异质微环谐振腔双稳态及全光存储器应用

提出了一种基于异质集成波导的微环谐振腔,对其双稳态现象进行了研究分析,并将其应用于全光存储功能的实现。异质集成波导具有超高的克尔非线性效应,不受热光效应和载流子响应的限制,在超快克尔非线性效应的支持下,该结构具有快速全光切换的能力。设计了一个高品质因子Q=77565的微环谐振腔,用耦合模式理论模拟了其双稳态现象。在峰值功率为474 fJ,宽度为20 ps的脉冲激励下,该微环谐振腔很好地实现了全光存储功能,并通过波分复用的串联微环结构展示了波长可寻址的四位光存储器。研究了基于超高克尔非线性效应的双稳态现象,为实现超快切换速度提供了可能性,在光存储、光开关、人工智能研究等方面具有一定的参考价值。

谐振式光学陀螺噪声抑制技术研究现状(特邀)

谐振式光学陀螺仪利用光学谐振腔在时空上对光波极强的局域增强效应,有望成为兼具高精度和小体积的光学陀螺。然而,谐振式陀螺转动产生的Sagnac效应相对微弱,容易受到陀螺系统内非互易性以及互易性噪声的干扰,成为其精度提升的瓶颈。在陀螺的小型化过程中这一问题更加凸显。因此,对谐振式光学陀螺仪进行噪声抑制显得尤为重要。本文详细综述了谐振式光学陀螺中非互易性和互易性两大类噪声的原理及其抑制方法,总结了该领域近来年的研究现状及未来挑战与发展趋势,为我国谐振式光学陀螺发展提供参考。

双钙钛矿氧化物A_(2)BOsO_(6)(A=Sr,Ca;B=Cr,Mo)磁光克尔效应的第一性原理研究

Sr_(2)CrOsO_(6)具有双钙钛矿氧化物中最高的磁转变温度(725 K)。使用体积更小的Ca离子取代Sr离子后得到了Ca_(2)CrOsO_(6),其磁转变温度同样高于室温。进一步使用d轨道更加离域化的Mo离子取代Cr离子,得到了Ca_(2)MoOsO_(6)。通过密度泛函理论,系统地计算了双钙钛矿氧化物Sr_(2)CrOsO_(6)、Ca_(2)CrOsO_(6)和Ca_(2)MoOsO_(6)的电子结构和磁光克尔效应,电子结构表明,三种材料均为半导体。Sr_(2)CrOsO_(6)和Ca_(2)CrOsO_(6)的电子结构非常相似,Ca_(2)MoOsO_(6)的带隙极小,仅有0.10 eV。观察磁光克尔效应谱线,三种材料在红外到可见光谱的范围内均表现出显著的磁光克尔效应。Sr_(2)CrOsO_(6)、Ca_(2)CrOsO_(6)和Ca_(2)MoOsO_(6)的最大克尔旋角分别为1.18°、0.98°和0.65°。三种材料的最大克尔旋角均大于0.2°,是理想的磁光材料。计算结果表明化合物内同时包含3d(4d)和5d过渡金属离子有助于形成显著的磁光克尔效应。对光学电导率张量的分析表明,三种材料的磁光克尔谱线峰值源自带间跃迁,并且由光学电导率张量的非对角元虚部主导。

纯克尔非线性动力学在光学神经元中的应用研究

采用尖峰神经元对神经形态计算进行并行处理,可以克服数字计算机的一些局限性,从而提高计算速度、计算性能和能量效率,实现更高效、更智能和更自适应的计算。超快克尔效应在光子神经形态计算中具有重要的意义和应用。利用改进的归一化耦合模理论(coupled mode theory,CMT)模型,对钙钛矿材料的光学微谐振腔中由超快克尔效应引起的非线性动力学特征进行了计算和分析,观察到自脉动行为;模拟并实现了光学神经元的兴奋性行为、泄露积分动力学和不应期现象。钙钛矿材料具有超快的克尔响应时间,可以将神经元的不应期控制在皮秒量级,为实现快速的脉冲神经网络提供了新思路。

场致双折射法测量硫系玻璃Ge__(28)Sb_(12)Se_(60)直流克尔系数

硫系玻璃是一种重要的非线性光学材料,因其具有较强的红外高透性和较高的光学非线性,使得近年来在集成光子学、超连续光源和全光开关等领域引起了广泛关注。通过分析在不同外加电场强度下光束通过硫系玻璃Ge__(28)Sb_(12)Se_(60)样品偏振态的变化得到场致双折射现象引起的相位差,进而测量了硫系玻璃Ge__(28)Sb_(12)Se_(60)的直流克尔系数,并结合该材料的非线性光学特性,对实验结果进行了分析。最终结果表明,硫系玻璃Ge__(28)Sb_(12)Se_(60)具有较高的直流克尔系数,在相关的应用中具有一定的优势。

直流电压下油中空间电场强度对油纸绝缘界面电荷特性的影响研究

直流电压下油纸绝缘界面电荷特性是换流变压器绝缘结构设计的巨大挑战。传统电阻-电容(RC)模型仅考虑由于油、纸材料的介电常数、电导率不同而引起的界面极化电荷,忽略了其他形式来源的电荷及其对空间电场的影响。本文基于Kerr电光效应原理,搭建了油纸绝缘结构油中空间电场特性非接触式、实时测量平台,针对变压器油-电工绝缘纸、变压器油-变压器纸板组成的复合绝缘结构,获得了不同极性、不同幅值直流电压下油中空间电场特性,计算并分析了界面电荷密度与RC模型计算的极化电荷密度的差异。结果表明:当油中场强较低时,油纸界面电荷以极化电荷为主;随着油中场强的增加,油纸界面电荷密度与RC模型计算极化电荷密度差异逐渐增大,出现了其他形式电荷的积聚,且其在界面总电荷量中占比逐渐增加,对电场强度的影响逐渐增大。

基于ITO的近红外波段远场辐射的动态调控

由近零介电常数材料构成的纳米天线,其折射率具有强度依赖性,可以用来调控远场辐射模式。因此,提出了基于氧化铟锡(ITO)的混合光学天线,以光学方式调控远场辐射角的偏转。并且,基于ITO和线性介电材料(nL)的混合结构天线可实现在近红外波段(1000 nm~1600 nm)偏转角的调控。随着入射光强度的增加,远场辐射角度最大可达到21.6°。基于混合结构,通过改变光学强度和波段进而影响辐射模式,最终调控偏转角度,这为进一步研究和应用于光束转向和光学调制奠定了基础。

小型磁光克尔显微镜的设计与研发

依据磁光克尔效应原理,通过精确计算光路成像,设计并搭建了小型磁光克尔显微镜Triple-M.该设备采用T型光路和笼式结构,对物镜、光源、相机和偏振元件等器件进行封装.利用该显微镜可观察微观磁信息,研究磁畴结构、磁畴演化过程等.该设备体积小、成本低,适用于科学研究、大学实验演示以及磁性材料微观结构的科普等领域.

块状和超薄磁性材料中巨大且可调控的面内自旋角位移

磁光克尔效应是指处于磁场中的光束在磁体表面发生反射时,反射光的偏振面相对入射光发生旋转的物理现象,它反映了磁化强度对磁性材料光学性质的影响.磁性介质的磁光克尔效应则由含磁光常数的介电张量表征,因此对磁光常数进行精确测量具有重要的科学意义.光子自旋霍尔效应表现为光束在折射率不同的介质界面上传输时由于自旋-轨道相互作用而产生的光子自旋分裂现象.过去大多数研究利用光子自旋霍尔效应的横向空间位移来表征磁光常数.然而,现有工作只考虑了单个磁场方向的磁光克尔效应,并且由于微小的自旋空间位移而需要引入复杂的弱测量技术.本文从理论上全面探究了3种磁光克尔效应条件下的面内自旋角位移,发现通过改变磁场方向和磁性材料的厚度(考虑块状和超薄)可以实现对光子自旋霍尔效应的有效操纵.同时,该研究提出了一种直接测量磁光常数的新方法,即通过直接观测巨大的面内自旋角位移来表征磁光常数的振幅与相位.该方法不需要引入弱测量系统,不仅为磁光常数的测量提供了直接有效的探针,并且扩展了自旋光子学的相关研究.

克尔效应对两种特殊涡旋光束传输特性的影响

完美涡旋光束与环形艾里高斯涡旋光束在传输过程中能够克服衍射的影响,保持较为集中的光能量分布。当光束能量较高时,远程传输过程中这两种光束都会受到克尔效应的影响。利用分步傅里叶方法分析和比较了两种光束在克尔效应影响下的传输特性,重点讨论了入射光强和拓扑荷数变化时光束能量的变化规律。结果表明,受衍射和克尔效应共同作用,在大气中传输时两种涡旋光束的能量分布都将随传输距离的增加发生周期性变化,且能量分布变化周期随入射光强增大而减小,而且随着拓扑荷数的增大,光束稳定性也增强。相比而言完美涡旋光束的形状保持能力更好,能量演变更加平稳。

基于Kerr地基模型单井降水邻近管线变形计算方法

为了研究单井降水对邻近管线的影响,基于Kerr地基模型结合两阶段法提出了一种单井降水引起邻近管线竖向变形的计算方法。在第一阶段采用有效应力原理与Dupuit假定计算出降水引起邻近管线受到的附加应力,第二阶段将管线视作搁置在三参数Kerr地基上Euler-Bernoulli梁,以此模拟管线与土的相互作用进而推导出管线的竖向位移。通过与原位降水试验及Winkler模型的结果进行对比,验证了所提方法的准确性,并进一步分析了土体弹性模量、渗透系数、管-井间距以及水位降深变化对管线竖向位移的影响。分析结果表明:所采用的Kerr地基模型考虑了土体变形的连续性,相比Winkler地基模型更具优越性;土体渗透系数及管-井间距对管线变形影响较小,而土体弹性模量与降水井内水位降深影响较大;土体弹性模量减小、水位降深增大均导致管线变形明显增大,且易引起管线位移超过允许值,应针对相应因素采取防控措施。

有偏压中心对称光折变晶体中的屏蔽孤子

给出了中心对称光折变晶体中屏蔽孤子的高阶空间电荷场.当高阶项可以忽略时,这个电荷场就变为早前在中心对称光折变晶体中研究的屏蔽孤子的空间电荷场.研究了中心对称光折变晶体中屏蔽孤子的高阶非线性波动方程.在适当的条件下,这个非线性波动方程能够展示明暗空间光孤子.这类晶体不同于非中心对称晶体,其非线性折射率的改变来源于二次电光效应,而不是一般的线性电光效应.应用光束传播的方法,对这些孤子的稳定性进行了讨论.表明在小的微扰下这类孤子是稳定的,不会发生分裂.

基于Kerr效应的绝缘子表面电场在线测量系统

为了有助于快脉冲功率装置中真空绝缘子的正确设计,避免其沿面闪络,研制了1套基于Kerr效应的可以在线测量快脉冲高电压作用下的真空绝缘子表面电场的电光测量系统。该测量系统由基于Marx发生器和脉冲形成线的快脉冲高电压源(100ns,200～350kV)、基于Nd:YAG倍频脉冲激光器的探测光源(532nm,8ns)、抗强电磁干扰的同步控制系统、被测中空薄壁绝缘子及Kerr效应单元、相位差检测系统(Mach-Zehnder干涉仪)等部分构成。在分析了快脉冲高电压作用下在线测量的必要性后介绍了该测量系统各部分的组成、工作原理、运行参数及初步实验结果。

直流电压下油、纸绝缘结构不连续界面空间电荷积聚特性

在直流电压下,油、纸界面空间电荷的积聚会导致空间电场畸变,对直流输电设备的绝缘设计和运行有重要影响。为研究该问题,利用纸板覆盖上、下电极的油纸复合绝缘模型,研究了在不同极性直流电压下,油、纸界面空间电荷的积聚过程。试验中,搭建了基于Kerr效应法的油纸绝缘光学空间电场的测量平台,以实现变压器油中电场的在线非接触式测量。试验结果表明:不同极性的直流电压下,油中电场的暂态过程差异显著,具有明显的极性效应;油、纸界面积聚空间电荷的极性与外施电压的极性和油、纸板的空间位置直接关联:纸板覆盖上电极时油纸界面电荷极性与外施电压极性相反,纸板覆盖下电极时油、纸界面电荷极性与外施电压极性相同;与传统的电阻率-介电常数模型下界面电荷的积聚现象不同,油纸界面电荷积聚的速度具有明显的极性效应:油、纸界面负电荷的积聚速度远大于正电荷的积聚速度,导致不同极性电压下油中电场从暂态容性电场到稳态阻性电场的过渡过程差异显著。

基于Kerr效应法的油纸复合绝缘交直流复合电场测量

油纸复合绝缘作为换流变压器阀侧绕组的主绝缘形式,在正常工况下同时承担着交、直流复合电压,阀侧绕组的电场分布比普通电力变压器更为复杂,而目前的仿真研究均缺乏有效的试验验证。本文基于变压器油的Kerr效应,搭建了油纸绝缘结构下光学空间电场的二维测量平台,实现了变压器油中电场的在线分布式测量。针对双层纸板的交叠绝缘结构,实际测量不同交直流比例电压下,交、直流电场的分布特性。试验结果表明:①交流电场分布具有明显的结构对称特性,且油中各处交流电场与外施交流电压保持线性关系。②直流电场分布不具有对称性。在正极性直流电压下,纸板覆盖上电极的单层纸板区域电场远小于纸板覆盖下电极的单层纸板区域,且直流电场强度不随外施直流电压线性增长。不同位置处空间电荷积聚的差异是直流电场分布非对称性的主要原因。

基于Kerr电光效应的冲击电压下液体电介质空间电荷高速CCD测量

空间电荷的存在直接影响液体电介质的绝缘击穿性能,为了更好地研究空间电荷的动态变化过程,建立了基于Kerr电光效应的冲击电压下液体电介质空间电荷的高速电荷耦合器件(CCD)测量系统。运用高精度光电传感器的测量方法,得到了室温下液体碳酸丙烯酯的Kerr常数。进而通过高速CCD的动态光电测量,并结合图像处理技术,求取了冲击电压下平行板铜电极间电场和空间电荷的动态分布曲线。实验研究表明:在平行板铜电极间,当液体介质中电场达到一定程度时会出现空间电荷的注入与输运,使得极间电场呈现出中间高两边低的分布情况。另外还分析了空间电荷的分布和输运对液体绝缘特性的影响,该研究为分析冲击电压作用下液体介质中空间电荷的产生机制及空间电荷对流注放电的影响奠定了基础。

聚芳香杂环甲烯的三阶非线性光学效应与时间分辨光克尔效应(英文)

合成了一系列聚芳香杂环甲烯 ,包括聚吡咯甲烯和聚噻吩甲烯。采用四波混频法研究材料的共振三阶非线性光学效应 (λ =5 32nm) ,其共振二阶超分子极化率γ三阶非线性光学系数分别达到 10 - 3 0 esu和10 - 8esu 选择具有良好溶解性、成膜性的聚吡咯对二甲氨基苯甲烯 (PPDMAB) ,采用飞秒时间分辨光克尔效应方法研究材料的非共振三阶非线性光学效应 (λ =790nm) 实验表明 ,翠绿亚胺碱溶液的光克尔信号仅表现一超快响应的成分 ,归功于π电子云扭转产生的非共振激发 PPDMAB的非共振二阶超分子极化率γ三阶非线性光学系数分别达到γ =5 .78× 10 - 3 2 esu和 χ(3 ) =1.2 6× 10 - 10

减少Kerr效应法在油纸绝缘结构中直流电场测量误差的方法

Kerr效应法是液体电介质中电场测量的有效方法,但利用该方法在油纸复合绝缘结构中的直流电场准确测量一直是电介质中电场测量的难点。为此,基于Kerr效应法搭建了一套在线非接触式的液体电介质中光学电场测量系统,分析了引起测量系统误差的主要原因,提出了减小测量误差的方法。通过加长电极和边缘绝缘包覆处理,可将电极边缘效应相对误差减小至1.3%;通过光学器件光学特性的标定,修正了器件非理想因素的误差;通过对激光器噪声的统计分析,合理选取了交流调制电源的频率,提高了测量系统的信噪比,可将激光管同频噪声干扰所导致的直流电场测量相对误差减小到0.86%,交流电场测量相对误差减小到1.6%。经过试验测定,整个测量系统直流电场强度测量灵敏度可达到20V/mm,总体相对误差<5.4%。

吡咯同系物C_4H_4XH(X=N,P,As,Sb)二阶超极化率的理论研究

用 ab initio HF, MP2 和 B3LYP 三种方法的输出结果, 根据完全态求和公式自编程序计算了吡咯同系物的二阶超极化率. 结果表明随着杂原子序数的增大, 体系的二阶超极化率也随着增大. 从对称性出发, 利用二态模型讨论了体系光学非线性增大的原因. 从杂原子基团与吡咯同系物二阶超极化率之间所成的线性关系, 可以得出决定体系非线性光学性质的主要因素是杂原子. 与呋喃同系物的光克尔效应相比, 吡咯同系物是具有良好应用前景的非线性光学材料.

光学电压互感器的研究及应用现状分析

电压互感器在电压准确测量中起到至关重要的作用。为了更好的促进光学电压互感器的发展和应用,首先给出了光学电压互感器的研究背景与现状,然后重点介绍了基于Pockels光电效应、Kerr光电效应的光学电压互感器的互感机理和测量方法,并对光学电压互感器的结构特点进行了分析。最后,总结了目前光学电压互感器在应用方面存在的问题。在此基础上,针对目前光学电压互感器常见的问题提出了一定的解决措施,包括提高加工工艺、应用新材料、采用补偿算法等,并对光学电压互感器下一次的研究方向进行了展望。