+/Al3+摩尔比设为1.08:1以弥补P的挥发,而纤芯外区域设定P5+/Al3+摩尔比为0.92:1来获得平坦的折射率分布。在光纤制备过程中使用两步骤沉积过程,一次塌缩技术,低温多步沉积以及合适流量的POCl3,有效抑制了元素挥发。基于主振荡功率放大(MOPA)结构,仅用7m长光纤,在1079.6nm处实现了1.39k W近衍射极限激光输出,斜率效率高达85.2%,光束质量因子M2为1.36,输出光谱无非线性相关峰且3d B线宽为0.33nm。最大激光输出功率下系统持续运行1小时,激光功率波动小于0.21%。实验结果表明,Yb-APS三包层光纤非常适用于发展高功率光纤激光器。
二、Determination of the Radial Distribution of Attenuation in Single-Mode Optical Fibers(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、Determination of the Radial Distribution of Attenuation in Single-Mode Optical Fibers(论文提纲范文)
(1)基于塑料光纤的LPG温度抑制和折射率传感器特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题背景 |
1.1.1 研究意义 |
1.1.2 国内外发展现状 |
1.2 光纤折射率传感器概述 |
1.2.1 光纤传感器简介及应用 |
1.2.2 倏逝场型的光纤折射率传感器 |
1.2.3 表面等离子体激元型(SPR)光纤折射率传感器 |
1.2.4 干涉型光纤折射率传感器 |
1.2.5 光栅型光纤折射率传感器 |
1.3 光纤湿度折射率传感器概述 |
1.3.1 敏感机理 |
1.3.2 湿度敏感材料 |
1.4 光纤多参量传感器概述 |
1.5 论文研究内容及安排 |
第二章 LPG塑料光纤结构的导光特性 |
2.1 LPG塑料光纤的研究意义 |
2.2 塑料光纤结构 |
2.3 塑料光纤的光学参数 |
2.3.1 折射率 |
2.3.2 数值孔径 |
2.3.3 归一化频率 |
2.3.4 倏逝场 |
2.4 LPG光纤结构光传输特性 |
2.4.1 LPG光传输特性理论分析 |
2.4.2 表面等离子体共振型侧抛光纤理论分析 |
2.5 本章小结 |
第三章 LPG塑料光纤折射率传感特性研究 |
3.1 LPG加工周期对温度输出曲线的影响 |
3.2 LPG塑料光纤折射率敏感单元研究 |
3.2.1 LPG传感机理及结构制备 |
3.2.2 LPG塑料光纤折射率传感特性 |
3.3 侧抛LPG塑料光纤折射率传感特性 |
3.3.1 敏感单元制备及传感原理 |
3.3.2 敏感单元传感特性 |
3.4 本章小结 |
第四章 金膜修饰LPG塑料光纤折射率传感特性研究 |
4.1 金膜修饰LPG塑料光纤折射率传感特性研究 |
4.1.1 金膜修饰LPG型结构制备及传感机理 |
4.1.2 金膜修饰LPG型的折射率传感特性 |
4.2 金膜对LPG型塑料光纤的温度补偿特性研究 |
4.2.1 光栅温度补偿原理 |
4.2.2 金膜对塑料光纤温度补偿机理 |
4.2.3 金膜对塑料光纤温度补偿试验 |
4.3 本章小结 |
第五章 侧抛塑料光纤湿度(气体)传感特性研究 |
5.1 塑料光纤侧抛型湿度敏感单元研究 |
5.1.1 敏感单元传感机理及结构制备 |
5.1.2 敏感单元传感特性 |
5.2 塑料光纤侧抛型乙醇气体敏感单元研究 |
5.2.1 敏感单元结构制备及传感机理 |
5.2.2 敏感单元传感特性 |
5.3 本章小结 |
第六章 集成双参量光纤测量系统 |
6.1 研究背景及系统设计 |
6.2 集成双参量光纤敏感单元测量系统 |
6.2.1 测量系统搭建 |
6.2.2 实验结果与分析 |
6.3 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 工作总结及主要创新点 |
7.2 工作展望 |
参考文献 |
博士期间发表的论文及所取得的研究成果 |
致谢 |
(2)多波长涡旋光纤激光器(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
光学滴旋 |
1.1 矢量涡旋光束—CV光束 |
1.1.1 自由空间中CV光束的数学表达 |
1.1.2 CV光束的聚焦性质与应用 |
1.1.3 CV光束在空间中的产生 |
1.2 相位涡旋光束—OAM光束 |
1.2.1 自由空间中OAM光束的数学表达 |
1.2.2 OAM光束的性质与应用 |
1.2.3 OAM光束在空间中的产生 |
1.3 本章小结 |
参考文献 |
第2章 光纤中的涡旋光束 |
2.1 光纤模式理论 |
2.2 光纤中的涡旋模式 |
2.2.1 光纤中的CV模式 |
2.2.2 光纤中的OAM模式 |
2.3 涡旋光束在光纤中的产生 |
2.3.1 光纤的非对称耦合结构 |
2.3.2 少模长周期光纤光栅 |
2.3.3 模式选择耦合器 |
2.3.4 全少模腔结构 |
2.4 涡旋模式转换器 |
2.4.1 角向偏振模式选择器 |
2.4.2 高阶OAM模式转换器 |
2.5 本章小结 |
参考文献 |
第3章 基于级联布里渊散射的多波长OAM光纤激光器 |
3.1 多波长OAM光束的产生研究现状 |
3.2 多波长光纤激光器 |
3.2.1 基于液氮冷却 |
3.2.2 基于半导体光放大器 |
3.2.3 基于频移器 |
3.2.4 基于强度相关损耗机制 |
3.2.5 基于非线性效应 |
3.3 基于级联布里渊散射的多波长OAM光纤激光器 |
3.3.1 激光器结构与原理 |
3.3.2 实验结果与讨论 |
3.4 本章小结 |
参考文献 |
第4章 中心波长及间隔可调的多波长CV光纤激光器 |
4.1 多波长CV光束的产生研究现状 |
4.2 中心波长及间隔可调的多波长CV光纤激光器 |
4.2.1 激光器结构与原理 |
4.2.2 实验结果与讨论 |
4.3 本章小结 |
参考文献 |
第5章 产生CV光束的光纤随机激光器 |
5.1 随机激光器 |
5.1.1 随机激光器简介 |
5.1.2 随机激光器的应用 |
5.1.3 随机激光器的分类 |
5.1.4 光纤随机激光器 |
5.2 多模光纤随机激光器的研究现状 |
5.3 产生CV光束的光纤随机激光器 |
5.3.1 激光器结构与原理 |
5.3.2 实验结果与讨论 |
5.4 本章小结 |
参考文献 |
第6章 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 研究展望 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
致谢 |
(3)回音壁模式光学微腔传感原理及性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 回音壁模式光学微腔及传感应用简介 |
1.1.1 回音壁模式光学微腔 |
1.1.2 WGM微腔传感对象 |
1.1.3 WGM微腔传感器形状 |
1.2 WGM传感性能优化和面临问题 |
1.2.1 传感性能优化方法 |
1.2.2 法诺共振优化效应 |
1.2.3 亟待解决的问题 |
1.3 论文主要研究内容及意义 |
1.4 论文章节安排 |
第2章 回音壁模式微腔传感器结构与原理 |
2.1 引言 |
2.2 电磁场理论微腔模型 |
2.2.1 球形微腔 |
2.2.2 瓶形微腔 |
2.3 几何光学理论微腔模型 |
2.3.1 柱形微腔 |
2.3.2 锥形微腔 |
2.4 回音壁传感应用性能参数及指标 |
2.4.1 回音壁模式表征参数 |
2.4.2 传感机制及分类 |
2.4.3 传感性能指标 |
2.5 本章小结 |
第3章 回音壁模式微腔耦合系统的制备和表征 |
3.1 引言 |
3.2 回音壁模式微腔耦合理论 |
3.2.1 微腔耦合方式简介 |
3.2.2 耦合模理论 |
3.2.3 锥形光纤近场耦合 |
3.3 回音壁模式微腔耦合系统的制备 |
3.3.1 锥形光纤的制备 |
3.3.2 球形微腔的制备 |
3.3.3 柱(锥)形微腔的制备 |
3.3.4 柱锥形微腔的制备 |
3.4 回音壁模式微腔透过谱表征 |
3.4.1 球形微腔的耦合模式谱 |
3.4.2 柱(锥)形微腔的耦合模式谱 |
3.4.3 柱锥形微腔的耦合模式谱 |
3.5 本章小结 |
第4章 法诺共振的激发及对传感性能的提升 |
4.1 引言 |
4.2 法诺共振激发方式 |
4.2.1 双腔系统激发法诺共振 |
4.2.2 单腔系统激发法诺共振 |
4.3 微腔Drop端与光纤臂干涉激发法诺共振 |
4.3.1 理论基础 |
4.3.2 法诺共振激发实验装置 |
4.3.3 实验结果分析与讨论 |
4.4 法诺干涉调制模式劈裂传感机制 |
4.4.1 理论基础 |
4.4.2 模式劈裂识别系统的搭建 |
4.4.3 实验结果分析与讨论 |
4.5 本章小结 |
第5章 回音壁模式光学微腔传感应用 |
5.1 引言 |
5.2 基于球形微腔的重水浓度探测 |
5.2.1 模式移动传感机理 |
5.2.2 微球腔耦合探测系统 |
5.2.3 实验结果分析与讨论 |
5.3 基于柱形微腔的轴向位置探测 |
5.3.1 轴位探测理论模型 |
5.3.2 柱腔轴位探测实验 |
5.3.3 实验结果分析与讨论 |
5.4 基于柱锥形微腔的抗原浓度检测 |
5.4.1 柱锥形微腔检测优势 |
5.4.2 抗体表面修饰方法 |
5.4.3 抗原检测实验与结果分析 |
5.5 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 工作不足与后续展望 |
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 |
(4)光纤波导中矢量光场的数值模拟及产生(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 涡旋光概述 |
1.1.1 轨道角动量光束及柱矢量光束的数学描述 |
1.1.2 轨道角动量光束的光子轨道角动量 |
1.1.3 柱矢量光的聚焦特性 |
1.2 轨道角动量光束的应用 |
1.2.1 粒子操纵 |
1.2.2 光通信 |
1.3 柱矢量光束的应用 |
1.3.1 表面等离子体激发 |
1.3.2 金属精密加工 |
1.3.3 粒子捕获 |
1.4 涡旋光束的产生 |
1.4.1 空间光器件 |
1.4.2 利用光纤产生 |
1.5 涡旋光束的检测 |
1.5.1 轨道角动量光束的检测 |
1.5.2 柱矢量光束的检测 |
1.6 本章小结 |
参考文献 |
第二章 光纤模式理论与光纤模式选择器件 |
2.1 光纤模式理论 |
2.1.1 柱坐标系下光纤的模式理论 |
2.1.2 光纤中的矢量模式 |
2.1.3 光纤中的标量模式 |
2.1.4 光纤中的轨道角动量模式 |
2.1.5 数值求解光纤模式的几种方法 |
2.1.6 耦合模理论及方程 |
2.2 光纤光栅 |
2.2.1 光纤光栅的制作方法 |
2.2.2 光纤布拉格光栅 |
2.2.3 长周期光纤光栅 |
2.3 模式选择耦合器 |
2.3.1 模式选择耦合器的制作方法 |
2.3.2 模式选择耦合器的耦合理论 |
2.4 本章小结 |
参考文献 |
第三章 光纤中轨道角动量光的产生 |
3.1 光纤激光器简介 |
3.2 OAM光纤激光器研究现状 |
3.3 直腔结构轨道角动量光激光器 |
3.3.1 模式纯度的计算 |
3.3.2 实验结果及讨论 |
3.4 旋光光纤实现轨道角动量模式 |
3.4.1 旋光现象及其理论解释 |
3.4.2 旋光光纤中的轨道角动量模式 |
3.5 本章小结 |
参考文献 |
第四章 基于长周期光栅的宽谱锁模柱矢量光激光器 |
4.1 锁模激光器 |
4.1.1 锁模原理介绍 |
4.1.2 脉冲柱矢量激光器研究现状 |
4.2 宽谱锁模柱矢量光激光器 |
4.3 本章小结 |
参考文献 |
第五章 1.0μm柱矢量模式的色散管理光纤 |
5.1 超快光纤激光器简介 |
5.2 色散对光纤中脉冲传输的影响 |
5.3 1.0μm色散管理光纤研究现状 |
5.4 1.0μm柱矢量模式色散管理光纤设计 |
5.5 本章小结 |
参考文献 |
第六章 总结与展望 |
在读期间学术成果 |
致谢 |
(5)高功率光纤激光器用掺镱光纤的设计、制备和性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 高功率光纤激光器 |
1.3 高功率光纤激光器用掺Yb光纤 |
1.4 目前高功率光纤激光器用掺Yb光纤面临的问题 |
1.5 本论文研究内容 |
2 高功率光纤激光器用掺Yb光纤的设计与制备 |
2.1 高功率光纤激光器用掺Yb光纤的设计仿真 |
2.2 高功率光纤激光器用掺Yb光纤预制棒制备技术 |
2.3 高功率光纤激光器用掺Yb光纤拉丝技术 |
2.4 高功率光纤激光器用掺Yb光纤测试技术 |
2.5 本章小结 |
3 光致暗化效应测试表征 |
3.1 光致暗化效应测试平台 |
3.2 光致暗化测试条件优化 |
3.3 光致暗化系统测试稳定性研究 |
3.4 本章小结 |
4 高功率光纤激光器用Yb/Ce/P共掺铝硅酸盐光纤的制备及性能研究 |
4.1 Ce离子共掺对光致暗化效应的影响 |
4.2 少量P掺杂的Yb/Ce共掺20/400μm铝硅酸盐光纤 |
4.3 少量P掺杂的Yb/Ce共掺25/400μm铝硅酸盐光纤 |
4.4 Yb/Ce/P共掺20/400μm铝硅酸盐光纤的制备及性能研究 |
4.5 本章小结 |
5 内包层改性提高高功率光纤激光器用掺Yb光纤包层泵浦吸收研究 |
5.1 两个氟掺杂的单元嵌入内包层结构掺Yb光纤的制备 |
5.2 两个氟掺杂的单元嵌入内包层结构掺Yb光纤的性能研究 |
5.3 四个氟掺杂的单元嵌入内包层结构掺Yb光纤的制备 |
5.4 四个氟掺杂的单元嵌入内包层结构掺Yb光纤的性能研究 |
5.5 与保偏大模场掺Yb光纤PLMA的比较 |
5.6 不同光纤的熔接损耗对比研究 |
5.7 本章小结 |
6 高功率光纤激光器用Yb掺杂磷硅酸盐光纤的制备及性能研究 |
6.1 台阶式Yb掺杂磷硅酸盐光纤的制备 |
6.2 台阶式Yb掺杂磷硅酸盐光纤的测试表征 |
6.3 台阶式Yb掺杂磷硅酸盐光纤1046 nm激光性能研究 |
6.4 台阶式Yb掺杂磷硅酸盐光纤短波长ASE和非线性抑制分析 |
6.5 本章小结 |
7 全文总结与工作展望 |
7.1 全文工作总结 |
7.2 下一步工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录1 攻读博士学位期间发表的主要论文及申请专利目录 |
附录2 博士生期间参与的课题研究及获奖情况 |
(6)特种光纤技术在STED超分辨显微成像系统中的应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题历史背景 |
1.1.1 传统光学显微镜分辨本领“衍射极限”的发现 |
1.1.2 现代科学中常用的新型显微镜简介 |
1.1.3 光纤技术简介 |
1.2 本课题的目的与意义 |
1.3 本课题相关技术的国内外发展现状 |
1.3.1 STED显微镜技术的国内外发展现状 |
1.3.2 采用特种光纤方法改进STED显微镜技术的国内外发展现状 |
1.3.3 光纤生成环形光束技术的国内外发展现状 |
1.4 本文主要研究内容 |
第2章 传统STED显微镜原理及本课题研究目的 |
2.1 光学显微镜分辨本领的衍射极限 |
2.1.1 光的波动理论基础 |
2.1.2 圆孔的衍射图样 |
2.1.3 传统光学显微镜分辨本领的衍射极限问题 |
2.1.4 共聚焦扫描显微镜分辨本领的衍射极限问题 |
2.2 STED显微镜的基本原理 |
2.2.1 量子化原子结构模型 |
2.2.2 光子与原子相互作用的三种形式 |
2.2.3 STED显微镜原理 |
2.3 小尺度下生成环形光束的困难 |
2.3.1 傅里叶光学原理简介 |
2.3.2 微米尺度环形孔径出射光场的空间分布 |
2.4 传统STED系统中环形光束的生成方法及本课题研究目的 |
2.5 本章小结 |
第3章 用于STED显微系统的特种光纤设计与制备原理 |
3.1 光纤模式理论 |
3.1.1 矢量法 |
3.1.2 标量法 |
3.2 特种光纤生成环形光束的初步探索 |
3.2.1 环形纤芯光纤输出光束所存在的问题 |
3.2.2 具有良好环形特性的光纤本征模式 |
3.3 三层阶跃型特种光纤的模式理论 |
3.4 三层阶跃型特种光纤的制备方法 |
3.5 本章小结 |
第4章 基于光纤中模式干涉的特种光纤方案 |
4.1 特种光纤中的模式干涉理论 |
4.2 特种光纤的参数与仿真数据 |
4.2.1 特种光纤的实际折射率分布 |
4.2.2 特种光纤中的本征模场解 |
4.2.3 特种光纤中光场的分布形式 |
4.3 基于特种光纤的实验结果 |
4.3.1 环形STED光束的生成 |
4.3.2 环形STED光束与激发光束的同轴输出 |
4.3.3 环形STED光束的汇聚特性测试 |
4.3.4 基于特种光纤的STED显微镜扫描光束生成系统 |
4.4 不同入射光条件对于输出光场的影响 |
4.4.1 入射光半径对输出光场的影响 |
4.4.2 入射光角度对输出光场的影响 |
4.4.3 入射光偏离光纤轴的距离对输出光场的影响 |
4.5 本章小结 |
第5章 基于选择性激发特定模式的特种光纤方案 |
5.1 特种光纤的参数与仿真数据 |
5.1.1 特种光纤的实际折射率分布 |
5.1.2 特种光纤中的本征模场解 |
5.2 基于特种光纤的实验结果 |
5.2.1 输入光波长在特定范围内时的输出特性 |
5.2.2 输入光波长在特定范围外时的输出特性 |
5.2.3 全光纤结构的STED显微镜扫描光束生成系统 |
5.2.4 半光纤结构的STED显微镜扫描光束生成系统 |
5.3 长周期光纤光栅对特种光纤出射光场的影响 |
5.3.1 光纤光栅简介 |
5.3.2 刻写LPFG的实验方案 |
5.3.3 不同栅距的LPFG对输出光场的影响 |
5.3.4 LPFG引入的光谱损耗特性 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
致谢 |
(7)基于激光超声的环氧树脂固化过程监测方法研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
2 文献综述 |
2.1 胶层固化监测的重要意义 |
2.1.1 环氧树脂及其固化过程 |
2.1.2 环氧树脂固化监测的意义 |
2.2 环氧树脂固化反应常用监测方法 |
2.2.1 差示扫描量热法 |
2.2.2 流变测试 |
2.2.3 热重法 |
2.2.4 光纤传感法 |
2.2.5 X射线检测法 |
2.3 超声技术在环氧树脂固化监测中的应用现状 |
2.3.1 超声监测的基本原理 |
2.3.2 超声监测的应用现状 |
2.4 激光超声检测技术的研究进展 |
2.4.1 激光超声技术的特点及应用 |
2.4.2 激光超声的激发方法 |
2.4.3 激光超声检测方法 |
2.5 信号处理方法 |
2.5.1 传统信号处理方法 |
2.5.2 时频分析方法 |
2.6 课题研究内容 |
3 激光超声检测系统及其光纤化设计 |
3.1 光折变晶体与双波混合干涉 |
3.1.1 光折变效应的基本原理 |
3.1.2 光折变晶体中的双波混合效应 |
3.2 双波混合干涉仪的光纤化设计 |
3.2.1 基于光纤结构的双波混合干涉仪 |
3.2.2 超声探测系统的参数优化 |
3.3 激光超声信号的激发及高速采集系统设计 |
3.3.1 激光超声激励系统 |
3.3.2 超声信号的高速采集系统 |
3.4 本章小结 |
4 双波混合干涉仪中光纤的耦合效率及色散分析 |
4.1 光纤的结构及参数 |
4.2 单模光纤的耦合效率分析 |
4.2.1 光纤耦合效率 |
4.2.2 位置偏差损耗 |
4.3 多模光纤的耦合效率分析 |
4.3.1 多模光纤的传输模式 |
4.3.2 空间光到多模光纤的耦合 |
4.3.3 多模光纤位置偏差对耦合效率的影响 |
4.4 光纤的色散及对超声检测的影响 |
4.5 本章小结 |
5 环氧树脂固化过程对超声特征参数的影响 |
5.1 激光超声监测环氧树脂固化的实验设计 |
5.2 超声波在复合结构内的传播规律研究 |
5.2.1 超声波的反射、透射及声阻抗计算 |
5.2.2 超声波在金属中的衰减及远场判定 |
5.2.3 超声波在环氧树脂中的衰减及频散 |
5.3 环氧树脂固化对超声特征参数的影响分析 |
5.3.1 环氧树脂固化对超声波速的影响 |
5.3.2 环氧树脂固化对声阻抗的影响 |
5.3.3 环氧树脂固化对超声波衰减及频散的影响 |
5.4 本章小结 |
6 基于激光超声的环氧树脂固化过程动态分析 |
6.1 超声特征参数的Kramers-Kronig关系 |
6.1.1 衰减系数与相速度的Kramers-Kronig关系 |
6.1.2 基于Kramers-Kronig关系的相速度及频散度计算 |
6.2 环氧树脂的固化度表征模型建立 |
6.3 环氧树脂的固化行为测试 |
6.3.1 基于超声时域方法的固化过程表征 |
6.3.2 环氧树脂固化过程的流变测试 |
6.3.3 差示扫描量热分析及固化度计算方法 |
6.3.4 超声特征参数对固化过程的敏感度分析 |
6.4 本章小结 |
7 结论与展望 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(8)基于光纤布里渊动态光栅的流体静压强/盐度分布式测量技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究目的和意义 |
1.1.1 光纤分布式传感器的研究意义 |
1.1.2 光纤流体静压强/盐度分布式测量技术的需求分析 |
1.1.3 课题研究目的简述 |
1.2 光纤布里渊动态光栅分布式测量技术研究现状 |
1.2.1 布里渊动态光栅研究历程 |
1.2.2 布里渊动态光栅分布式测量的研究现状 |
1.3 光纤流体静压强/盐度测量研究现状 |
1.3.1 光纤流体静压强测量技术研究现状 |
1.3.2 光纤溶液盐度测量技术研究现状 |
1.3.3 传统静压强/盐度测量技术研究现状总结 |
1.4 本文的主要研究内容 |
第2章 光纤中布里渊动态光栅理论研究 |
2.1 引言 |
2.2 受激布里渊散射与布里渊动态光栅产生机理 |
2.3 光纤布里渊动态光栅特性分析 |
2.3.1 相位匹配条件 |
2.3.2 布里渊增强四波混频模型 |
2.3.3 探测光对布里渊动态光栅反射谱的影响 |
2.3.4 泵浦抽空效应对测量距离的限制 |
2.4 本章小结 |
第3章 光纤相双折射和群双折射差异研究 |
3.1 引言 |
3.2 保偏光纤相双折射和群双折射的特性分析 |
3.2.1 相双折射和群双折射介绍 |
3.2.2 基于Sagnac干涉仪的光纤双折射测量技术 |
3.3 保偏光纤中相双折射和群双折射的理论分析 |
3.3.1 保偏光纤双折射的理论计算 |
3.3.2 布里渊动态光栅测量相双折射的理论依据 |
3.3.3 Sagnac干涉仪测量群双折射的理论依据 |
3.4 光纤相双折射和群双折射的实验测量 |
3.4.1 基于Sagnac干涉仪的光纤群双折射测量 |
3.4.2 基于布里渊动态光栅的光纤相双折射测量 |
3.4.3 实验结果的对比分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 基于布里渊动态光栅的流体静压强分布式测量技术研究 |
4.1 引言 |
4.2 流体静压强分布式测量技术的理论分析 |
4.2.1 流体静压强对光纤布里渊频移的影响 |
4.2.2 流体静压强对光纤双折射频移的影响 |
4.3 基于布里渊动态光栅流体静压强分布式测量实验 |
4.3.1 实验装置 |
4.3.2 实验结果及分析 |
4.4 静压强分布测量系统温度串扰补偿技术 |
4.5 本章小结 |
第5章 基于布里渊动态光栅的盐度分布式测量技术研究 |
5.1 引言 |
5.2 基于溶胀材料光纤盐度传感器的理论分析 |
5.2.1 大分子聚合材料吸湿溶胀原理 |
5.2.2 聚酰亚胺材料溶胀特性 |
5.2.3 理论分析涂覆层溶胀对传感光纤的影响 |
5.3 基于布里渊动态光栅的光纤盐度分布式传感器 |
5.3.1 聚酰亚胺涂覆层传感光纤的制备 |
5.3.2 传感光纤及盐度测量过程介绍 |
5.3.3 传感光纤布里渊频移的特性分析 |
5.3.4 基于布里渊动态光栅的盐度分布式测量实验 |
5.3.5 系统重复性的验证及温度自补偿特性 |
5.4 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 |
(9)基于少模光纤非线性的模间四波混频频谱特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 光纤中的非线性效应 |
1.3 光纤中非线性效应的研究现状 |
1.4 本文主要内容及意义 |
第2章 光场在光纤中的传输理论 |
2.1 光纤的模式理论 |
2.2 光场在光纤中的传输 |
2.2.1 光纤中的色散 |
2.2.2 光纤中的模式耦合理论 |
2.2.3 光纤中的脉冲传输方程 |
2.2.4 随机耦合与Manakov方程 |
2.3 光纤中的四波混频理论 |
2.3.1 单模光纤中的四波混频理论 |
2.3.2 少模光纤中的模间四波混频理论 |
2.3.3 少模光纤中的模间四波混频相位匹配条件 |
2.4 本章小结 |
第3章 少模光纤参数及其特性的仿真研究 |
3.1 少模光纤结构参数的确定 |
3.2 模间四波混频相位匹配条件的确定 |
3.3 光纤有效作用长度的确定 |
3.4 本章小结 |
第4章 少模光纤的等效非线性系数测量 |
4.1 实验原理与实验装置 |
4.1.1 实验原理 |
4.1.2 实验装置 |
4.2 两模光纤模内等效非线性系数的实验测量 |
4.3 两模光纤模间等效非线性系数的实验测量 |
4.4 本章小结 |
第5章 少模光纤模间四波混频频谱关联特性的研究 |
5.1 模间四波混频频谱关联特性的理论研究 |
5.1.1 频谱关联特性 |
5.1.2 联合频谱函数 |
5.2 模间四波混频频谱关联特性的实验研究 |
5.2.1 模间四波混频实验装置 |
5.2.2 不同泵浦带宽下频谱关联特性实验 |
5.3 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 本文工作总结 |
6.2 课题展望 |
参考文献 |
发表论文和参加科研情况说明 |
致谢 |
(10)镱掺杂新型多包层有源光纤技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 光纤激光器 |
1.1.1 研究现状及未来发展趋势 |
1.1.2 应用领域 |
1.2 功率提升的物理限制因素 |
1.2.1 非线性效应 |
1.2.2 光子暗化效应 |
1.2.3 模式不稳定 |
1.3 镱掺杂多包层有源光纤研究现状 |
1.3.1 双包层光纤 |
1.3.2 肩膀型光纤 |
1.3.3 三包层光纤 |
1.4 稀土掺杂大模场石英光纤预制棒制备工艺 |
1.4.1 原位溶液掺杂法 |
1.4.2 闪蒸法 |
1.4.3 高温气相掺杂法 |
1.4.4 DND稀土掺杂法 |
1.4.5 改进的OVD法 |
1.4.6 溶胶-凝胶法 |
1.5 论文主要内容 |
2 基本理论 |
2.1 基本原理 |
2.2 光束传播法 |
2.3 有源光纤工作原理 |
2.3.1 双包层光纤 |
2.3.2 肩膀型光纤 |
2.3.3 三包层光纤 |
2.4 光纤激光器工作原理 |
2.4.1 谐振腔结构 |
2.4.2 MOPA结构 |
2.5 本章小结 |
3 有源光纤制备 |
3.1 光纤预制棒制备工作 |
3.1.1 双包层光纤预制棒 |
3.1.2 肩膀型光纤预制棒 |
3.1.3 三包层光纤预制棒 |
3.2 光纤拉制 |
3.3 本章小结 |
4 有源光纤综合性能表征 |
4.1 光纤静态参数测试 |
4.1.1 光纤预制棒折射率分布 |
4.1.2 光纤折射率分布 |
4.1.3 光纤截面元素分布 |
4.1.4 光纤吸收系数 |
4.2 光纤激光性能参数测试 |
4.2.1 直通损耗 |
4.2.2 斜率效率 |
4.2.3 光束质量 |
4.2.4 光子暗化 |
4.3 本章小结 |
5 双包层有源光纤 |
5.1 LMA-20/400-YDF |
5.1.1 光纤规格及折射率分布 |
5.1.2 元素分布及吸收特性 |
5.1.3 激光特性及功率稳定性 |
5.2 LMA-30/600-YDF |
5.2.1 光纤设计与计算 |
5.2.2 结果与讨论 |
5.3 本章小结 |
6 肩膀型有源光纤 |
6.1 基本参数 |
6.2 吸收特性和元素分布 |
6.3 对制备的光纤进行数值分析 |
6.4 单模激光操作的可行性 |
6.5 本章小结 |
7 三包层有源光纤 |
7.1 谐振腔结构激光器 |
7.1.1 光纤结构和折射率分布 |
7.1.2 光纤的吸收特性 |
7.1.3 稀土离子分布及其均匀性 |
7.1.4 光纤激光性能 |
7.2 MOPA结构激光器 |
7.2.1 光纤组分设计 |
7.2.2 光纤结构 |
7.2.3 光纤折射率分布及吸收特性 |
7.2.4 元素分布及其均匀性 |
7.2.5 激光性能 |
7.3 本章小结 |
8 总结和展望 |
8.1 论文主要内容总结 |
8.2 论文创新点 |
8.3 工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
四、Determination of the Radial Distribution of Attenuation in Single-Mode Optical Fibers(论文参考文献)
- [1]基于塑料光纤的LPG温度抑制和折射率传感器特性研究[D]. 胡彦君. 中北大学, 2021(01)
- [2]多波长涡旋光纤激光器[D]. 王敬好. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [3]回音壁模式光学微腔传感原理及性能研究[D]. 赵宏春. 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(03)
- [4]光纤波导中矢量光场的数值模拟及产生[D]. 陶润夏. 中国科学技术大学, 2020
- [5]高功率光纤激光器用掺镱光纤的设计、制备和性能研究[D]. 刘锐. 华中科技大学, 2020(01)
- [6]特种光纤技术在STED超分辨显微成像系统中的应用研究[D]. 罗昊. 哈尔滨工程大学, 2020(04)
- [7]基于激光超声的环氧树脂固化过程监测方法研究[D]. 张彦杰. 北京科技大学, 2020(01)
- [8]基于光纤布里渊动态光栅的流体静压强/盐度分布式测量技术研究[D]. 滕雷. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [9]基于少模光纤非线性的模间四波混频频谱特性研究[D]. 刘晓东. 天津大学, 2019(01)
- [10]镱掺杂新型多包层有源光纤技术研究[D]. 刘爽. 南京理工大学, 2019(01)