光子晶体光纤中零色散点处超连续谱演变的研究

从非线性薛定谔方程出发,采用分步傅立叶分析方法数值模拟光子晶体光纤中超连续谱的产生,计算、模拟并分析初始啁啾在光子晶体光纤的零色散点对超连续谱演变和带宽的影响.结果表明,非线性作用使频谱分裂成多峰不对称的结构,初始啁啾C的引入能明显的改善超连续谱的带宽和平坦性.由于二阶色散β2=0,三阶色散猹对超连续光谱的展宽影响较大.当β3>0时,C取正值时,随着C的增大,带宽减小; C取负值时,带宽有所增大,平坦性也有改善;β3<0时,无论C取正取负,频谱带宽增大,且平坦性较好.     

脉冲内拉曼散射所致啁啾的研究

探究孤子自频移现象,从啁啾的角度来解释其产生的原因。运用数学求解及数值模拟方法,通过MATLAB编程画出了啁啾演变图,据此来研究自频移现象。研究结果表明,在高阶非线性效应中,脉冲内拉曼散射、色散和自相位调制共同所致的啁啾,与无拉曼散射效应时产生的啁啾相比,发生一系列新的变化:啁啾的中心发生漂移且图形的前后沿不对称,即负啁啾的峰值的绝对值大于正啁啾的峰值,这说明了脉冲频谱“红移”的谱峰变宽,或者说频谱移向了长波长方向—即人们所说的孤子自频移现象。     

输出近百纳焦耳脉冲能量的光子晶体光纤锁模激光器

设计并搭建了一种支持百纳焦耳量级的单脉冲能量输出的锁模光纤激光器.激光器基于σ型腔结构,采用掺Yb偏振型大模场面积光子晶体光纤作为增益介质,利用半导体可饱和吸收镜实现自启动锁模.激光器内没有色散补偿机理,使其工作在全正色散锁模状态.通过在谐振腔内引入多通长腔使激光器的重复频率降低至11.1 MHz,直接获得了平均功率为1.08 W,单脉冲能量为 97 nJ,脉冲宽度为4.17 ps的稳定锁模脉冲输出,经腔外色散补偿,脉冲宽度压缩至740 fs.     

双包层多芯光子晶体光纤自相干合成的数值分析与实验

依据耦合模理论分析了双包层多芯光子晶体光纤的超模模场特性,通过倏逝波对7束光的相位调节,可实现相干合成,激光亮度得到很大提高.利用相干合成原理对双包层多芯光子晶体光纤的出射光相干功率密度进行了分析与测量,对此种结构的光子晶体光纤实现自相干合成提出了理论和实验依据.     

一种胶体光子晶体修饰的光纤

设计了一种胶体光子晶体修饰的光纤. 采用恒温快速蒸发法直接在经切割刀处理后的光纤端面生长胶体晶体,再与另一根切割后的光纤在毛细玻璃管中完成对接,制备成胶体光子晶体修饰的光纤. 用扫描电子显微镜和光谱分析仪对样品的形貌、结构以及光学特性进行分析. 实验结果表明,粒径为640 nm、体积分数约为0.5%的SiO₂胶体微球溶液在60 ℃的情况下沉积,大约12 h后可得到质量较高的胶体光子晶体. 在SEM下,观察到端面的胶体晶体为面心立方(fcc)结构. 透射光谱证明,该结构在(111)面上     

中心外缺陷对带隙型光子晶体光纤色散特性的影响

利用时域有限差分法(FDTD)模拟仿真了在中心缺陷外出现点缺陷、空气柱位错和内层空气柱发生形变三种缺陷形态对光子带隙型光子晶体光纤(PBG-PCF)色散特性的影响.发现一方面缺陷的出现会使色散曲线趋于平坦,另一方面点缺陷和位错缺陷的出现会使零色散点向长波移动,内层空气柱的形变使零色散点向短波长移动.这对PBG-PCF的实际生产实践会有指导意义.     

光子晶体光纤带隙及模场的一种综合模拟分析方法

提出直接由MATLAB读入光纤端面图实现复杂结构光子晶体光纤(PCF)模型的快速建立,并综合平面波法(PWM)和频域有限差分(FDFD)法,模拟分析带隙型光子晶体光纤(PBG-PCF)的带隙和模场分布.利用PWM计算得到了在PBG-PCF中传输的光波频率及模式有效折射率范围;基于FDFD法在给定波长及模式有效折射率范围情况下,模拟得到了PBG-PCF中可能存在的模场分布及其他特性.以市售的PBG-PCF为例,验证了数值模拟的正确性,随后系统地分析了结构参数(晶格结构、"原子"占有率、背景材料折射率及"原子     

色散缓变光纤中脉冲频谱演变的研究

采用数值计算的方法研究了高斯脉冲的频谱在色散缓变光纤中的传输特性及初始啁啾对频谱演变的影响.结果表明:色散缓变光纤可以有效的抑制频谱的展宽,将其应用到超长距离光纤通信系统是可行的;初始啁啾使脉冲频谱严重展宽,应采取消啁啾的措施.     

Archimedes 32,4,3,4结构光子晶体中与偏振无关的自准直分束器

通过等频图分析并结合时域有限差分法法模拟, 在Archimedes 3²,4,3,4结构排列的二维光子晶体中同一频率下同时实现了电磁波两种偏振态的自准直. 研究发现,在该结构光子晶体中引入缺陷,当线缺陷宽度改变时, TE和TM两种偏振态光束的分束效果将会随之变化.由此通过控制缺陷宽度,分别实现了两种偏振态光束的50% ∶50%分束以及90°大角度光折弯,分束和折弯的效率都较为理想,为未来设计基于光子晶体的新型光子学器件提供了一种新的思路.     

二维GaAs 基光子晶体微腔的制作与光谱特性分析

研究了以InAs量子点为有源区的二维GaAs基光子晶体微腔的设计与制作,测试并分析了室温下微腔的光谱特性.观察到了波长约为1137 nm,谱线半高宽度约为1 nm的尖锐低阶谐振模式发光峰.我们比较了不同刻蚀条件下光子晶体微腔的发光谱线,结果表明空气孔洞截面的垂直度是影响光子晶体微腔发光特性的重要因素之一.通过调节干法刻蚀工艺,改变空气孔半径与晶格常数的比率,可以在较大范围内调节谐振模式发光峰位置,达到谐振模式与量子点发光峰调谐的目的.     

目标回波中的弹性信息提取方法研究

在主动声纳探雷识别中,弹性波提取方法一直是研究的难点。研究表明回波中,几何亮点主要表现为波形包络的强起伏的慢变化,在频域上属于低频,而弹性信息则隐含在包络中,其变化较快且能量微弱,相对于包络来说是比较弱的高频成份。运用中心差分的方法,可使高频成份得到较大的增强,从而实现弹性信息提取的目的。仿真和实验数据均取得了良好的效果。     

黄东海海区总悬浮物散射特性研究

我国黄东海水体散射特性非常复杂,这是造成该海域水色区划特点显著的原因之一。文中利用2003年4月黄东海试验数据(HD200304)对总悬浮物(TSM,Total Suspended Matter)的后向散射概率~bbs和单位散射系数bs*进行研究。基于对现场数据的统计分析,我们开发了总悬浮物后向散射概率模型,通过相对偏差分析表明,有近90%的样品反演相对偏差控制在±30%之内。对总悬浮物单位散射系数研究时,选择555 nm为参考波段,开发了不同波段间总悬浮物单位散射系数关系模型,通过相对偏差分析表明,有近94%的样品反演相对偏差在±10%之内,反演效果非常好。     

水下加筋圆柱壳结构声散射特性研究

采用有限元/边界元(FEM/BEM)方法对水下加筋圆柱壳结构的声散射特性进行分析。考虑入射声场激发弹性结构振动产生二次辐射声场,总声场为入射场与散射场之和。基于Mindlin理论建立结构受迫振动的有限元模型,考虑入射声场为简谐激励,采用模态叠加法求出结构振动表面速度。根据声学边界元相关理论,利用有限元方法计算得出的弹性结构表面动力相应,可求出弹性结构的散射声场。研究结果表明,在同一波数下,不加筋结构后向散射强于加筋结构;加筋结构的散射指向性图案分叉较为明显;同种结构在波数增加的时候后向散射强度逐渐增大,前向散射强度逐渐减弱。     

南海北部声散射季节变化

声散射是重要的声学现象,海洋水体产生的高频声散射信号既可用于开展多种目的的声学海洋学研究,也可能对水下声学设备产生干扰,而海洋水体背景声散射具有显著的时空变异特征,因此针对特定海区开展声散射时变观测具有重要意义。本文利用在南海北部布放的锚系系统所搭载的声学多普勒流速剖面仪,获取了覆盖4个季节的累计约80 d的声散射数据,数据包括75 kHz和300 kHz两个频段,观测水深几乎覆盖了从海面到约600 m水深的整个水体。结果表明,水体在垂向上分布着上散射层和深散射层2个主要散射层。上散射层分布深度在冬夏较浅,位于约100 m以浅,在春秋较深,位于约200 m以浅;深散射层分布深度同样为冬季最浅,位于约300 m以深,但夏季则最深,位于约400 m以深。因此,两散射层的距离在夏季最远,在春秋最近。2个散射层的声散射强度（Sv）同样具有明显的季节变化,上散射层散射强度夏秋较强而春冬较弱,深散射层则正好相反。     

南海深海声学散射层垂直分布和昼夜变化初步研究

2013-09利用船载Simrad EK60科学鱼探仪(38kHz)对南海深海声学散射层进行了连续监测,并结合变水层拖网采样分析了其垂直分布和昼夜变化。结果表明,南海深海存在2个明显的声学散射层,特征深度分别为0~100m和350~700m,并且2个散射层间存在较为明显的昼夜垂直移动现象。其随时间变化情况为:16∶00-19∶00,350~700m散射层中的部分生物逐渐向上移动到0~100m散射层;04∶00-07∶00,这部分上升的生物又逐渐移回至350~700m散射层。变水层拖网采样结果发现,白天0~100m散射层内渔获物数量较少,夜间0~100m散射层内渔获物较多,验证了声学映像所检测到的2个散射层间确实存在昼夜移动的现象。     

光纤化学/生物传感技术在海洋环境监测中的应用

本文通过光纤溶解氧、 p H、湿度等化学传感探头及发光菌水质毒性监测生物传感探头的研制 ,开发出了一类能用于环境监测的新型传感器。本文的创新之处在于传感探头的设计与包装 ,以及数种可逆性、选择性、稳定性、使用寿命、响应时间、灵敏度等响应特性具佳的化学及生物传感膜的配方和制作技术。利用这些技术 ,通过对光纤探头的设计与包装 ,可以实现在现场及实验室模拟条件下对样品的选择性检测。研制的传感器能广泛应用于海洋污染调查、内河水质评价、水产养殖、工矿企业水气排污自检等诸多方面。     

南黄海非线性内波的数值模拟研究(2)——内潮的非线性演变

在本工作的先行部分的基础上,本文中考虑第一模态半日内潮波分别从A站位(34°4′N,125°6′E)和B站位(36°34′N,123°51′E)向西、西南和西北方向的反射和非线性演变过程,使用的数学物理模型为适用于连续层化海洋并且考虑背景正压落潮流与涨潮流不同作用的一般化的KdV模型(简称之为GKdV模型)。模拟结果表明,南黄海的内孤立波集中分布于南黄海的南部,而在其北部极少出现内孤立波的主要原因是在南黄海的南部存在较强的背景斜压环流和很强的背景正压潮流,而且在涨潮时段(相对于朝鲜半岛的西海岸而言)背景斜压环流和背景正压潮流的方向基本相同,而在南黄海的北部这2种背景流都很弱。另外,由于出现高达0.75 m/s的正压潮流,自A站位向西北方向传播的半日内潮波处于不稳定状态。