一、超窄带磁光滤波器理论计算(论文文献综述)
陈光[1](2021)在《光载射频信号处理若干技术及应用研究》文中指出光载射频信号处理是一门涉及射频技术和光子学的新兴交叉研究领域,其包括了光纤通信、无线通信、微波工程、模拟与数字信号处理、光电融合、光电子材料与器件、光载射频通信系统及网络应用等多个方面。光载射频技术的研究初衷是在射频系统中引入强大的光子技术,从而消除电子瓶颈的同时带来诸多优点,如高速率、低损耗、大带宽、小尺寸、低功耗、轻重量、高集成度、优良稳定性、抗电磁干扰、频率响应平坦、易于混合集成等技术优势。因此,通过采用基于光子学的射频信号处理技术可实现以前在电域内很难甚至是无法完成的功能或任务。正是由于这种巨大优势,光载射频通信自上世纪90年代开始研究以来,在信号处理、民用通信、国防军事、航空航天和医疗卫生等领域已得到了广泛的应用,并引起国内外学者的广泛关注。光载射频信号处理关键技术与光载射频通信(RoF)系统应用作为微波光子学两个重要的研究分支,近些年引起了研究者们的极大兴趣,并成为当前微波光子学的研究热点。本论文针对光载射频通信、光纤射频混合接入网络和微波光子雷达等民用和国防军事应用需求,依托国家自然科学基金重大项目等国家级课题,重点对光载射频信号处理关键技术和光载射频通信系统设计应用两方面开展研究工作。本论文的研究内容及创新点如下:一、提出了基于光串联单边带调制和光正交单边带复用的多模态相干光载射频通信系统为了解决多制式射频信号收发和传输面临的需求及挑战,提出一种采用光串联单边带调制(OTSSBM)和光正交单边带频谱复用(OOSSBM)的多模态相干光载射频通信系统方案,并在接收端采用数字信号处理算法辅助的相干检测,对多路相位调制码型信号的混叠信道进行识别和分离,实现了在相干光载射频通信系统中的多速率信号收发、调制解调与传输。(1)设计了相干RoF系统并进行了数值仿真,分析了 RoF系统中光载射频信号的频谱结构,并通过数字信号处理算法在接收端恢复了发射的2 Gbit/s和5 Gbit/s的BPSK码型信号,给出了信号发射前和接收后的时域波形图和眼图对比。搭建了光载射频信号发送、传输、接收和处理的多信道高谱效相干光载射频通信实验平台。实验结果表明,对于所提出的不同类型及条件(单信道与双信道;OTSSBM与OOSSBM;40 km单模光纤传输与背靠背系统等)下的复用信号,经40公里单模光纤传输后系统性能良好,均满足误比特率(BER)低于10-9,品质因数达到6以上。(2)分析了采用OTSSBM和OOSSBM时,传输2 Gbit/s和5 Gbit/s的BPSK信号,在保持能量效率适中的前提下,两种复用方案各自分别的频谱效率达到了 4.2 bit/s/Hz和4.9 bit/s/Hz,综合利用OTSSBM和OOSSBM两种方案达到7.4 bit/s/Hz。在提高光单载波射频通信系统的频谱效率和信道容量的同时,使用数字信号处理算法辅助的相干检测进行信号解调与恢复,没有增加额外的混叠信道分离硬件或光电器件,简化了系统结构和复杂度。二、设计了基于硅基光电子的相干光载射频通信集成发射模块和接收模块采用级联硅基微环谐振腔(MRR)结构,设计了具有波长选择性的高Q值、超窄带、可调谐的三通带光带通滤波器,并实现了基于MRR的光多载波产生的技术方案;设计了用于调制高速射频信号的硅基双电极马赫-曾德尔调制器(DE-MZM);利用所设计的MRR滤波器和DE-MZM等硅基光电子器件,设计了一种发射多路多制式射频信号并提供多类型射频信号接入功能的光载射频信号集成发射机;利用硅基平面光波导设计了混合集成数字相干光接收机,并对所设计的集成发射模块和接收模块的性能做了系统品质因数(Q-factor)和误码率(BER)的验证和测试。(1)利用上下分插型(或称作“上传下载型”)硅基MRR设计了超窄带可调谐光带通滤波器,所设计的单微环谐振滤波器中心波长为1552.52nm,3dB带宽为0.04nm,FSR为10nm,并拥有陡峭的滤波窗口上升沿和下降沿,利用热光效应可调谐滤波通带。通过将三个硅基单微环级联,形成具有波长选择性和可重构性的三通带可调谐窄带光带通滤波器。三个通带的中心波长分别为1550.7 nm,1551 nm和1551.3 nm,其平坦度良好,通道间隔FSR达到10 nm,吸收损耗低于3 dB/cm,每个微环谐振滤波器的精细度Finesse为250,Qtotal达到38750,级联多频带微环谐振滤波器产生多载波光源,其尺寸在毫米级。(2)设计了高速硅基双电极马赫-曾德尔调制器(DE-MZM),其带宽达到30 GHz,对于BPSK信号的数据速率接近10 Gbit/s。以三个频带作为光载波分别调制不同频段和类型的射频信号,以BPSK调制码型发射则每路信号达到10 Gbit/s的数据速率。设计了亚微米尺寸硅基波导可调谐光衰减器(VOA),并分析了其特性。设计了双平行双电极马赫-曾德尔调制器,其被用于构成I/Q调制器。将有三个频带的微环谐振滤波器和三个硅基调制器串联后再并联,构成了在三个光载波上调制,同时加载多路不同类型宽带信号(如WiFi,WiMAX等射频信号,或数字信号和模拟信号的任意组合)的光载射频通信集成发射机,整个芯片尺寸为7.8 mm2的毫米量级。(3)为了解决相干光载射频通信系统对于数字相干接收机在集成度、功耗、工作稳定性、灵敏度、响应度波动、相位误差方面的进一步需求,设计了一种基于硅基平面光波导的集成数字相干光接收机前端,并测试了所设计的集成相干接收机前端模块的性能和参数指标。在1520 nm~1620 nm宽波长范围内,相位漂移在±1°,保证了相应端口良好的相位正交性。当温度在-5℃~80℃时,响应度幅度波动在±0.25 dB;相邻光电探测器端口之间的响应度偏差在0.4 dB之内。测试了对于112 Gbit/s PDM-QPSK调制码型信号的接收性能,得到了偏振正交方向X信道和Y信道上清晰且易于判决的星座图,以及品质因数(Q值)和信号光功率(光信噪比)的近似线性对应关系。三、设计基于DP-DPMZM和SOA-MZI的光载射频信号处理技术方案为了在一个光载射频信号处理系统中实现多项功能,并提高系统集成度及降低成本,对光载射频信号处理的三种核心技术——移相、滤波和倍频进行了综合方案设计。(1)基于双偏振双平行马赫-曾德尔调制器(DP-DPMZM),设计了具有倍频功能的宽带光载射频信号移相器,不仅对射频信号进行2-6倍频调控,且在光域实现了 360°相位控制。仿真验证了其相移范围和倍频效果,相移量与相位调控参量接近线性关系,多倍频与相位控制这两种处理同时进行。分析了消光比的变化、90°混合器的幅度和相位不平衡性对相位漂移、幅度抖动及系统稳定性的影响。(2)借助MZM的单边带(SSB)调制(用于加载射频信号)和半导体光放大器(SOA)的光学非线性效应(慢光效应和相干布居振荡),设计了一种滤波通带(中心波长)和3 dB带宽均可调谐的射频光子滤波器,该滤波器中心波长在15 GHz-20 GHz的频率范围内调节,并具有超过15 GHz的自由频谱范围(FSR),中心波长不同,其FSR不同,最低的FSR亦超过15 GHz。调节SOA的注入电流,实现了其频带和3 dB带宽可调,在SOA驱动电流为420 mA左右时,FSR=15.44 GHz,滤波器通带的3 dB带宽BW3dB=2.45 MHz,品质因数Q-factor>6300(对于单通带滤波器,Q-factor=Finesse=FSR/BW3dB≈6302),滤波器带外抑制比达到41 dB。(3)采用偏振分束器、偏振耦合器与两个SOA构成马赫-曾德尔干涉仪型结构(SOA-MZI),设计了宽带射频光子移相器,数值模拟仿真结果表明:相移的动态范围达到360°、调控精度达到0.1°、相移带宽接近30 GHz,相位变化量与SOA驱动电流呈现良好的线性关系,且依照相移精度对相移量进行连续调节。这些特性均优于传统方案。此外也对所设计的射频光子移相器非线性失真原因做了初步分析。上述三个创新点不仅提升了光载射频通信系统的信道容量、频谱效率和多模态应用,丰富了光载射频信号发射和接入服务的多样性,还提高了系统集成度,降低功耗、减小器件尺寸,增强系统的稳定性和可靠性。实现了对射频信号的相位在光域进行连续精确调控,同时进行倍频和滤波等处理,增强了光载射频信号处理系统的综合功能。本论文针对基于光载射频通信的超宽带无线接入网络、微波光子雷达、光控相控阵、电子对抗系统以及其它需要高性能光载射频信号处理的领域开展研究,所取得的研究成果在未来相关研究领域中具有一定的实用价值和应用前景。
孔德欢[2](2021)在《可搬运锶光钟性能评估及空间站锶光钟预研究》文中研究表明光钟作为下一代时间频率标准的有力候选之一,在科学研究和工程应用中具有重要意义。实验室型光钟由于体积庞大、系统复杂,仅限于在实验室使用。相比实验室型光钟,可搬运光钟的体积较小、操作方便,并且对外界环境的适应能力比较高,使不同光钟系统之间的频率比对不再受距离限制。由于太空中特殊的微重力环境非常有利于提高光钟的性能指标,使得空间光钟具有巨大潜力和广阔的应用前景。为了应对秒定义的变更,并推进光钟的实际应用,国家授时中心陆续开展了实验室型锶光钟,可搬运锶光钟和空间站锶光钟的研制。本论文围绕国家授时中心可搬运锶光钟及空间站锶光钟的研制,主要完成的工作有:可搬运稳频窄线宽激光器的研制、可搬运锶光钟的系统研制、可搬运锶光钟稳定度和不确定度的评估和空间站锶光钟的预研究。(1)可搬运稳频窄线宽激光器的研制:利用PDH锁频技术研制了可搬运窄线宽689 nm二级冷却光源和698 nm钟跃迁谱探询光源。可搬运689 nm窄线宽稳频光源锁定于腔长为25 mm水平放置的立方体腔上,锁定后线宽优于135 Hz、秒稳定度优于1.56×10-14。可搬运698 nm窄线宽稳频光源锁定于腔长为10 cm竖直放置的橄榄球型腔上,其线宽优于1 Hz,秒稳为1.3×10-15。(2)可搬运锶光钟的系统研制:主要包括真空系统和光学系统的研制以及冷原子样品的制备。紧凑的设计使真空系统的体积缩小到90 cm×20 cm×42 cm,所有光学子系统都集成在独立的光学面板上,光学系统与真空系统之间通过光纤链接。除了电子设备,可搬运锶光钟物理系统的尺寸小于0.65 m3。实验上完成了锶原子的一维光晶格装载,晶格中原子的寿命约为628 ms,温度为3.3μK。进一步利用窄线宽稳频的钟激光完成了跃迁谱线的探测,当钟激光与原子的作用时间为230 ms时,得到自旋极化谱线宽度为4.8 Hz,接近傅立叶极限值。(3)可搬运锶光钟稳定度和不确定度的评估:实验上采用分时自比对方法对系统的频率稳定度进行了评估,结果表明分时自比对的频率稳定度为3.6×10-15/τ1/2,当平均时间为2000 s时,频率稳定度为6.3×10-17。系统不确定度的评估中主要包括黑体辐射频移、碰撞频移、晶格光交流斯塔克频移和二阶塞曼频移。可搬运锶光钟总的相对频移修正量为58.8×10-16,不确定度为2.3×10-16。(4)空间站锶光钟的初步研究:针对锶光钟在空间环境中的应用,设计了结构紧凑,功耗较小的真空系统,真空系统体积约为55 cm×40 cm×28 cm,重量为30 kg;完成了激光一级冷却面板、二级冷却及重泵浦面板的设计和调试,实现了光路系统的小型化和模块化,每个面板的尺寸为57 cm×40 cm。进一步实现了锶原子的一维光晶格装载,并利用可搬运的698 nm窄线宽超稳激光源探测了钟跃迁谱,简并谱线宽为6.1 Hz。
张贺宾[3](2021)在《频率识别关联中的真空诱导相干与量子光源制备方案研究》文中研究指明量子相干和量子光源均是实现量子技术的基石。辐射体内部能级中的非垂直跃迁结构会引起一种特殊相干性的出现,即真空诱导相干(VICs)。真空虽然通常会造成量子相干的破坏,但却是真空诱导相干性产生的原因。由于真空诱导相干在克服环境引起的退相干效应以及量子技术应用方面具有重要的潜力,因此,探索对其进行探测以及操控的方案是重要的研究课题。另一方面,作为物质的量子特性的主要来源,量子光源是量子信息和量子精密测量技术的重要组成部分。量子密钥分发的保密性依赖于单光子源,并且在线性光学量子计算方案中,高品质的单光子源的产生和操控也是其中的关键环节。超聚束光是另一种重要的量子光源,该光源可用于提升鬼成像的可识别度、探测光场与物质间的微弱相互作用以及制备纠缠光源等。所以,我们在本文主要的研究动机就是探索真空诱导相干的测量和操控方法,以及具有亚自然线宽甚至是超窄线宽的单光子源、超聚束光源的制备方案。具体来说,首先,以线偏振光驱动的J=1/2→J=1/2跃迁中的四能级系统作为辐射体,我们研究了辐射光场的频率识别关联性质。我们证明,在σ与π偏振的辐射光成分的交叉关联中,真空诱导相干起着重要的作用。真空诱导相干能够在不同偶极矩组合的双光子跃迁路径间引起明显的时序干涉效应,从而这种干涉效应可以作为一种探测真空诱导相干效应的方法。并且,基于这里的研究方案,我们证明通过调节外加磁场强度和滤波器频率,可以进行量子擦除的演示。在制备亚自然线宽单光子源时,频率滤波是一种经常采用的技术。然而最近的研究表明,荧光的完美单光子是一种包含了全部光谱成分的整体性质,从而部分成分的滤除可能会明显地破坏单光子性,使荧光退化成普通光源。这极大地限制了滤波方法在制备亚自然线宽单光子源方面的应用。我们通过研究发现,荧光单光子的线宽并不总是取决于辐射体的内禀线宽。我们提出了一种单光子源方案,该方案能够在确保荧光的完美单光子性的前提下,使荧光光子的全部频率成分集中在远远小于辐射体自然线宽的频率区域内,并且,通过控制外加相干场的强度可以方便地对单光子的线宽进行调节。在带宽等于甚至远小于辐射体自然线宽的滤波或者探测装置上,我们对荧光光子的探测响应进行了理论模拟,结果证实了超窄线宽的单光子源的实现。并且,根据真实的物理系统和实验条件,我们对这里提出的单光子源制备原理的可行性进行了论证。以一个特殊的Λ型三能级体系作为辐射体,我们研究了相干操控的电子搁置效应下的能级系统的辐射性质以及辐射场在滤波作用下的性质。在弱驱动条件下,我们发现能级系统可以等效为一个具有超窄线宽的能级系统。并且,等效能级系统的超窄线宽特性能够很好地表现在真实的自发辐射通道中。那么,该辐射通道除了能发射出具有超窄线宽的荧光单光子外,还能够在超窄的线宽尺度下,表现出类似于常规二能级系统在强驱动作用下才出现的Mollow三峰谱以及双光子谱型。因此,等效能级系统的超窄线宽性质在一阶、二阶光谱中均能被很好地体现。接着,我们研究了被激光场直接驱动的跃迁的辐射场在滤波作用下的性质。我们发现,滤波作用下的辐射场的零延时二阶自关联将达到几千以上的强度,这意味着显着的超聚束效应出现。并且,我们的研究表明,在相干操控的电子搁置效应下的能级系统中,这种超聚束效应能够普遍出现。我们在文中对该效应出现的起源进行了详细的分析,从而得知这是一种不同于之前研究的超聚束光产生机制。最后,我们对本文的研究内容进行总结,并且对相关以及进一步的研究问题提出展望。
庄煜阳[4](2020)在《基于光子晶体和纳米线波导的波分—模分混合复用/解复用集成器件研究》文中研究指明随着物联网、云计算、自动驾驶、虚拟现实等流量消耗型应用的快速兴起,通信系统对传输容量、传输速率的需求呈现爆炸式增长,因此需要强大的光纤传输网作为支撑,从而满足其超大容量、超快速率的传输要求。但传统单模光纤的容量现已逼近香农极限,将无法满足日益增长的业务需求。空分复用技术应运而生,它采用少模、多芯或是两者结合的方式增加单根光纤所能够传输的信道数,可以极大地提高系统的传输容量和频谱效率。结合波分、模分复用技术,实现波分-模分混合复用/解复用将是突破容量瓶颈的关键技术之一。近年来,硅光子技术利用其低功耗、高速率以及与CMOS工艺兼容的特性,使光子器件与电子器件的集成变为可能。受硅光子学发展的影响,硅基片上波分、模分及其混合复用/解复用器件得到了越来越多的关注,而该类器件正是新型混合复用系统的关键组成部分。但到目前为止,利用硅光子芯片实现片上波分-模分混合复用/解复用的技术仍处于研究阶段。本文首次提出基于光子晶体和纳米线波导的波分-模分混合复用/解复用器,采用具有高品质因数的光子晶体谐振腔进行波分复用/解复用,并利用纳米线波导进行模分复用/解复用,最终实现了波分和模分复用/解复用器件的片上集成。本文主要针对缩小波分-模分混合复用/解复用器的波长信道间隔、扩大其自由光谱范围、降低其插入损耗进行研究,建立了器件模型,优化了结构参数。论文的主要研究内容如下:(1)构建了微腔-波导耦合简化模型,推导了光子晶体谐振腔型波分复用/解复用器件的耦合模理论。研究了波导-波导耦合机制,提出了通过增大波导间距来抑制非对称定向耦合型模分复用/解复用器件中模式串扰的方法。(2)研究了相位关系对微腔与波导间耦合特性的影响。提出了一种二氧化硅回音壁模式环形腔与硅基光子晶体波导的侧耦合结构,通过实验和理论分析,发现模式匹配是实现微腔-波导高效耦合的前提条件。(3)为了进一步缩小硅基面内型光子晶体波分复用/解复用器件的波长信道间隔,提出了三种类型的光子晶体密集波分复用/解复用器件,分别基于一维光子晶体纳米梁腔、二维光子晶体双反射壁腔,以及二维光子晶体双色腔。利用二维时域有限差分法(2D-FDTD)和二维有限元法(2D-FEM)进行了器件设计和结构参数优化,最终仿真测得这三种类型的光子晶体波分复用/解复用器的信道间隔最小可达0.8 nm。(4)研究了光子晶体波导非对称定向耦合型模分复用/解复用器件在不连续波长处具有高插入损耗的原因,发现周期性介质微扰导致了耦合传输谱的剧烈抖动。对比了纳米线波导型模分复用/解复用器的传输特性,发现后者拥有相对平滑的耦合传输谱,因此更适用于波分-模分混合复用/解复用器件。(5)提出了基于光子晶体和纳米线波导的波分-模分混合复用/解复用集成器件。数值仿真结果表明,该类型器件不仅具有小波长信道间隔(0.8 nm)、大自由光谱范围(500 nm)以及低插入损耗(1.0 d B)的性能特点,还具有非常紧凑的结构。综上所述,本文研究了波分和模分复用/解复用器件中的耦合模理论,构建了微腔-波导耦合简化模型,提出了抑制模式串扰的方案,并探讨了模式匹配对微腔-波导耦合特性的影响。基于理论分析,设计了具有大自由光谱范围和小信道间隔的光子晶体波分复用/解复用器件,并对比研究了光子晶体波导型和纳米线波导型模分复用/解复用器件的耦合传输谱。最后提出了基于光子晶体和纳米线波导的波分-模分混合复用/解复用器件,其同时具有小波长信道间隔、大自由光谱范围和低插入损耗的性能特点。这些学术成果对高速大容量波分-模分混合复用光通信系统以及光子集成芯片的发展具有重要的意义。
任浩[5](2020)在《可调谐窄线宽掺铒光纤环形激光器的研究》文中提出可调谐光纤激光器因相干性好,线宽窄,功率高,波长调谐范围灵活,并与光通信系统天然兼容性强的优异特性,已经成为当代光通信网络中不可或缺的重要激光光源模块和核心部件。目前针对不同新型结构和波段的可调谐单频光纤激光器是国内外研究热点之一。窄线宽可调谐单频光纤激光器的研究重点主要集中在设计新型可调谐机制和压缩线宽等方面,通常采用新型滤波结构、可饱和吸收体、新型腔体结构、超窄带滤波器以及光纤非线性效应等多种技术实现波长可连续调谐和波长可切换的功能。本文针对可调谐窄线宽单频光纤激光器的实现方法进行研究,主要内容包括:第一,对窄线宽单频光纤激光器以及可调谐光纤激光器的实现方法进行分析和论述,并讨论了一种新型的腔体结构,即在环形光纤激光器腔内使用萨格拉克光纤环形镜中结合一段未泵浦的掺铒光纤,因其具有窄带滤波特性而能实现单频振荡输出。然后,使用另一段未泵浦的掺铒光纤作为饱和吸收体以抑制模式跳变,从而稳定激光的输出。第二,对各类光纤光栅的传输特性进行系统分析和Matlab仿真,研究光纤光栅的自身参数对传输特性的影响,为本文相移光纤光栅和均匀光纤光栅的选型做了参数优化的准备。第三,研究了基于未泵浦掺铒光纤萨格拉克全光纤滤波器,并对其滤波特性进行了讨论。根据数值模拟结果,当耦合器的臂长差与掺铒光纤长度相差为厘米量级时,滤波特性与均匀光纤光栅相似,掺铒光纤萨格拉克全光纤滤波器表现出非常窄的透射带宽;当臂长差与掺铒光纤长度有相同数量级时,透射谱包络发生分裂,出现多个透射窗口,透射窗口的个数仅与耦合器的臂长差有关。上述两种情形的透射带宽均小于6.42 MHz。第四,讨论了基于温度调谐的均匀光纤光栅滤波器,计算结果表明,当温度的变化范围不超过100℃的低温段时,在约为0.754nm的波长调谐范围内,中心波长与温度的变化量呈现较好的线性关系。随后,对可调谐滤波器进行增敏的模型和结构讨论,经数值模拟得到,在约为2.7 nm的调谐范围内,滤波器的温度灵敏度提高了 3.58倍。第五,讨论了基于未泵浦掺铒光纤萨格拉克全光纤滤波器与温度调谐均匀光纤光栅结合的可调谐窄线宽光纤激光器,通过仿真计算说明该结构可以实现单纵模振荡,并可获得0.754 nm范围的波长可调谐输出。
李雨佳[6](2020)在《基于可控光纤光栅的超窄线宽激光器调谐技术研究》文中研究说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。
唐海涛[7](2020)在《基于微波光子滤波器的宽带可调光电振荡环研究》文中指出微波光子学是把传统的微波技术与光电子技术进行融合的一门交叉学科。与传统的微波技术相比,微波光子技术把微波信号的产生、传输与处理放在光域中来完成,不仅可以打破电子瓶颈,还可以兼顾光子技术的优势。光生微波信号就是其典型应用。通讯系统的发展离不开高质量的微波信号,而不同的系统对微波频段的需求也不一样。随着各国军事力量的发展,战场环境日趋复杂,为提高战场生存力,国家号召实现雷达、通信和电子战对抗等多系统融合。多系统的融合对高质量可调谐的微波信号提出了迫切需求。光电振荡环(Optoelectronic Oscillator,OEO)可以很好地满足需求。与传统微波振荡器不同,OEO利用光纤超低的传输损耗,让储能延时过程在光域中完成,基于光电混合正反馈环路,将光能直接转换为微波信号能量,克服了传统微波振荡器随振荡信号频率升高而相位噪声显着劣化的缺陷。但是目前报道的OEO很难同时具有低相位噪声、超大边模抑制比、超宽的可调范围等优点。本文将大范围可调的超窄宽带的微波光子带通滤波器(Microwave Photonic Bandpass Filter,MPBF)用于OEO中进行模式选择,可以满足OEO在保持低相位噪声的同时具有大边模抑制比且振荡频率大范围自由可调的优点。高质量宽带可调的OEO是一种非常理想的微波信号源,在无线通信、雷达、电子对抗、光学传感、电子测量等领域具有广泛的应用前景。本论文在保持OEO低相位噪声的前提条件下,围绕提升其频率调谐范围、抑制模式竞争、提升边模抑制比以及OEO的小型化与集成化等方面展开研究工作。本论文的主要贡献与创新点如下:(1)基于高非线性光纤(High Nonlinear Fiber,HNLF)中的受激布里渊散射效应(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)构建了一个微波光子滤波器(Microwave Photonic Filter,MPF)。通过建立理论模型分析基于SBS的微波光子滤波器(SBS-MPF)的产生机理,优化SBS的泵浦功率、HNLF的长度以及泵浦光与信号光之间的偏振态,抑制了由SBS损耗特性产生的微波通带,打破了之前报道的SBS-MPF的调谐范围小于两倍布里渊频移频率的限制,并进行了实验验证。实验测得的单通带微波光子滤波器可以实现0到40 GHz范围可调谐,抑制比可以达到50 d B,滤波器的半高全宽(Full Width at Half Maximum,FWHM)带宽约为16 MHz。(2)基于级联微波光子滤波器实现宽带可调的超窄带通MPF。通过分析微波光子级联滤波器的实现条件与机理,将SBS-MPF与基于有源光纤环的无限冲激响应(Infinite Impulse Response,IIR)滤波器(IIR-MPF)进行级联。实验得到的单通带MPF的FWHM带宽仅为150 k Hz,据本人所知,这是目前报道的带宽最窄的单通带可调谐MPF。将此级联MPF用于OEO选模,顺利实现了OEO的单模起振。借助于SBS-MPF的大范围可调谐性,级联滤波器的频率调谐范围也达到40 GHz,实现了OEO同时具有低相位噪声、宽带可调谐性、大边模抑制比的优良特性。(3)基于高Q硅基微环构建了一种小型化OEO。本论文介绍了片上高Q器件的设计、制作与测试,在绝缘体上硅(Silicon on Insulator,SOI)平台上制备了高Q微环谐振器并得到了窄带宽的单通带MPF。在此基础上验证了基于微环的小型化OEO,为实现单片集成OEO奠定基础。
韩飞[8](2020)在《皮米级带宽滤光技术及其在全天时瑞利测风激光雷达中的应用》文中进行了进一步梳理中高层大气(20-100 km)是一个十分重要且极具应用价值的区域,已成为近些年倍受空间科学方面的有关学者关注和研究的热点领域。对该区域内全天时大气风场进行实时准确地测量对了解该空间区域大气的变化规律及其动力学现象至关重要。相比于其他风场观测技术,直接探测测风激光雷达以其高时空分辨率、高测量精度的优势能够实现对该空间区域三维风场的连续观测。但是,受白天时间段强天空背景噪声的影响,致使雷达系统在白天环境下工作时探测距离严重受限。为解决上述观测问题,本论文基于已有70公里直接探测瑞利测风激光雷达设备,开展用于全天时瑞利多普勒测风激光雷达的超窄带滤光技术的探索研究,以求完善瑞利多普勒测风激光雷达白天风场观测的功能,从而实现对中高层大气风场的全天时连续不间断观测的目的。通过对国内外应用于激光雷达的窄带滤光技术的调研与分析,提出了将干涉滤光片(IF)与法布里-珀罗干涉仪(FPI)进行组合的设计思路来实现对激光雷达系统的工作带宽进行压缩的目的。通过对组成窄带滤光器的各光学器件参数进行优化设计,确定干涉滤光片(IF)带宽为0.15nm(355nm激光波长),法布里-珀罗干涉仪(FPI)带宽为8.39 pm,其自由谱间距(FSR)为150.02 pm(相对于355 nm激光波长)并于白天时间段对背景噪声抑制效果进行测试实验。通过对比加入IF后的大气回波信号,采用窄带滤光片后,系统采集的白天背景噪声减弱为原来的4.89%,在累积时间15 min的情况下,探测高度从22km增至33 km,提高了探测高度。与此同时,实验结果显示回波信号中依旧存在较强的背景噪声,因此,为进一步压缩系统带宽,在原有经验基础上,提出了 IF与两个分辨率不同的FPI串联的方式来实现最大限度压缩系统带宽的目的,从而尽最大限度抑制白天噪声,进一步提高探测距离。通过白天时间段内对大气回波信号的采集实验,对比加入IF的实验效果,加入该滤光器后背景噪声最大降低为加IF后的背景强度的2.3‰,探测高度提高到55 km。最后,于2019年7月和8月间在新疆进行外场观测试验,与无线电探空仪进行了东西向风速比对试验,实验结果显示,雷达系统的东西向风速测量结果与无线电探空仪比较结果吻合度较好,实现了雷达系统在白天时间段对中高层大气风场观测的目的,验证了所设计窄带滤光器应用于全天时瑞利测风激光雷达系统的可行性,为中高层大气全天时测风激光雷达的研制提供技术参考。
鄢伟超[9](2019)在《紧聚焦光诱导磁化空间结构和方向的调控》文中研究表明光与磁光材料的相互作用一直以来吸引了广泛的研究兴趣,特别是在紧聚焦微小尺度范围内更加诱人。从科学角度来说,研究其中的物理机理,可以更好地理解之间的内在联系。从应用的方面来说,研究光磁相互作用对于超高密度磁存储、超高分辨率的共焦与磁共振显微镜以及原子与磁性粒子的捕获具有重要的应用价值。因此,研究光磁在远场小尺寸空间的相互作用具有重要的理论和实际意义。本论文基于矢量衍射理论和磁光材料中的逆法拉第效应,在紧聚焦条件下,通过调制入射光的振幅、相位和偏振等方式,系统地研究磁化空间结构和方向特性,理论上获得超长磁针、磁链、横向磁化阵列以及任意极化方向的磁化光斑。本论文的主要研究内容如下:研究紧聚焦振幅和相位调制的角向偏振光产生的磁化场空间结构。首先,选取合适的多高斯光束(multi-Gaussian beam)环形分布的参数和涡旋相位的拓扑荷数,在单个透镜下获得单/双通道的亚波长超长磁针,在4π系统下实现单/双通道的三维超分辨超长磁链。更进一步地,在4π聚焦条件下,探讨磁链的轴向移动与两臂之间相位差的关系。其次,为了延长磁针的长度和改善磁针的轴向均匀性,采用优化的多区域相位板(multi-zone plate)来调制角向偏振光束。阐明主要是利用多区域相位板内环的相邻子环之间相位差为π导致的聚焦光束在焦点处干涉相消和外环中的三个错位涡旋相位的调制产生的轴向方向上干涉相干,从而在焦点附近获得了横向超分辨(0.37λ)的超长(107λ)轴向均匀磁针。采用高斯环形角向偏振涡旋光束作为入射光,研究在单个透镜和4π系统两种紧聚焦条件下光诱导磁化场分布。当入射光的角向宽度远远小于其环形中心角时,推导出磁针和磁链分布的解析表达式。利用这些表达式,分析磁针和磁链的各种特性。因此,提出的方法对于磁化场空间结构性质的探究简单明了,并且为获得这些磁化分布提供了一定的理论指导。同时,通过与数值积分式得到的结果相比,阐明解析表达式的合理性。提出一种几何射线方法来产生超分辨的光诱导横向磁化阵列,此阵列中每一个磁化光斑的极化方向可以在面内任意取向。为了达到这个目的,设计由径向偏振光和π相位板(π-phase-step filter)调制的径向偏振光叠加组成的入射光束,指出该入射光束可以通过径向偏振光调制相位来产生。在4π系统下紧聚焦两束反向传输的入射光,在焦点处产生相位差为π/2的偏振相互正交的聚焦场,从而在磁光薄膜上诱导产生三维超分辨横向极化的磁化光斑。在入射光束相位调制的基础上,采用多区域相位板的细分区域编码相位方式,在焦点区域实现了横向磁化阵列。提出获得多个存储状态值,实现三维超分辨可调极化方向的磁化光斑。采用几何射线方法,构造由径向偏振光、x方向π相位板调制的角向偏振光和y方向π相位板调制的角向偏振光合成的入射光束。在4π系统下,紧聚焦反向传播的入射光,在焦点附近产生三个偏振相互正交的超分辨光场分布,从而诱导产生具有空间极化方向的三维超分辨磁化光斑。进一步探讨入射光束的三个组成光束之间的振幅比例对磁化光斑的极化方向在三维空间取向的关系。其次,为了扩展在共焦与磁共振显微镜方面的应用,提出采用旋转出射面入射光,实现带有任意极化方向和超分辨的旁瓣值很小的球形磁化光斑。在理想的4π紧聚焦系统中,探究入射光束的放缩参数(scaling parameter)对球形尺寸的影响,阐明旋转角度与磁化光斑任意极化方向的关系。
邱华庆[10](2018)在《基于硅基微环的集成微波光子器件研究》文中研究表明随着利用光纤进行光信号传输与处理的技术不断进步,以此为基础的“第一代”微波光子学的发展已经日趋完善,也因此显露出诸多如功耗大,体积大等缺点而无法得到有效地解决。为了减小系统体积,增加其实用性、稳定性和成本,科学家逐渐将研究焦点聚集到了“第二代”微波光子学,即集成微波光子学上面。在诸多光学集成平台中,硅基平台因其低成本、小尺寸、高集成度、高调谐性和与CMOS工艺兼容等特点从而脱颖而出,成为近十多年来最热门的集成光学研究方向之一,在集成微波光子学中有着不可替代的作用。硅基微环因其在非线性光学和光谱调谐等方面的显着优势而受到众多集成光学研究者的青睐,目前硅基微环已成为硅光集成系统中不可或缺的基本元件。在光信号处理如制作光源,可调光学、微波光子学滤波器,大规模光阵列开关,高速光调制器等方面有着广泛地应用。基于硅基微环谐振器,本论文重点研究了其在集成微波光子信号处理中的应用,主要内容如下:(1)简要地介绍了集成微波光子学的发展,重点介绍了集成微波光子滤波器的发展,同时也详尽介绍了硅基光子学在集成微波光子学特别是集成微波光子滤波器中的应用、国内外研究现状和亟待解决的相关问题。(2)简要介绍并总结了微环谐振器的理论知识,从物理意义层面详细地介绍了微环不同的工作状态以及相关的设计基础;对目前行业内普遍使用的微环的调谐方法进行了详细介绍;对硅基微环的实验室制备工艺和流程进行了详细地介绍;对实验室测试硅基芯片的基本方法进行了详细地介绍。(3)通过优化设计结构,在硅基上制作了超高Q值微环,其Q值可达1.14×106,FSR为40 GHz,能满足实际的通信与信号处理的需求。利用该超高Q微环构建了超窄带(170 MHz)可调集成微波光子滤波器,其带宽远小于其他硅基集成微波光子滤波器的带宽。具有CMOS工艺兼容、超窄带、大调谐范围、高抑制比、小尺寸等优势;随后简单地介绍了该滤波器在集成光电振荡器方面的应用。(4)介绍了利用硅基微环中的热光效应实现的集成多端口可调谐光环行器极其影响,具有工艺简单,工作波长可调谐、端口众多、抑制比大的优势;随后从理论上详细介绍了微环中的光机械效应,给出了相关计算和仿真方法,最后介绍了一种利用微环中“光机械效应”制作的低功耗“光环行器”,该工作具有方案新颖、功耗低和工艺简单等优势。光学非互易器件的集成能在很大程度上推动微波光子滤波器的全集成化。
二、超窄带磁光滤波器理论计算(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、超窄带磁光滤波器理论计算(论文提纲范文)
(1)光载射频信号处理若干技术及应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 光载射频信号处理的研究背景和意义 |
1.2 光载射频通信的发展动态及技术优势 |
1.2.1 光载射频信号处理与光载射频通信的国内外研究现状 |
1.2.2 光载射频通信技术的未来发展趋势 |
1.2.3 光载射频通信技术面临的挑战 |
1.2.4 射频光子信号处理在雷达系统中的应用及发展前景 |
1.3 论文主要内容及结构安排 |
参考文献 |
第二章 光载射频信号处理的理论基础 |
2.1 RoF系统中光载射频信号的产生 |
2.1.1 光载射频通信系统中的调制器 |
2.1.2 双光源外差混频技术 |
2.2 光电上变频和下变频技术 |
2.2.1 MZM实现上变频 |
2.2.2 EAM实现上变频 |
2.2.3 光电下变频技术 |
2.3 射频信号的光域调制与解调技术 |
2.3.1 光载射频信号的直接调制技术 |
2.3.2 光载射频信号的外调制技术 |
2.3.3 光载射频信号的包络检波解调 |
2.4 光载射频通信链路中的信号失真原因及分析 |
2.4.1 谐波失真问题研究 |
2.4.2 RoF系统光纤链路中的传输色散 |
2.4.3 RoF链路中的噪声产生原因及特性分析 |
2.5 本章小结 |
参考文献 |
第三章 多信道高谱效相干光载射频通信系统 |
3.1 基于串联单边带调制的光载射频信号产生 |
3.1.1 光载射频信号串联单边带调制的方案设计 |
3.1.2 光载射频信号串联单边带调制的数学模型与理论推导 |
3.2 基于光正交单边带复用的光载射频信号产生 |
3.2.1 光载射频信号正交单边带复用的方案设计 |
3.2.2 光载射频信号正交单边带复用的理论推导与分析 |
3.3 多信道高谱效相干光载射频通信系统仿真与实验研究 |
3.3.1 相干光载射频通信系统仿真研究 |
3.3.2 多模态相干光载射频通信系统的设计及实验平台的建立 |
3.3.3 基于数字信号处理的光载射频通信相干接收与信号解调恢复 |
3.3.4 多信道高谱效光载射频通信系统实验结果及性能分析 |
3.4 本章小结 |
参考文献 |
第四章 基于硅基光电子的相干光载射频通信集成收发机 |
4.1 高Q值超窄带的光带通滤波器设计 |
4.1.1 基于硅基单微环的波长选择性光带通滤波器 |
4.1.2 基于串联多微环的可调谐超窄带光带通滤波器 |
4.2 基于硅基滤波器和硅基调制器的集成光载射频信号发射机设计 |
4.2.1 硅基双电极马赫-曾德尔调制器的设计与实现 |
4.2.2 硅基集成多信道光载射频信号发射机设计与实现 |
4.2.3 硅基光载射频信号发射机的仿真验证及结果分析 |
4.3 基于集成发射机的相干光载射频通信系统 |
4.3.1 集成相干光载射频信号发射机的实现 |
4.3.2 光载射频通信系统性能验证及结果分析 |
4.4 光载射频通信集成数字相干光接收机前端设计 |
4.4.1 集成数字相干光接收机的方案设计 |
4.4.2 集成数字相干光接收机前端的设计结构 |
4.4.3 数字相干光接收机前端模块的性能参数指标 |
4.5 本章小结 |
参考文献 |
第五章 基于DP-DPMZM和SOA-MZI的光载射频信号处理技术 |
5.1 基于DP-DPMZM的光载射频信号移相与倍频方案 |
5.1.1 基于DP-DPMZM倍频相移方案的机理分析与数学模型 |
5.1.2 倍频功能的数值仿真与验证分析 |
5.1.3 移相功能的数值仿真结果及分析 |
5.1.4 基于DP-DPMZM的倍频移相系统性能影响因素分析 |
5.2 基于MZM和SOA的射频光子滤波器的设计方案 |
5.2.1 基于MZM和SOA的射频光子滤波模块设计 |
5.2.2 基于MZM和SOA的射频光子滤波器仿真验证及结果分析 |
5.2.3 射频光子滤波器的应用分析 |
5.3 基于SOA-MZI结构的光载射频信号移相器设计 |
5.3.1 光载射频信号移相的机理特点及典型设计方案分析 |
5.3.2 基于SOA-MZI结构的射频光子移相器设计方案 |
5.3.3 基于SOA-MZI的光载射频移相器仿真验证及结果分析 |
5.4 本章小结 |
参考文献 |
第六章 总结与展望 |
6.1 本文研究成果 |
6.2 不足之处及改进措施 |
6.3 未来展望 |
附录 |
缩略语 |
致谢 |
攻读博士学位期间取得的学术成果目录 |
(2)可搬运锶光钟性能评估及空间站锶光钟预研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 引言 |
1.1 研究背景和意义 |
1.1.1 计时工具的发展 |
1.1.2 光钟的概述 |
1.1.3 研制可搬运及面向空间应用的光钟的意义 |
1.2 可搬运光钟及空间光钟的发展现状 |
1.3 论文的结构安排 |
第2章 可搬运锶光钟稳频窄线宽激光器的研究 |
2.1 锶光钟系统光源的概述 |
2.2 二级冷却光源的研制 |
2.2.1 可搬运光学参考腔的研究 |
2.2.2 二级冷却光源的研制 |
2.2.3 二级冷却光源的测试 |
2.3 钟激光光源的研制 |
2.3.1 钟激光光源的实验装置 |
2.3.2 钟激光的锁定 |
2.3.3 窄线宽稳频光源的测试 |
2.4 本章小结 |
第3章 可搬运锶光钟的系统研制 |
3.1 可搬运锶光钟真空系统 |
3.2 一级冷却光路系统 |
3.2.1 俘获光光路系统 |
3.2.2 重泵浦光路系统 |
3.2.3 一级原子团的实现 |
3.3 二级冷却光路系统 |
3.3.1 光路系统的研制 |
3.3.2 二级冷却原子团的实现 |
3.4 晶格光系统 |
3.4.1 光路系统的研制 |
3.4.2 晶格装载原子团的实现 |
3.5 钟激光光学系统 |
3.5.1 光路系统的研制 |
3.5.2 跃迁谱线的探测 |
3.6 光钟的闭环 |
3.7 本章小结 |
第4章 可搬运锶光钟稳定度和不确定度的评估 |
4.1 稳定度的评估 |
4.1.1 稳定度的表征 |
4.1.2 稳定度的影响因素 |
4.1.3 系统频率稳定度的评估 |
4.2 系统不确定度的评估 |
4.2.1 黑体辐射频移的评估 |
4.2.2 碰撞频移的评估 |
4.2.3 晶格光交流斯塔克频移的评估 |
4.2.4 二阶塞曼频移的评估 |
4.2.5 总的系统不确定度 |
4.3 本章小结 |
第5章 空间站锶光钟的初步研究 |
5.1 真空系统的设计 |
5.1.1 塞曼减速器的小型化 |
5.1.2 磁光阱的改进设计 |
5.2 光学系统的设计 |
5.2.1 一级冷却面板 |
5.2.2 二级冷却和重泵浦面板 |
5.2.3 主要光学元件安装架的设计 |
5.3 空间光钟冷原子的俘获及谱线探测 |
5.3.1 原子样品的制备 |
5.3.2 跃迁谱线的探测 |
5.4 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 工作总结 |
6.2 工作展望 |
参考文献 |
附录 |
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 |
(3)频率识别关联中的真空诱导相干与量子光源制备方案研究(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 光场的量子关联性质 |
1.2.1 二阶量子关联 |
1.2.2 频率识别关联 |
1.2.2.1 频率识别关联的理论研究方法的发展 |
1.2.2.2 频率识别关联的研究进展 |
1.3 真空诱导相干的研究背景介绍 |
1.3.1 真空诱导相干的理论介绍 |
1.3.2 真空诱导相干的研究进展 |
1.4 单光子源 |
1.4.1 单光子源的应用 |
1.4.2 单光子源的要求 |
1.4.3 各种单光子源体系 |
1.5 本文的主要工作 |
第二章 频率识别关联中的真空诱导相干效应 |
2.1 引言 |
2.2 理论模型 |
2.3 系统的一般解 |
2.3.1 J=1/2→J=1/2跃迁系统的修饰态表象 |
2.3.2 不同时序的双光子跃迁路径 |
2.3.3 频率识别双光子关联函数的一般解 |
2.4 对真空诱导相干引起的双光子时序干涉效应的讨论 |
2.4.1 简并系统中的真空诱导相干引起的时序干涉效应 |
2.4.2 非简并系统中的真空诱导相干引起的时序干涉效应 |
2.4.2.1 外加磁场对时序干涉效应的影响 |
2.4.2.2 频率滤波对时序干涉效应的操控 |
2.5 结论 |
2.6 附录 |
2.6.1 系统参数的计算 |
2.6.2 双光子关联函数的解析求解方法 |
2.6.3 不同频率的双光子跃迁路径的幅度 |
2.6.4 探测器的平均激发 |
第三章 线宽可相干操控的超窄单光子源 |
3.1 引言 |
3.2 超窄线宽单光子的产生原理 |
3.2.1 具有超窄线宽的等效能级系统 |
3.2.2 荧光光子的超窄光谱性质 |
3.2.3 荧光光子的长延时反聚束性质 |
3.2.4 荧光在窄带探测器上的单光子响应性质 |
3.3 实验可行性的讨论 |
3.4 总结 |
3.5 附录 |
3.5.1 辐射体系统的求解与讨论 |
3.5.1.1 辐射体系统运动方程的稳态解 |
3.5.1.2 辐射体的荧光谱的求解与分析 |
3.5.1.3 辐射体的关联函数的解析讨论 |
3.5.1.4 激光失谐量对单光子响应的影响 |
3.5.2 实施方案示例 |
3.5.2.1 ~(87)Rb原子的D_2线的F_g=1→F_e=0跃迁系统 |
3.5.2.2 荧光性质和探测器响应 |
3.5.2.3 单光子源的其它可实现方案 |
第四章 相干操控的电子搁置效应下的超窄能级结构与超聚束现象 |
4.1 引言 |
4.2 系统模型与主方程 |
4.3 相干操控的电子搁置效应下的等效能级系统的辐射场特性 |
4.3.1 超窄线宽的等效能级体系 |
4.3.2 等效能级系统的修饰态性质 |
4.3.3 超窄带宽区域的双光子谱 |
4.4 eg跃迁辐射场在滤波作用下的超聚束性 |
4.4.1 超聚束效应的产生 |
4.4.2 超聚束效应产生的原因的讨论 |
4.4.3 一般参数区域的推广 |
4.5 总结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 工作总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
攻读学位期间发表的学术论文 |
致谢 |
(4)基于光子晶体和纳米线波导的波分—模分混合复用/解复用集成器件研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
专用术语注释表 |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 硅基片上复用/解复用器件的研究现状 |
1.2.1 硅基片上波分复用/解复用器件 |
1.2.2 硅基片上模分复用/解复用器件 |
1.2.3 硅基片上波分-模分混合复用/解复用器件 |
1.3 论文的主要研究内容和创新点 |
1.3.1 主要研究内容与章节安排 |
1.3.2 论文的创新点 |
第二章 波分、模分复用/解复用器件中的耦合模理论 |
2.1 波分复用/解复用器件中的耦合模理论 |
2.1.1 直接耦合型 |
2.1.2 侧耦合型 |
2.1.3 三端口下载型 |
2.1.4 反射壁下载型 |
2.1.5 反射腔下载型 |
2.2 模分复用/解复用器件中的耦合模理论 |
2.2.1 普适的波导间耦合模方程 |
2.2.2 单模波导与单模波导耦合的情况 |
2.2.3 单模波导与多模波导耦合的情况 |
2.3 本章小结 |
第三章 模式匹配对光学微腔与波导间耦合特性的影响 |
3.1 微腔与波导耦合结构的设计与制作 |
3.2 耦合原理分析 |
3.3 微腔与波导的侧耦合实验及结果分析 |
3.3.1 实验装置的搭建 |
3.3.2 实验结果与分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 硅基光子晶体波分复用/解复用器件 |
4.1 基于一维光子晶体纳米梁腔的波分复用/解复用器 |
4.1.1 一维光子晶体纳米梁腔 |
4.1.2 双信道波分复用/解复用器的理论模型 |
4.1.3 双信道粗波分复用/解复用器的结构设计与性能分析 |
4.1.4 双信道密集波分复用/解复用器的结构设计与性能分析 |
4.2 基于二维光子晶体双反射壁腔的波分复用/解复用器 |
4.2.1 双反射壁腔型滤波器的理论模型 |
4.2.2 双反射壁腔型滤波器的结构设计与性能分析 |
4.2.3 三信道密集波分复用/解复用器的理论模型 |
4.2.4 三信道密集波分复用/解复用器的结构设计与性能分析 |
4.2.5 性能优化 |
4.3 基于二维光子晶体双色腔的波分复用/解复用器 |
4.3.1 基于Aubry-André模型的二维光子晶体双色腔 |
4.3.2 双信道密集波分复用/解复用器的结构设计与性能分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 硅基光子晶体及纳米线波导模分复用/解复用器件 |
5.1 硅基光子晶体波导模分复用/解复用器 |
5.1.1 光子晶体波导的模式耦合特性 |
5.1.2 光子晶体模分复用/解复用器的理论模型与结构设计 |
5.1.3 光子晶体模分复用/解复用器的耦合传输谱研究 |
5.2 硅基纳米线波导模分复用/解复用器 |
5.2.1 纳米线波导的模式耦合特性 |
5.2.2 纳米线波导模分复用/解复用器的结构设计与性能分析 |
5.3 本章小结 |
第六章 硅基片上波分-模分混合复用/解复用器件 |
6.1 硅基片上粗波分-模分混合复用/解复用器 |
6.1.1 四信道粗波分-模分混合复用/解复用器的理论模型 |
6.1.2 四信道粗波分-模分混合复用/解复用器的结构设计与性能分析 |
6.2 硅基片上密集波分-模分混合复用/解复用器 |
6.2.1 四信道密集波分-模分混合复用/解复用器的理论模型 |
6.2.2 四信道密集波分-模分混合复用/解复用器的结构设计与性能分析 |
6.3 硅基片上波分-模分混合复用/解复用器的信道数目拓展 |
6.3.1 九信道密集波分-模分混合复用/解复用器的理论模型 |
6.3.2 九信道密集波分-模分混合复用/解复用器的结构设计与性能分析 |
6.4 硅基片上波分-模分混合复用/解复用器的信道间隔缩小 |
6.4.1 小信道间隔的密集波分-模分混合复用/解复用器的理论模型 |
6.4.2 小信道间隔的密集波分-模分混合复用/解复用器的结构设计与性能分析 |
6.5 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 展望 |
参考文献 |
附录1 攻读博士学位期间撰写的论文 |
附录2 攻读博士学位期间申请的专利 |
附录3 攻读博士学位期间参加的科研项目 |
致谢 |
(5)可调谐窄线宽掺铒光纤环形激光器的研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号对照表 |
缩略语对照表 |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 研究背景和意义 |
1.3 可调谐窄线宽光纤激光器的研究现状 |
1.3.1 国外研究现状 |
1.3.2 国内研究现状 |
1.4 本课题的主要任务和工作 |
第二章 可调谐窄线宽单频光纤激光器实现的理论基础 |
2.1 引言 |
2.2 实现单频输出的常用方法 |
2.2.1 横模选模法 |
2.2.2 纵模选模法 |
2.3 可调谐窄线宽光纤激光器调谐原理及常用方法 |
2.3.1 光纤光栅调谐技术 |
2.3.2 F-P干涉滤波器调谐技术 |
2.3.3 声光可调谐滤波器 |
2.3.4 马赫曾德尔可调谐滤波器 |
2.4 本章小结 |
第三章 基于MATLAB的光纤光栅仿真计算 |
3.1 啁啾光纤光栅的模型和仿真结果 |
3.1.1 光纤光栅的传输矩阵法 |
3.1.2 啁啾光纤光栅的传输矩阵法 |
3.1.3 啁啾光纤光栅的传输特性分析 |
3.2 相移光纤光栅的模型和仿真结果 |
3.2.1 相移光纤光栅的传输矩阵法 |
3.2.2 相移光纤光栅的传输特性分析 |
3.3 均匀光纤布拉格光栅的模型和仿真结果 |
3.3.1 均匀光纤布拉格光栅的矩阵理论分析 |
3.3.2 光纤布拉格光栅的传输特性分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 可调谐窄线宽光纤激光器的研究 |
4.1 基于萨格拉克(Sagnac)全光纤滤波器的研究 |
4.1.1 Sagnac光纤环形镜的介绍 |
4.1.2 基于未泵浦的EDF-Sagnac全光纤滤波器的理论分析 |
4.1.3 基于未泵浦的EDF-Sagnac全光纤滤波器的数值仿真 |
4.2 可调谐滤波器的设计 |
4.2.1 基于温控光纤布拉格光栅可调谐滤波器的数值模拟 |
4.2.2 基于光纤布拉格光栅增敏的模型分析和结构设计 |
4.3 可调谐窄线宽光纤激光器的研究 |
4.3.1 可调谐光纤激光器的结构设计 |
4.3.2 可调谐光纤激光器单纵模实现 |
4.4 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 工作总结 |
5.2 工作不足与展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
(6)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 |
(7)基于微波光子滤波器的宽带可调光电振荡环研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 微波光子学的研究背景 |
1.2 微波信号的产生 |
1.3 光电振荡环(OEO) |
1.4 OEO的研究进展 |
1.5 OEO的应用 |
1.6 本文主要内容 |
2 基于微波光子滤波技术OEO的理论分析 |
2.1 引言 |
2.2 微波光子滤波器的实现机理 |
2.3 OEO的基本理论分析 |
2.4 基于MPBF的OEO |
2.5 OEO的相位噪声分析 |
2.6 本章小结 |
3 基于SBS的宽带可调MPF |
3.1 引言 |
3.2 SBS的基本理论 |
3.3 基于SBS的MPBF的理论分析 |
3.4 实验优化 |
3.5 本章小结 |
4 基于超窄带通MPF的宽带可调的OEO |
4.1 引言 |
4.2 超窄带通MPF理论分析 |
4.3 级联MPF实验结果 |
4.4 基于SBS-MPF的OEO |
4.5 基于级联MPF的OEO |
4.6 本章小结 |
5 OEO的小型化和集成化 |
5.1 引言 |
5.2 高Q微环的设计与制作 |
5.3 高Q微环的测试 |
5.4 微环Q值的优化与测试 |
5.5 基于高Q微环的小型化OEO |
5.6 本章小结 |
6 总结与展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 1 攻读博士学位期间发表论文目录 |
附录 2 英文缩写简表 |
(8)皮米级带宽滤光技术及其在全天时瑞利测风激光雷达中的应用(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 测风激光雷达发展现状 |
1.2 全天时中高层大气风场观测的重要意义 |
1.3 超窄带滤光技术的研究进展 |
1.4 本文研究内容 |
第2章 瑞利测风激光雷达原理及系统概述 |
2.1 光的多普勒效应及激光雷达方程 |
2.1.1 光的多普勒效应 |
2.1.2 激光与大气相互作用 |
2.1.3 激光雷达方程 |
2.2 法布里-泊罗干涉仪(FPI)的原理及双边缘鉴频技术 |
2.2.1 FPI原理及主要参数 |
2.2.2 基于FPI的双边缘鉴频技术 |
2.3 70km瑞利多普勒测风激光雷达工作原理及系统构成 |
2.3.1 激光雷达工作原理 |
2.3.2 系统构成 |
2.4 本章小结 |
第3章 皮米级带宽滤光器的研制 |
3.1 单FPI型滤光器原理 |
3.2 单FPI型滤光器的设计 |
3.3 透过率曲线的测量及白天背景噪声抑制实验 |
3.3.1 透过率曲线的测量 |
3.3.2 白天背景噪声抑制实验 |
3.4 串联式双FPI型滤光器原理 |
3.5 双FPI型滤光器的设计 |
3.6 双FPI型滤光器透过率曲线的测量及白天背景噪声抑制实验 |
3.6.1 透过率曲线的测量 |
3.6.2 白天背景噪声抑制实验 |
3.7 本章小结 |
第4章 基于串联式双FPI型滤光器的雷达系统性能分析及外场观测实验 |
4.1 雷达系统探测性能仿真分析 |
4.1.1 响应函数的分析 |
4.1.2 风速测量误差分析 |
4.2 风场观测实验 |
4.2.1 外场观测概述 |
4.2.2 风场观测结果及分析 |
4.3 本章小结 |
第5章 本文的主要结论和展望 |
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 |
(9)紧聚焦光诱导磁化空间结构和方向的调控(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景 |
1.2 磁化的物理模型 |
1.2.1 描述磁矩动力学的Landau-Lifshitz-Gilbert方程 |
1.2.2 有限温度下的Landau-Lifshitz-Bloch方程 |
1.2.3 光子与自旋的相互作用 |
1.3 紧聚焦光诱导磁化场理论 |
1.4 紧聚焦光诱导磁化场的研究进展 |
1.4.1 紧聚焦圆偏振光诱导磁化场 |
1.4.2 紧聚焦矢量光束诱导磁化场 |
1.5 本论文的研究目的及内容 |
1.5.1 本论文的研究目的 |
1.5.2 本论文研究的主要内容 |
第2章 基于振幅和相位调制的角向偏振光实现磁针磁链结构 |
2.1 引言 |
2.2 角向偏振涡旋多高斯光束聚焦诱导磁化场整形 |
2.2.1 多高斯光束的振幅特性 |
2.2.2 4π聚焦系统的原理和理论分析 |
2.2.3 单物镜系统下聚焦光诱导的磁化场 |
2.2.4 4π聚焦系统下聚焦光诱导的磁化场 |
2.3 多环形相位板调制下的角向偏振光聚焦诱导超长轴向均匀性磁针 |
2.3.1 多区域相位板调制下的聚焦理论 |
2.3.2 第一类多环形相位板调制下的角向偏振光诱导的磁化场分布 |
2.3.3 第二类多环形相位板调制下的角向偏振光诱导的磁化场分布 |
2.4 本章小结 |
第3章 超长磁针和可传输磁链的设计方法 |
3.1 引言 |
3.2 紧聚焦下光诱导磁化场原理 |
3.3 单物镜下超长磁针的产生 |
3.4 4π系统紧聚焦下超长磁链的产生 |
3.5 本章小结 |
第4章 横向磁化阵列的动态调控 |
4.1 引言 |
4.2 紧聚焦的几何射线模型与光诱导磁化场原理 |
4.3 横向磁化阵列的数值模拟分析 |
4.3.1 4π系统下入射光各个部分的聚焦场 |
4.3.2 4π系统下聚焦诱导产生的横向磁化场 |
4.3.3 多环形相位调制下横向磁化阵列的动态控制 |
4.4 本章小结 |
第5章 任意极化方向的超分辨磁化场 |
5.1 引言 |
5.2 任意可调极化方向的超分辨磁化场 |
5.2.1 射线模型原理 |
5.2.2 4π系统下入射光束各个部分聚焦场分布 |
5.2.3 入射光束各个部分权重对磁化朝向的影响 |
5.3 三维超分辨的可调极化方向的球形磁化场 |
5.3.1 旋转光场原理和理论分析 |
5.3.2 静态时聚焦场及其诱导产生的磁化场 |
5.3.3 旋转时聚焦场及其诱导产生的磁化场 |
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 |
(10)基于硅基微环的集成微波光子器件研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 微波光子学简介 |
1.2 集成微波光子学简介 |
1.3 硅基集成微波光子学简介 |
1.4 硅基集成微波光子学中的重难点 |
1.5 本论文的研究工作和创新点 |
2 硅基微环谐振器的理论基础与制作工艺 |
2.1 引言 |
2.2 硅基微环的理论基础 |
2.3 硅基微环的参数分析 |
2.4 硅基微环的非线性调谐 |
2.5 硅基微环的制备 |
2.6 硅基微环的测试 |
2.7 本章小结 |
3 基于超高Q硅基微环的集成微波光子信号处理 |
3.1 引言 |
3.2 超窄带集成微波光子滤波器 |
3.3 集成光电振荡器的初步研究 |
3.4 本章小结 |
4 基于硅基微环的集成非互易器件 |
4.1 引言 |
4.2 基于热光调谐的集成多端口光环行器 |
4.3 基于光机械调谐的集成低功耗光“二极管” |
4.4 本章小结 |
5 总结与展望 |
5.1 本文工作总结 |
5.2 下一步工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录 |
附录2 论文中缩略词含义 |
四、超窄带磁光滤波器理论计算(论文参考文献)
- [1]光载射频信号处理若干技术及应用研究[D]. 陈光. 北京邮电大学, 2021(01)
- [2]可搬运锶光钟性能评估及空间站锶光钟预研究[D]. 孔德欢. 中国科学院大学(中国科学院国家授时中心), 2021(02)
- [3]频率识别关联中的真空诱导相干与量子光源制备方案研究[D]. 张贺宾. 华中师范大学, 2021(02)
- [4]基于光子晶体和纳米线波导的波分—模分混合复用/解复用集成器件研究[D]. 庄煜阳. 南京邮电大学, 2020
- [5]可调谐窄线宽掺铒光纤环形激光器的研究[D]. 任浩. 西安电子科技大学, 2020(05)
- [6]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)
- [7]基于微波光子滤波器的宽带可调光电振荡环研究[D]. 唐海涛. 华中科技大学, 2020
- [8]皮米级带宽滤光技术及其在全天时瑞利测风激光雷达中的应用[D]. 韩飞. 中国科学技术大学, 2020(12)
- [9]紧聚焦光诱导磁化空间结构和方向的调控[D]. 鄢伟超. 哈尔滨工业大学, 2019(01)
- [10]基于硅基微环的集成微波光子器件研究[D]. 邱华庆. 华中科技大学, 2018(06)