面向声压传感的硅基槽式谐振腔设计及研究

针对硅基波导腔在折射率传感领域的应用,提出了一种使用低杨氏模量的聚合物SU8作为上包层的硅基槽式微环谐振腔结构。基于耦合模理论优化了硅基槽式微环谐振腔的传输特性和特征参量,并分析了声压传感机理;采用MEMS工艺进行了器件的加工制备,并利用高温氮退火的方式对波导表面进行了光滑化处理;搭建了测试平台,对制备得到的谐振腔进行测试。测试结果表明:品质因数(Q值)可达2.76×10^(4),声压灵敏度可达2.19×10^(3)mV/kPa。相较于传统的全通型硅基波导微环谐振腔,文中设计的使用SU8封装的硅基槽式微环腔对光场的局域能力更强,在声压传感领域有着更好的应用潜力。

温度对Al_(0.5)Ga_(0.5)As/AlAs分布布喇格反射器的反射谱影响

采用光学传输矩阵理论对Al0.5Ga0.5As/AlAs材料分布布喇格反射器(DBR)进行理论研究,分析了-10℃到100℃的范围内,温度变化对不同DBR结构的反射光谱影响.结果表明:随着温度的升高,传统20周期DBR的反射光谱向长波长方向移动,速率约0.05 nm/℃,其中由线热膨胀系数带来的影响小于0.001 nm/℃.当传统DBR的周期数增大时,温度对DBR光谱反射率的影响在减小,同时DBR的反射谱峰值波长发生红移.为了降低温度对DBR反射光谱的影响,提出一种新型的复式DBR结构.分析指出:该复式DBR比传统DBR有更大的反射光谱半峰宽,基本能覆盖同温度的AlGaInP LED电致发光光谱,这对提高LED的出光效率有现实意义.

幂函数过渡段复合变幅杆振动特性的研究

利用传输矩阵理论法,得到了具有幂函数过渡段复合变幅杆的频率方程和振幅放大系数,并用数值计算分析了过渡段对谐振频率和放大系数的影响,最后利用ANSYS软件进行模态分析,其结果可为此类变幅杆的频率修正提供理论依据和参考。

结构和磁场对三势垒结构中共振隧穿时间的影响(英文)

为了理解在三势垒结构中准束缚能级Ez和隧穿寿命对磁场的依赖性,采用传输矩阵的方法研究了在三势垒结构中的共振隧穿过程。分别研究了在三势垒结构中的透射几率特征和隧穿寿命。结果表明:随着中间势垒厚度L的增加,第一准束缚能级E1z增加,而第二准束缚能级E2z却减小。随着磁场强度B和朗道量子数n的增加,与第一和第二准束缚能级(E1z,E2z)对应的寿命τ缩短。对于B=15和n=15的情况,L对τ的影响很小。

基于大容量数据的PCF的研究

目前大数据发展需要对信息传输能力要求越来越高,而在光纤通信中可见光范围的光子禁带光子晶体依然没有很好的解决,基于取样光纤光栅(SFG)、传输矩阵理论研制了新型光子晶体,采用两种不同的介电常数材料进行交替排列的周期性结构,通过SFG传输理论得到设计结构反射系数、透射系数。模拟分析和测试实验都得出以下一致的结果:设计的光子晶体结构出现多个反射峰,光栅长度的增加导致反射率明显增大,反射峰数目随着光栅长度的增加而变多,反射峰的间隔不发生变化;当增加调制深度时,带宽明显增加;反射谱随着折射率调制量增加,使得反射峰数目增加,以及反射率的显著增加,带宽明显变宽。研究结果对于光子晶体的推广应用具有明显的理论和实际意义。

宽范围可调谐内腔液晶垂直腔面发射激光器设计与研究

为增加可调谐激光器的波长调谐范围,提高系统的可靠性和稳定性,基于液晶的电控双折射特性,设计了一种中心波长为852 nm的内腔液晶可调谐垂直腔面发射激光器结构。分析了该结构获得宽范围波长调谐和单偏振稳定输出的物理原理,利用传输矩阵法进一步计算整个器件下不同液晶层厚度所对应的反射谱,得出不同液晶厚度和折射率下激光器的激射波长。结果表明,液晶可调谐激光器单偏振波长调谐范围达到31 nm,调谐效率大于10 nm/V。

镀膜法改善有机薄膜太阳能电池光学性能

有机活性材料的低载流子迁移率使得有机光伏电池的电极收集到的电荷较少。增加活性层光吸收能够增加激子的产生数从而增加电极收集到的电荷,提升器件的性能。通过对器件模拟的方法,研究以P3HT∶PCBM为活性层的薄膜太阳能电池的光学性能。在此基础上,提出采用镀多层高反射膜的方法改善电池器件的光学性能。结果表明:活性层厚度对电池器件的光吸收起到主导作用;镀多层高反射膜在活性层厚度小于160 nm、Ag厚度小于20 nm时能大幅度改善电池器件的光学性能,光生激子总数随活性层厚度的增加而迅速增多,并且在活性层厚度约为150 nm时为一个最佳值。

强流质子束在周期聚焦通道中束晕-混沌运动的物理机制及其非线性控制策略

实践表明矩阵传输理论及定性方法是分析强流质子束在周期聚集磁场通道中束晕-混沌运动的产生机制,通过多粒子数值模拟(PIC)进一步揭示,不仅是质子束空间电荷的非线性效应,而且束核与粒子之间相互作用导致横向能量交换及非线性共振覆盖形成随机区域的扩散,产生了特有的束晕-混沌复杂运动.为此,提出采用非线性反馈控制策略,产生反作用力去抵消粒子的横向散焦效应和扩散.通过PIC研究证实了该法对抑制束晕-混沌的有效性.同时讨论了实验的可能性.

基于光纤通信的光子晶体设计

基于取样光纤光栅和传输矩阵理论研制了新型光子晶体,采用两种不同介电常数的材料交替排列的周期性结构,根据取样光纤光栅传输理论得到了设计结构的反射系数和透射系数。模拟分析和测试实验表明:所设计的光子晶体结构出现了多个反射峰,光栅长度增大时会导致反射率明显增大,反射峰数目增加,但反射峰的间隔不会发生变化;调制深度增加时,带宽会明显增大;随着折射率调制量的增大,反射峰数目会增加,反射率也显著增大(增大10%左右)。

Dynamic characteristics of a WPC-comparison of transfer matrix method and FE method

To find the difference in dynamic characteristics between conventional monohull ship and wave penetrating catamaran (WPC), a WPC was taken as an object; its dynamic characteristics were computed by transfer matrix method and finite element method respectively. According to the comparison of the nature frequency results and mode shape results, the fact that FEM method is more suitable to dynamic characteristics analysis of a WPC was pointed out, special features on dynamic characteristics of WPC were given, and some beneficial suggestions are proposed to optimize the strength of a WPC in design period.

双Sagnac环滤波器的传输特性分析和实验研究

利用传输矩阵理论,对一种双Sagnac环滤波器的传输特性进行了理论推导和仿真分析,该滤波器由两段不同长度的保偏光纤(PMF)并联构成。仿真结果表明:该滤波器具有偏振无关和通道间隔可调的特性。对双Saganc环滤波器的传输谱进行了实验测试,通过调节滤波器中的偏振控制器(PC),可以实现通道间隔的可调操作,调整入射光的偏振态并不会改变光谱形状,与理论分析得到的结论一致。最后,为了验证双Saganc环滤波器在激光器系统中的通道间隔可调特性,设计了一种基于四波混频(FWM)效应和双Sagnac环滤波器的通道间隔可调多波长掺铒光纤激光器。实验结果表明:该激光器可以输出通道间隔为0.9 nm或0.35 nm的多波长激光,这与仿真结果以及测量结果一致。

光子晶体带隙随介质折射率变化规律的研究

以一维光子晶体为例,研究了其带隙相对宽度随其介质折射率比值变化的规律。利用光学传输矩阵理论,从理论数值上验证了在其结构不变的情况下,带隙相对宽度随介质比的增大而增大,并作出了变化关系曲线,进而得出介质比在一定区间可以近似看作成正比关系。同时还得出结构与介质比不变的情况下,带隙随介质取值的变化规律。

基于石墨烯薄膜的光纤微压传感器的设计

以新型的石墨烯材料为压力敏感膜,设计了一种基于法布里-珀罗干涉的光纤微压传感器。利用薄膜光学理论,分析了不同层数石墨烯膜的反射率特性。仿真结果表明,增加层数可以提高石墨烯膜的反射率。根据光传输矩阵的理论,研究并模拟了法珀腔的几何参数对反射信号的影响。通过分析对比几种大挠度圆膜应变的理论,建立了石墨烯薄膜的压力敏感特性模型,并利用ANSYS静态力学非线性对模型的挠度形变特性进行有限元仿真,验证了模型的准确性,为设计制作基于石墨烯薄膜的光纤微压传感器提供了理论基础。

拉盖尔-高斯光束在拓扑绝缘体分层介质薄膜的相位分布

拓扑绝缘体(TI)是一种具有特殊能带结构的新型量子物态。它的体内结构像绝缘体一样不导电,而表面像导体一样具有金属性能够导电,能够实现无损耗传播能量和信息,良好的光学透射率。利用平面角谱展开法和传输矩阵理论研究了拉盖尔-高斯(LG)光束入射分层拓扑绝缘体(TI)薄膜的相位分布特征。数值结果表明,反射场和透射场中LG光束的相位结构会随着拓扑磁电极化率(TMEP)的变化而变化,尤其是p波的相位分布中心轴发生左移或者右移的现象。拉盖尔-高斯LG光束入射分层拓扑绝缘体介质薄膜相位分布特征在无线激光通信、光学囚禁、微粒操纵、非线性光学以及信息编码等领域有一定意义。