小型高光谱图谱仪与激光雷达及其海洋应用

海洋是地球生态环境的重要一环,但人类对海洋资源的勘探和开采容易对其造成严重破坏,如油气开采过程造成的大面积溢油、污染和赤潮爆发等。高光谱成像技术可以同时获取图像信息与高分辨光谱信息,在海洋原位探测上具有重大应用。文中综述了小型高光谱图谱仪与激光雷达及其在海洋应用上的部分近期工作。小型高光谱图谱仪结合荧光技术,实现了溢油种类的分类和油膜厚度的估计。多模式高光谱海洋原位探测系统可以工作于普通反射或透射成像、望远成像、显微成像三种模式,实现了海洋不同藻类及鱼类传染病载体孢囊的高光谱探测。高光谱技术结合激光雷达技术在溢油、赤潮等海洋污染物监测方面具有很大潜力。非弹性高光谱沙姆激光雷达系统通过油品的荧光光谱实现了海洋溢油油品的遥测鉴别。形貌沙姆激光雷达系统基于二维沙姆成像原理,通过空气-水界面折射矫正,成功的对人体、贝壳、珊瑚等进行了三维形貌重构,近处恢复精度可达毫米级,表面纹路清晰可见,为海洋监测应用提供了新的技术支持。

高光谱图谱仪与激光雷达及其在海洋生物检测方面的应用

海洋是涵盖超过70%地球表面的连续海水,发展先进的海洋生物光学监测手段对海洋生态系统的保护至关重要。文中综述了笔者团队在小型高光谱图谱仪与激光雷达系统搭建及其在海洋生物检测等应用上的部分近期工作。图谱仪方面介绍了不同空间扫描方式的高光谱图谱仪在透射、反射及荧光等不同工作模式下,对数种藻类、斑马鱼等海洋生物进行了图谱检测,并且基于图谱数据结合机器学习算法实现了微藻种类的精准分类和藻类生长周期的准确预测;在激光雷达方面详述了使用非弹性高光谱沙姆激光雷达系统在实验室和近岸实地环境进行了多次水生生物的测量实验,成功获取其荧光高光谱,证明了非弹性高光谱沙姆激光雷达系统在海洋生物监测应用中的巨大潜力。此外,笔者团队还搭建了一套四维凝视成像探测系统能实现高光谱分辨率(3 nm)、高空间分辨率、高深度精度(27.5μm)的精准探测。

负折射率介质光纤的导模异常特性分析

对芯层为负折射率介质,敷层为普通介质的光纤的导模进行了研究,并对芯层与敷层介电常数比值(ξ)和磁导率比值(η)变化对导模色散特征的影响进行分析分析表明负折射率光纤具有许多不同于常规光纤的反常特征,如存在表面波模,存在TM00模和TE00模以及存在多个单模传输模式和单模传输区间等同时对负折射率介质光纤的单模传输条件进行了分析。

掺铒光纤放大器的理论模拟与全局分析

基于Giles模型并考虑了ASE噪音 ,对各种泵浦方式下的掺铒光纤放大器 (EDFA)进行了数值模拟 提出了一种新的分析方法 (增益 噪音指数全局分析法 ) ,直观有效地分析了EDFA的增益和噪音指数与掺铒光纤长度和泵浦功率的依赖关系 。

基于广角FD-BPM的PML边界处理方法

本文提出了基于三阶 Padé近似广角有限差分光束传输法 (FD- BPM)的简单有效的完美匹配层 (PML)边界处理方法 .分别给出了该方法应用于斜波导和多模干涉 (MMI)数值模拟的结果 ,并与用完全透明边界条件处理的模拟计算结果进行了比较 .本文最后对基于广角 FD- BPM的 PML边界处理方法进行了优化 .

基于PML边界的有限差分法及其在光波导泄漏损耗计算中的应用

利用结合完美匹配层 (PML)边界的有限差分法计算了光波导的泄漏损耗 通过采用非均匀格点差分格式和反正切坐标变换的方法 ,有效地减小了计算量并提高了计算精度 分析了PI(polyimide)掩埋型波导和SOI(silicon on insulator)脊型波导两种典型结构的泄漏损耗 ,给出了波导结构尺寸对泄漏损耗的影响 。

一种具有大带隙的各向异性二维光子晶体结构

提出一种新型各向异性材料 (碲 )二维光子晶体结构 ,应用有限时域差分法 ,对该结构特性进行数值分析 ,结果表明 :通过优化结构参量 ,该结构具有较大的绝对光子禁带 ,禁带宽度为0 .0 6 4ωe(ωe=2πc/a ,a为晶格常量 ,c为光速 ) ,且该光子晶体的带隙具有很好的稳定性 .

弯曲波导之间的耦合分析

采用极坐标下的光束传播法分析了两条平行变曲波导的中心间距、曲率半径等因素对模式耦合的影响 ,得到了耦合长度、耦合强度随中心间距、曲率半径的变化规律 。

蚀刻衍射光栅波分复用器件的设计与模拟

近年来光通信飞速发展 ,波分复用技术 (WDM)是满足要求的有效手段 .密集波分复用技术已经得到成功商用 ,其扩展信息传输容量的能力也在不断增强 .作为波分复用中最关键的器件 ,蚀刻衍射光栅 (EDG)是平面波导密集波分复用器件中很有发展潜力的一种 .本文分析了 EDG器件的解复用原理 ,参量设计 ,工艺过程 .文章最后 ,建立了一个光栅干涉的简单模型 ,对设计好的器件参量进行模场形状、谱响应、色散等光栅性能的模拟 ,得到基本的器件解复用特性 。

基于自建模技术的电容土壤水分传感器研究

基于自建模技术研究了一种快速传感、低成本、高可靠性的土壤含水量传感器。土壤水分的快速传感受土壤类型影响很大 ,利用自建模技术 ,能有效地降低传感器受土壤类型的影响 ,将该模型内置于传感器中在农村得到广泛应用。

时域有限差分法分析蚀刻衍射光栅的后向衍射效率(英文)

采用时域有限差分法 (FDTD)结合理想匹配层 (PML)边界条件及周期性边界条件对两种结构槽面的后向衍射效率进行了分析 ,在P偏振和S偏振两种情况下 ,均得到了比传统差分方法和射线近似方法更精确的解 数值计算结果表明 :全内反射 (TIR)结构在高折射率材料 (如InP)的蚀刻衍射光栅 (EDG)中很有效 ,而在低折射率材料 (如SiO2 )

弱导波导多模干涉耦合器结构参量优化设计

本文分析了以硅基底上二氧化硅波导为代表的弱导波导多模干涉 (MMI)耦合器件输入 (出 )波导位置及宽度和 MMI长度等结构参量对器件性能的影响 .提出了参量空间法 ,在给定工艺材料参量和多模波导宽度情况下 ,通过匹配各结构参量 ,制出均匀性好、附加损耗低的弱导波导多模干涉耦合器件 .

标量衍射理论模拟蚀刻衍射光栅

讨论用于光通信的集成波分复用/解复用器件蚀刻衍射光栅(EDG),它是波分复用光通信的核心器件的一种。EDG基于平面波导的Rowland圆结构,光栅面是平面。光栅的每一个齿面都垂直于齿面中心和输入波导端点的连线。基于标量散射场满足的Hemholtz方程,推导出Rowland圆上场分布的精确表达式。利用这个模型对设计好的器件参数进行了模场形状、谱响应、色散等复用性能的模拟,并对插入损耗和串扰进行了简要分析。

阵列波导光栅的简便模拟方法及应用

结合等效折射率方法并利用高斯光束近似给出了一种简便的模拟计算阵列波导光栅方法 ,可实现AWG锔模拟 模拟计算结果与理论公式计算结果吻合 利用这种模拟方法 ,模拟了一个阵列波导光栅 (AWG)实例 ,并考察了阵列波导条数对器件性能的影响 。

M MI功分器结构参量的优化设计

基于精确模式传输分析方法 (MPA) ,提出等效宽度的概念 ,在此基础上重新修正了自成像理论中有关多模干涉 (MMI)功分器的输入 (出 )波导位置和干涉区长度 .并且以 1× 4 ,4× 4耦合器为例 ,对各个结构参量进行扫描 ,证明修正后的耦合器结构使耦合器分光均匀性提高 ,附加损耗减小 ,具有实际应用价值 .

基于FD-BPM方法的阵列波导光栅模拟

给出了一种采用 FD- BPM方法对整个阵列波导光栅 (AWG)器件进行方便而精确地模拟的方法和一个AWG设计实例的模拟结果 ,并对模拟结果进行了分析 .

基于多模干涉耦合器的阵列波导光栅设计研究

研究了基于多模干涉 (MMI)耦合器的阵列波导光栅 (AWG) .通过模式传输分析方法 ,分析了多模干涉耦合器及阵列波导 ;并给出在硅基底上的二氧化硅波导上四通道 10 0GHz

基于布里渊散射的光纤传感系统性能分析

根据布里渊光纤时域分析 (BOTDA)传感系统连续光谱谱宽较宽的特点 ,分析了光源强度噪声对直接检测BOTDA光纤传感系统性能的影响 ,结果表明 ,连续光源的强度噪声造成系统信噪比的急剧下降。另外 ,根据布里渊光纤时域反射 (BOTDR)传感系统信号很弱的特点 ,分析了非相干外差检测和带前置光放大器的直接检测BOTDR传感系统的信噪比。

一种新型光分插复用器及其在WDM自愈环网中的应用

提出了一种新型的基于FBG和光环形器的双向光分插 /复用器结构 它的结构简单 ,网络配置灵活 ,而且可实现单纤双向环网中功率放大 结合该OADM ,首次给出了在单纤双向DNI环网实现保护的策略 。

新型人工电磁介质与负折射国际研讨会

新型人工电磁介质和负折射国际研讨会（International Workshop on Meta—materials and Negative Refraction）于2005年8月27-29日在浙江大学召开。会议共有120余名代表参加，包括来自美国、英国、瑞典、俄罗斯、芬兰、日本、新加波等国家以及中国香港和台湾地区的代表。研讨会共有特邀报告4个，专题讲座4个，专题报告26个，以及17个张贴报告。主要内容如下：