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基于微生物群体感应的菌藻共生MBR污染物强化去除机制及膜污染控制研究

基于微生物群体感应的菌藻共生MBR污染物强化去除机制及膜污染控...

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作者：方艺苓济南大学

学位级别：硕士

传统MBR存在氮磷污染物去除效率有待进一步提高及膜污染难控制等问题,微藻在自然水体中广泛存在,目前对于菌藻共生反应器的相关研究也比较深入,所以本研究采用菌藻共生反应器,不仅可以缓解传统MBR氮磷去除效果不佳的问题还可以通过膜分... 详细信息

传统MBR存在氮磷污染物去除效率有待进一步提高及膜污染难控制等问题,微藻在自然水体中广泛存在,目前对于菌藻共生反应器的相关研究也比较深入,所以本研究采用菌藻共生反应器,不仅可以缓解传统MBR氮磷去除效果不佳的问题还可以通过膜分离的方式提高微藻的回收率,这也与当下国家提倡的双碳计划相呼应。此外,MBR在推广应用中的另一个阻碍为膜污染问题,膜污染中以不可逆污染最严重,一系列研究证明膜污染与微生物的群体感应关系密切,当微生物生长过程中产生的信号分子达到一定浓度时,会调控细胞的一系列行为,如生物膜的形成和发光等......但目前对于群感效应的研究主要集中在细菌的胞间及胞内,而对于真核细胞对于细菌信号分子的响应情况研究较少,本研究中,探究了MBR反应器中氮磷营养盐去除和膜污染以及细菌群体感应之间的关系,具有重要的科学理论意义及技术应用价值。通过研究传统MBR的污水处理效能以及群体感应和膜污染机制,发现6种细菌信号分子随反应器运行时间的延长均呈现浓度上升的趋势,其中主要以C6-HSL、C8-HSL、C10-HSL、C12-HSL为主。在此基础上,进一步探究了信号分子对微藻胞外聚合物和集聚特性的作用规律,将不同种类的细菌信号分子投入到相同种类、浓度和含量的藻液中,观察分析藻液的聚集特性,对氮、磷的去除效果,胞外聚合物以及Zeta电位的变化。TB-EPS中多糖含量增幅最大,从1±0.5 mg/g MLSS增加到3.5±0.5mg/g MLSS。SMP、LB-EPS和TB-EPS内的蛋白质含量从最初的3.5±0.5 mg/g MLSS增加到4.5±0.5 mg/g MLSS、4.5±0.5 mg/g MLSS和5.5±0.5 mg/g MLSS。平行运行传统膜生物反应器(C-MBR)和菌藻共生膜生物反应器(ASB-MBR),对比两反应器运行过程中的污染物去除效能、胞外聚合物及信号分子浓度变化情况,探究了胞外聚合物浓度与营养盐去除相关性,分析了氮、磷营养盐强化去除机理以反应器内膜污染状况。相较于C-MBR,ASB-MBR内的氮磷去除效果更优,ASB-MBR的氨氮去除率较C-MBR提高了2%左右,总氮总磷去除率大约提高了10%左右。ASBMBR内C6-HSL、C8-HSL、C10-HSL、C12-HSL、3-oxo-C12-HSL这5类信号分子对膜污染起主要作用,其中C6-HSL、C8-HSL、3-oxo-C12-HSL在后期对膜污染影响不占优势,对微藻的聚集的影响相对更大。C10-HSL和3-oxo-C12-HSL保持持续增长,在膜污染后期发挥主要作用。此外,ASB-MBR胞外聚合物内的蛋白质平均含量有所上升,蛋白质浓度平均升高了10.7%左右,但多糖浓度相对于C-MBR呈现下降的趋势,下降22%左右。且ASB-MBR中胞外聚合物的浓度与氮磷的去除率呈现良好的相关性。ASB-MBR胞外聚合物的TB-EPS中氨氮以及总氮浓度与C-MBR相比有明显的升高,平均提高10%左右,细胞内的氨氮浓度也略高,且SMP、TB-EPS和胞内的总磷浓度相比于C-MBR都有一定程度提升,SMP、TB-EPS内提升10%左右,胞内增长了25%左右,说明菌藻胞外聚合物可将水体中氮、磷元素过量吸附进胞外聚合物内进行储存,再转运至胞内同化利用。通过TMP变化发现,菌藻共生系统有助于膜污染的减缓,ASB-MBR内TMP达到相同值12KPa的时间延缓了5天左右,且减缓主要发生在膜污染稳定发展期后期和污染层水力变化期。围绕膜污染的变化情况,进一步分析了菌藻共生系统对反应器处理效能和膜污染的影响规律。通过对膜表面污染情况进行分析研究,分析发现ASB-MBR污染膜表面形成的泥饼层具有多孔结构,是导致膜污染进程的减缓重要原因。此外,从两反应器微生物群落结构的变化情况来看,相比于C-MBR,ASB-MBR生物多样性相对更低,细菌群落结构复杂性降低,两个系统内的物种差异较大,在C-MBR中占比最大的三种菌门均为Proteobacteria(变形菌门)、Bacteroidota(拟杆菌门)、Firmicutes(厚壁菌门),而在ASB-MBR中占比最大的三种菌门为Proteobacteria(变形菌门)、Bacteroidota(拟杆菌门)、Myxococcota(粘菌门),优势菌门发生了改变,Proteobacteria门类细菌在ASB-MBR系统内相对丰度比值为64.76%,比C-MBR系统提高4.51%。Bacteroidetes门类细菌在ASB-MBR系统内也得到一定程度的富集,相对丰度比值提高1.64%,而Firmicutes门类细菌的相对丰度比值降低,Firmicutes门类细菌是一种极易黏附于膜表面的细菌,容易加重膜污染。这说明微生物群落结构的改变影响了系统内信号分子和胞外聚合物

关键词：菌藻共生群体感应污水处理膜污染膜生物反应器

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光孤子通信系统中偏振模色散的研究

光孤子通信系统中偏振模色散的研究

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作者：陈曦电子科技大学

学位级别：硕士

光纤通信系统以其传输速度快、传输距离远、信息容量大、保密性强等优势已成为现代通信的主体。随着通信技术发展,一种全新的超高速、大容量、超长距离的非线性全光通信技术——光孤子通信开始走入人们的视线,其以非线性光学作为理论基... 详细信息

光纤通信系统以其传输速度快、传输距离远、信息容量大、保密性强等优势已成为现代通信的主体。随着通信技术发展,一种全新的超高速、大容量、超长距离的非线性全光通信技术——光孤子通信开始走入人们的视线,其以非线性光学作为理论基础,克服了光纤色散对光信号传输的限制,通信距离可达数万公里,并适用于波分复用(WDM)和光时分复用(OTDM)的长距离高速光纤通信,是进一步提高光纤通信系统容量的最佳通信方式。与此同时,偏振模色散(PMD)对光纤通信容量的限制越来越明显,并且成为限制高速率传输系统中的一个重要因素。本文对光孤子通信的理论和应用做了介绍和研究,探讨了有损光纤中的孤子色散管理技术。讨论了一种新型的基于色散衰减光纤的色散管理,可以只用两段不同色散的光纤连在一起来实现指数衰减色散光纤,而且在每个色散图中不同的色散值可以通过改变两段光纤的长度来实现。结果显示这种方法比起传统的孤子系统有更多的优点。用分步傅立叶算法对光孤子的一般传输方程——非线性薛定谔方程(NLSE)进行求解,验证了皮秒光孤子的特性。当脉冲宽度小于皮秒量级时,高阶非线性效应和高阶色散效应将不可忽略,此时飞秒量级的脉冲在光纤中的传输满足高阶修正的非线性薛定谔方程(HONLS)。同样通过分步傅立叶算法求解,探讨了飞秒光孤子的传输特性。在已有的大量关于皮秒量级光孤子通信中偏振模色散研究的基础上,通过求解含PMD的飞秒孤子对方程——高阶修正的耦合非线性薛定谔方程,研究了飞秒光孤子系统中PMD的特性。对同相和正交飞秒孤子对分别进行了讨论,结果显示:正交飞秒孤子比同相飞秒孤子具有更好的自俘获特性;偏振角不影响自俘获;双折射系数越大,PMD越大,自俘获效应越不明显;正交飞秒孤子和同相飞秒孤子对相对振幅都很敏感,这与皮秒孤子不同;入射功率对于正交孤子对的自俘获效应有阈值;比起皮秒孤子的来说,因为飞秒孤子的自频移效应,发生明显的自俘获效应的条件比较困难,而且基本没有完美的自俘获使得两分量群速度相同。在最后,我们提出了一种近似判定功率对于正交飞秒孤子对的阈值的方法。

关键词：光孤子偏振模色散分步傅立叶算法非线性薛定谔方程飞秒脉冲

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HNL-PCF光学特性研究及在光通信系统中的应用

HNL-PCF光学特性研究及在光通信系统中的应用

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作者：那满丁电子科技大学

学位级别：硕士

高非线性光子晶体光纤（High Nonlinear Photonic Crystal Fibers,简称HNL-PCF）与传统光纤相比具备许多独特的光学特性,在光通信系统及全光网领域中有着良好的应用与广阔的前景,成为相关学术与应用探讨的热门。本文选用相关的理论模型... 详细信息

高非线性光子晶体光纤（High Nonlinear Photonic Crystal Fibers,简称HNL-PCF）与传统光纤相比具备许多独特的光学特性,在光通信系统及全光网领域中有着良好的应用与广阔的前景,成为相关学术与应用探讨的热门。本文选用相关的理论模型进行了对HNL-PCF的光学特性参数,包括非线性系数、色散以及损耗的理论研究及模拟计算,得到了HNL-PCF结构参数与光学特性之间的关系。另外还从对基于HNL-PCF获得超连续光谱的特性进行了理论研究和模拟计算,并以此为切入点探讨了HNL-PCF在光通信系统中的应用。提出了通过对HNL-PCF的结构参数进行合理设计和优化,可以有效控制其光学特性。这一结论将为高性能、高稳定性和可靠性光通信器件的设计和制备提供理论依据以及一种较好的研究思路。本文的主要内容有： 1.介绍了光子晶体、光子晶体光纤的概念、结构和相关基础理论。 2.阐述了HNL-CPF基本结构和相应的结构参数,详细介绍了相关光学特性参数,包括非线性系数、色散以及损耗,并分别对这三个参数进行了理论公式的推导。 3.介绍了进行HNL-PCF光学特性的研究分析时所要用到的理论方法的基本思想及其推导过程。 4.通过基于多种理论方法的光学专业软件RSoft对Ⅰ（?）NL-PCF的光学特性进行了仿真模拟和数值分析,通过计算结果进行研究分析,得到了HNL-PCF非线性系数、色散以及损耗与结构参数之间的关系。 5.从输入光脉冲在HNL-PCF中的传输方程出发,运用分步傅里叶方法对超连续光谱的特性进行了理论分析和模拟,通过结果分析,发现了色散参数和泵浦条件参数与生成的超连续光谱的平坦度和带宽之间的关系。从理论上为HNL-PCF用于设计和制备高性能光通信器件之一的超连续谱光源提供了参考依据并提出了研究的思路。

关键词：高非线性光子晶体光纤光学特性理论模拟光通信系统超连续谱

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基于液晶的偏振模色散补偿研究

基于液晶的偏振模色散补偿研究

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作者：蒋小庆电子科技大学

学位级别：硕士

研究表明,当传输速率达到10Gbit/s以上时,原本微小的偏振效应--偏振模色散(polarization mode dispersion:PMD)明显损害系统的传输性能,限制系统的传输距离。因此偏振模色散成为目前国际上光纤通信领域研究的热点之一。偏振模色散是由... 详细信息

研究表明,当传输速率达到10Gbit/s以上时,原本微小的偏振效应--偏振模色散(polarization mode dispersion:PMD)明显损害系统的传输性能,限制系统的传输距离。因此偏振模色散成为目前国际上光纤通信领域研究的热点之一。偏振模色散是由于光纤结构的不完美性以及外界应力作用而产生的,是一个服从麦克斯韦分布的随机量。本文首先总结了偏振模色散的理论基础,从偏振模色散的基本概念出发,分析了偏振模色散的起因,偏振主态模型,以及对通信系统的影响,并从麦克斯韦方程推导出仿真可用的耦合非线性薛定谔方程。偏振模色散的补偿技术是本文研究的重点.文中描述了一阶PMD补偿的基本原理,给出了PMD补偿系统的一般模型,对各个模块和关键技术进行较为详细的讨论,对现有的PMD补偿技术进行了总结和比较。本论文利用液晶的基本概念及向列相液晶连续体弹性形变理论,在此基础上分析了液晶的光波传输计算方法,导出了向列相液晶在外场作用下指向矢的分布。本论文的特点是基于液晶材料的偏振控制和延迟器件来实现偏振模色散的补偿(PMD)进行探讨,即新颖的提出了采用液晶这种材料来实现偏振模色散补偿,用MatLab和琼斯矩阵进行仿真计算外加电场下液晶的相位延迟、偏振态的控制和变化,用液晶调制器阵列补偿偏振模色散的算法和仿真偏振模色散补偿效果并分析。

关键词：偏振模色散补偿液晶相位延迟偏振控制

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光子晶体光纤及其可调谐脉冲产生的研究

光子晶体光纤及其可调谐脉冲产生的研究

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作者：宋德君电子科技大学

学位级别：硕士

1992年,St. J. Russell等人提出了光子晶体光纤的新型概念,使得在全球范围内引领了对光子晶体光纤理论与实际应用方面深入研究的热潮。在光纤中引入光子晶体结构制作产生新型的光纤,即称之为光子晶体光纤。它具有普通光纤所无法具有的... 详细信息

1992年,St. J. Russell等人提出了光子晶体光纤的新型概念,使得在全球范围内引领了对光子晶体光纤理论与实际应用方面深入研究的热潮。在光纤中引入光子晶体结构制作产生新型的光纤,即称之为光子晶体光纤。它具有普通光纤所无法具有的优越光学特性,从而使得它所具有广泛的应用领域。本论文利用Rsoft仿真软件模拟光子晶体光纤的导光特性及与结构参数之间的关系,具有指导意义。在光在晶体概念上引出光子晶体光纤,阐述了光子晶体光纤的优良特性及两种类型的光子晶体光纤,它们的导光原理,特点及应用。阐述了分析方法,选用平面波的展开方法,模拟分析PBG-PCF、TIR-PCF的能带结构,并分析光在其中的传播特性,并在此基础之上设计增大有效模场面积的光子晶体光纤,使其具有优良“不截止单模”特性。在光子晶体光纤中模拟光孤子在光子晶体光纤中传输,得到了基阶和高阶光孤子的传输特性,对孤子间的相互作用进行分析,讨论三阶色散对高阶孤子相互作用的影响及自陡峭效应和自频移效应对二阶孤子传输的影响。模拟讨论三阶色散、自频移效应与二阶孤子传输时的情况,利用数值模拟讨论了光孤子机制产生可调谐脉冲。

关键词：光子晶体平面波展开法光孤子高阶非线性薛定谔方程孤子效应

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国际银行业并购与中国银行业并购的发展

国际银行业并购与中国银行业并购的发展

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作者：史海昇上海社会科学院

学位级别：硕士

作为市场经济的一种普遍现象,并购在集中财富的同时促进了企业规模的增大,企业市场占有率的提高和企业资源的集中优化。当前,“并购”已经成为现代经济发展中重要主题之一,也是企业战略关注的焦点,其中,银行并购又因其行业的特殊性而倍... 详细信息

作为市场经济的一种普遍现象,并购在集中财富的同时促进了企业规模的增大,企业市场占有率的提高和企业资源的集中优化。当前,“并购”已经成为现代经济发展中重要主题之一,也是企业战略关注的焦点,其中,银行并购又因其行业的特殊性而倍受瞩目。随着全球经济一体化和金融自由化的快速深入发展,以及国际金融市场动荡的延续,国际银行业并购的趋势将不可逆转。历史经验表明,西方发达国家银行业的并购是商业银行快速发展较为有效的路径选择,是遵循优胜劣汰的机制,是市场经济的产物。目前,随着中国资本市场的建立和逐步完善,我国银行业已进入快速发展阶段,特别是加入WTO以来,对外开放程度逐步提高,国际间金融竞争对我国银行业的影响日益增大,面对国际银行业大型化、综合化、全球化的发展趋势,中国银行业面临着发展路径选择的重大问题。本文从探讨企业并购的理论基础出发,全面回顾了国际银行业并购的发展历程,揭示了当今国际银行业并购的突出特点,并从内外两个层面阐述了导致并购活动不断发生的动因,通过系统的分析中国商业银行发展现状,强调了努力学习国际先进经验但不盲目照搬的并购战略,走一条既适合自身现状又符合本国国情的银行业并购的发展道路,文章最后提出了在国际银行业并购背景下的中国银行业发展战略的选择。

关键词：银行并购发展

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光子晶体光纤的特性研究

光子晶体光纤的特性研究

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作者：杨天宇合肥工业大学

学位级别：硕士

光子晶体光纤具有优异的双折射和非线性特性,高双折射光子晶体光纤在光学通信系统、精密光学仪器和光纤传感等领域都有着重要的应用,已成为近年来的研究热点。特别是在光学系统中,为了实现系统的全光化和小型化,高双折射高非线性的光子... 详细信息

光子晶体光纤具有优异的双折射和非线性特性,高双折射光子晶体光纤在光学通信系统、精密光学仪器和光纤传感等领域都有着重要的应用,已成为近年来的研究热点。特别是在光学系统中,为了实现系统的全光化和小型化,高双折射高非线性的光子晶体光纤被应用的越来越多。因此,新型高双折射高非线性光子晶体光纤的设计具有较为重要的意义。本文以高双折射高非线性光子晶体光纤作为研究对象,设计了三种新型结构的高双折射高非线性光子晶体光纤,并采用了全矢量有限元法对其进行了数值仿真和理论计算,主要内容有：1.简要介绍了光子晶体光纤的概念、与传统光纤的区别、分类、应用、制备方法以及国内外对于高双折射高非线性光子晶体光纤的研究现状。2.通过COMSOL仿真软件来学习研究光子晶体光纤的双折射、非线性、色散、限制损耗等特性,使用新颖的结构或者特殊的材料来设计具有高双折射、超高非线性、较低限制损耗、色散平坦的光子晶体光纤,来满足不断发展的光学领域。3.提出了一种具有中心缺陷孔的新型非对称椭圆光子晶体光纤,采用全矢量有限元法研究了其双折射、色散和非线性等特性。通过改变第一层椭圆孔的角度,加强了结构的双折射性能,同时还能改善结构的色散表现。分析计算结果得出,设计合适的结构参数可在波长1.55μm获得3.05×10-2高双折射,同时在X和Y偏振方向获得较高非线性系数。此外,在保持高双折射的同时,此PCF也可获得1000nm-1550nm近550nm的负色散平坦区。4.基于全圆孔设计了一种独特的光子晶体光纤。这种略微复杂的混合空气孔光纤通过被合理的设计,避免了性能的降低,同时又因为全圆孔设计,使得这种PCF可以通过管棒堆积法或者预制棒钻孔法制作。数值分析表明,此PCF在1.45μm后均为单模传输,并且在1.55μm处具有2.2×10-2的高双折射、低于10-3dB/km的限制损耗、在X和Y偏振方向上分别获得50W-1·km-1和68 W-1·km-1的高非线性系数。5.以As2S5为背景材料,AsSe2为纤芯材料设计了一种混合型的椭圆形实芯PCF。数值结果表明,此PCF实现了在1.5μm波长以后为单模传输,并且在1.55μm处具有5.0×10-2的高双折射、在X和Y偏振方向上分别获得9.8×104 W-1·km-1和7.7×104W-1·km-1的高非线性系数以及较低的限制损耗。

关键词：光子晶体光纤双折射非线性限制损耗全矢量有限元

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光子晶体带隙结构及非线性特性研究

光子晶体带隙结构及非线性特性研究

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作者：郭强电子科技大学

学位级别：硕士

光子晶体是20世纪80年代末提出的新概念,是一种由不同介质周期排列构成的人工材料。由于这种结构能够控制光的运动,在许多领域具有广泛的应用前景,已经成为国际学术界的研究热点。本论文首先介绍了光子晶体的概念、特点、原理、应用前... 详细信息

光子晶体是20世纪80年代末提出的新概念,是一种由不同介质周期排列构成的人工材料。由于这种结构能够控制光的运动,在许多领域具有广泛的应用前景,已经成为国际学术界的研究热点。本论文首先介绍了光子晶体的概念、特点、原理、应用前景等基础概况,然后介绍了非线性光子晶体的研究进展。光子晶体是周期性介质结构,其带隙结构计算复杂,难于进行解析分析,常常使用数值模拟,所以关于光子晶体带隙的计算成为其理论研究的一个重要分支。在详细了解、比较各种数值方法以后,本文选择了传输矩阵法、时域有限差分法和平面波展开法作为主要算法,并对平面波展开法作了详细推导。推导出无限周期一维光子晶体带隙结构的解析式,并利用传输矩阵法对其进行了详细分析。得出带隙结构与周期数、折射率比、入射角的密切关系,以及出现完全禁带的条件。研究了含有缺陷的有限周期一维光子晶体传输特性,通过数值计算分析了缺陷模特性。随后建立了着重研究的二维光子晶体计算模型,使用平面波展开法在Matlab下编写了通用的二维光子晶体带隙结构计算程序,研究不同晶格结构、填充率和介电常数比对带隙的影响,找到了出现最大带隙的结构参数,为设计和制作二维光子晶体提供了理论依据。分析了二维光子晶体的缺陷模式,得到其在点缺陷和线缺陷下的带隙结构,并根据其谐振特性设计了实用光学器件。本文最后对光子晶体的非线性效应进行了详细的分析。建立了含有kerr介质的光子晶体波导模型,并推导出该模型的描述方程,给出了非线性光子晶体波导的传输特性,及其随非线性效应的演化。研究表明,当引入非线性效应后,波导的传输特性发生很大变化,并出现了一些新的非线性传输峰值。同时非线性材料处会有类似孤子的固有局域模,通过分析非线性模式对应的场分布,对这些非线性传输模式进行了分类讨论。得出的结论对应用光子晶体的非线性光学特性制备新的光学器件,例如光学开关,提供了理论依据和指导。

关键词：光子晶体非线性缺陷模平面波展开法传输矩阵法

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基于磁光薄膜波导的集成光隔离器的研究

基于磁光薄膜波导的集成光隔离器的研究

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作者：曾维友电子科技大学

学位级别：硕士

光隔离器是一种非常重要的非互易无源器件,它能消除光通信系统中反射光对激光光源、光放大器等有源器件的影响。目前商用中的隔离器都是块状型的分立器件,但随着集成光路的发展,对集成型光隔离器的需求日益迫切。虽然人们在上世纪七十... 详细信息

光隔离器是一种非常重要的非互易无源器件,它能消除光通信系统中反射光对激光光源、光放大器等有源器件的影响。目前商用中的隔离器都是块状型的分立器件,但随着集成光路的发展,对集成型光隔离器的需求日益迫切。虽然人们在上世纪七十年代就开始着手研制集成型光隔离器,但由于其设计及制备技术的复杂性,导致其目前的研制仍处于实验室阶段,如何将其实用化,是当前研究的一个热点。模变换型隔离器是集成磁光隔离器设计中的模型之一。随着对非对称波导用作互易模变换器的深入研究,模变换型隔离器模型又成为人们研究的热点。因此,文中就选择了模变换型集成磁光隔离器模型为研究对象,这种模型要求TE-TM在互易及非互易模变换器中各转化50%。主要的研究工作及创新性如下:首先根据电磁波理论,从麦克斯韦方程组出发,推导了光波在磁光介质及磁光波导中传输的基本结果,得出了法拉第磁光效应非互易的原因,同时推出了设计模变换器的耦合波方程。求解耦合波方程的基本方法是有限差分光束传输法,计算程序是用MATLAB编写的。其次是对基于硅基材料的集成磁光隔离器进行了设计和仿真。在此过程中,推导出了用45°互易模变换器与45°非互易模变换器构成磁光隔离器时两者须满足的相位依赖关系,这种关系使互易模变换器与非互易模变换器连接后能发生设计中所需要的模式转化。利用这个结果文中设计了几种不同结构的隔离器,用三维全矢量FDBPM对其进行优化后,获得了较好的仿真结果。在二氧化硅基片上用射频磁控溅射法制备Ce:YIG薄膜,也是论文的一部分工作。在实验中,初步探索了射频磁控溅射法的工艺过程,详细讨论了基片温度、溅射气氛、溅射功率密度及靶基距等溅射参数对薄膜结构的影响。通过调整这些参数,可以得到膜厚均匀性较好的非晶态薄膜。

关键词：集成磁光隔离器法拉第效应 45°互易模变换器 45°非互易模变换器 FDBPM Ce:YIG薄膜

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光子晶体光纤中超短激光脉冲传输的理论研究

光子晶体光纤中超短激光脉冲传输的理论研究

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作者：张浩电子科技大学

学位级别：硕士

光子晶体光纤(photonic crystal fibre,简称PCF)是一种近些年提出的、沿光纤截面存在二维周期性介电结构的光纤。由于其具有很多传统光纤不具备的优异特性,使PCF在非线性光学、超连续光谱的产生、光脉冲压缩以及光纤传感等领域具有广泛... 详细信息

光子晶体光纤(photonic crystal fibre,简称PCF)是一种近些年提出的、沿光纤截面存在二维周期性介电结构的光纤。由于其具有很多传统光纤不具备的优异特性,使PCF在非线性光学、超连续光谱的产生、光脉冲压缩以及光纤传感等领域具有广泛的应用前景与研究价值,可以说是光纤领域的一次革命。本论文着重进行了超短激光脉冲(皮秒与飞秒)在光子晶体光纤中非线性传输的理论与数值研究,主要内容如下:1.介绍了光子晶体光纤的概念,综述了国内外光子晶体光纤及其应用研究的历史和现状,分析了其性能特点和应用领域。2.介绍了光子晶体光纤中描述皮秒和飞秒光脉冲传输的广义非线性薛定谔方程(GNLSE),并讨论了GNLSE的一种数值解法—分步傅立叶方法,基于这种算法编制了一套模拟飞秒脉冲在光子晶体光纤中非线性传输的计算机程序。3.首先分析了非一致性光纤中的绝热孤子压缩原理,得出了非线性渐增光纤可以进行绝热孤子脉冲压缩的结论,分析讨论了不同的非线性渐增函数对孤子压缩的影响,然后将非线性渐增原理压缩光脉冲和传统的色散渐减方法作了比较。最后研究了在不同色散渐减与非线性渐增比值下的皮秒脉冲压缩过程,证实了非线性渐增原理最有利于光脉冲压缩性并分析了其原因。4.将基于非线性渐增原理的绝热孤子压缩推广到了飞秒脉冲压缩的情况,分析了其性能并与色散渐减光纤压缩飞秒脉冲作了比较。5.数值模拟研究了飞秒光脉冲在双折射光子晶体光纤中超连续光谱(SC)的产生与其偏振特性,分析了在光纤不同的色散区的SC展宽机理与偏振特性。数值模拟表明利用高双折射光子晶体光纤,同时使入射光的偏振方向尽量和光纤慢轴重合,可以使输出SC有较好的线偏特性。

关键词：光子晶体光纤分步傅立叶方法绝热孤子压缩超连续谱

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