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基于二维光子晶体全光逻辑门的设计与研究

基于二维光子晶体全光逻辑门的设计与研究

作者：严清博兰州交通大学

学位级别：硕士

随着光通信技术的快速发展,全光通信网络的发展优势越来越明显,光子晶体作为一种人工材料在研究中取得了长足的发展。由于光子晶体特殊的周期性结构,使得晶体内部运动的电子受到布拉格散射,因此产生光子带隙特性和光子局域特性。全光逻... 详细信息

随着光通信技术的快速发展,全光通信网络的发展优势越来越明显,光子晶体作为一种人工材料在研究中取得了长足的发展。由于光子晶体特殊的周期性结构,使得晶体内部运动的电子受到布拉格散射,因此产生光子带隙特性和光子局域特性。全光逻辑门在全光通信网络中能够进行快速信息处理和全光计算,提高了全光网络通信传输的高效性和可靠性。利用光子晶体带隙特性和光子局域特性,设计出更加性能优越的光子晶体全光逻辑门器件,将会提高逻辑门结构的判断效率,使得光学集成密集度更高,应用更加广泛,促进全光通信网络的快速发展。本文首先对全光逻辑门的发展和研究现状做了介绍,由于目前现有类型的全光逻辑门尺寸较大,结构复杂,存在很多的缺点,而本文采用光子晶体材料可以大大降低结构的复杂性。其次对本文研究光子晶体的两种理论方法,平面波展开法和有限时域差分法分别做了分析介绍。然后研究了光子带隙形成的影响因素,通过模拟仿真得出晶格类型、介质柱形状、介质填充率和相对折射率是光子带隙的主要影响因素,同时深入研究了不同影响因素下光子带隙的形成机制。最后在光子带隙的特性基础上,设计了基于二维光子晶体环形谐振器的全光非门和或非门逻辑结构,通过选取正方形晶格圆形介质柱光子晶体结构,合理的晶格常数、介质柱半径和折射率大小,运用平面波展开法得到二维光子晶体结构TE偏振下的带隙结构,用有限时域差分法分析了各逻辑门器件在不同输入逻辑条件下的相应的电场稳态分布图和透射率图。结果表明本文设计出的结构能够实现相应的逻辑功能,选取的光子带隙参数合理,并且对比度高,具有较高的消光比,各逻辑门的响应周期短,结构尺寸小,易于光学器件集成。通过该设计研究可以说明光子晶体在光学器件中应用将会很广泛,研究潜力很大,在未来基于光子晶体的器件将会得到充分的应用。

关键词：光子晶体平面波展开法有限时域差分法光子带隙全光逻辑门

用于液体传感的高双折射新型光子晶体光纤结构

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应用光学 2020年第3期41卷 637-644页

作者：吴蓉张璐瑶严清博刘振兰州交通大学电子与信息工程学院甘肃兰州730070

提出一种用于液体传感的光子晶体光纤的结构和设计方法。将六边形光子晶体光纤的纤芯区域设计成2个椭圆空气孔,分别填充水和乙醇,进而比较两种光子晶体光纤结构的传播特性。采用全矢量有限元法对所设计光子晶体光纤结构的双折射、相对... 详细信息

提出一种用于液体传感的光子晶体光纤的结构和设计方法。将六边形光子晶体光纤的纤芯区域设计成2个椭圆空气孔,分别填充水和乙醇,进而比较两种光子晶体光纤结构的传播特性。采用全矢量有限元法对所设计光子晶体光纤结构的双折射、相对灵敏度、限制损耗、非线性系数进行数值分析,对光纤各项参数的优化及纤芯椭圆结构参数进行调整,结果表明:当椭圆率为0.6时,纤芯填充乙醇的光子晶体光纤PCF2在波长1.55 nm处相对敏感度可达到72.5067%,同时限制损耗可以降至10-8级。所设计的模型可用于传感和生物传感研究及应用。

关键词：光子晶体光纤有限元法高双折射高非线性灵敏度限制损耗

CYGNSS信号对降水的时空响应及其驱动因子分析

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第1期49卷 109-121页

作者：严清赟王戴乐南京信息工程大学遥感与测绘工程学院江苏南京210044

近年来,星载全球导航卫星系统反射测量(global navigation satellite system-reflectometry,GNSS-R)技术被广泛应用于地表水文监测,但针对降水,特别是其与飓风全球导航卫星系统(cyclone global navigation satellite system,CYGNSS)信号的响应机制研究仍有限。以中国广东省为研究区域,基于距平指数和相关分析方法,探究不同尺度下研究区2019—2020年逐月的CYGNSS反射率和降水的时空响应关系,综合考虑驱动因子如数字高程模型(digital elevation model,DEM)、坡度、土壤类型、土地覆盖类型和归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI),并基于地理探测器分析各驱动因子对CYGNSS信号与降水响应关系的影响力。研究发现:(1)在2019—2020年内,月平均CYGNSS反射率值和降水量均呈现明显的季节性差异,并且二者变化趋势近乎保持同步,这验证了CYGNSS信号在监测降水方面的潜力。(2)随着空间尺度的增大,CYGNSS信号和降水呈现的正相关性逐渐增强。(3)在不同空间尺度下,DEM和坡度较小(地势较平坦)的地区、土地覆盖类型为耕地的区域,以及较低到中等植被覆盖地区的CYGNSS信号和降水之间的正相关性更强。而不同尺度下土壤类型对CYGNSS信号和降水响应关系的影响存在差异。(4)各驱动因子对CYGNSS信号与降水响应关系的影响力按大小依次排序为DEM>NDVI>坡度>土地覆盖类型>土壤类型,并且随着尺度越大,各驱动因子的影响力越强。该研究有助于对地表水文变化进行准确评估,为降水监测和水资源管理提供决策支持。

关键词：飓风全球导航卫星系统 GNSS反射测量技术降水时空响应驱动因子

四川扎乌龙伟晶岩型稀有金属矿床的成矿机制及找矿标志

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岩石学报 2024年第9期40卷 2863-2877页

作者：熊欣李建康严清高中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室北京100037 昆明理工大学国土资源工程学院昆明650093

扎乌龙稀有金属矿床位于松潘-甘孜造山带,属于伟晶岩型锂辉石矿床,同时伴生铍和铌钽矿化。本文总结了扎乌龙矿床地球化学和矿物学特征,初步梳理了矿床成矿模式,并指出含矿性评价与找矿标志。扎乌龙伟晶岩脉在空间上围绕白云母花岗岩分布... 详细信息

扎乌龙稀有金属矿床位于松潘-甘孜造山带,属于伟晶岩型锂辉石矿床,同时伴生铍和铌钽矿化。本文总结了扎乌龙矿床地球化学和矿物学特征,初步梳理了矿床成矿模式,并指出含矿性评价与找矿标志。扎乌龙伟晶岩脉在空间上围绕白云母花岗岩分布,具有类似的稀土元素和微量元素配分模式,但其稀土元素含量明显低于白云母花岗岩,表明伟晶岩脉为白云母花岗熔体分异演化的产物。扎乌龙白云母花岗岩岩石地球化学组分呈现高Rb/Sr和Rb/Ba、低CaO/Na_(2)O壳源特征,具有接近地壳的Sr-Nd-Hf同位素组成,表明其来源于松潘-甘孜大规模造山运动导致的西康群变泥质岩的深部重熔。矿物学和流体包裹体特征显示,扎乌龙伟晶岩脉的形成可划分为岩浆阶段和热液阶段。岩浆阶段主要结晶稀有金属矿物,如锂辉石、绿柱石和铌钽铁矿族矿物;热液阶段主要为原生矿物与流体发生再平衡,如原生锂辉石发生蚀变形成云母等矿物,原生绿柱石边部和内部缝隙产出相对富Cs_(2)O或Na_(2)O的次生绿柱石。锂矿物主要沉淀于相对封闭、高压(350MPa)的伟晶岩岩浆阶段。氢、氧同位素组成表明成矿流体主要来源于岩浆水,晚期流体来源于伟晶岩熔体的自身分异演化。扎乌龙锂辉石伟晶岩熔体分异程度属于中等,远低于高分异的新疆可可托海三号伟晶岩脉,而高于低分异的南爱尔兰Leinster伟晶岩脉。地质背景条件、围岩标志、断裂构造条件、矿物标型、物化探异常标志、遥感图像可作为扎乌龙重要找矿标志。

关键词：松潘-甘孜造山带扎乌龙矿床稀有金属伟晶岩锂辉石成矿规律

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二维光子晶体全光逻辑门的设计与仿真

激光与光电子学进展 2019年第18期56卷 230-237页

作者：刘振吴蓉严清博吴小所兰州交通大学电子与信息工程学院兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室

基于线性干涉效应和环形谐振器,提出了一种二维光子晶体全光逻辑门的设计方法。通过在环形腔中引入光程差,产生相应的相位差,从而导致光波发生相长干涉或相消干涉,实现了或、与、异或、非、或非和与非等光学逻辑门。利用平面波展开法和... 详细信息

基于线性干涉效应和环形谐振器,提出了一种二维光子晶体全光逻辑门的设计方法。通过在环形腔中引入光程差,产生相应的相位差,从而导致光波发生相长干涉或相消干涉,实现了或、与、异或、非、或非和与非等光学逻辑门。利用平面波展开法和时域有限差分法对逻辑器件进行模拟分析,对逻辑功能进行验证,结果表明:所设计的器件不仅物理尺寸小,而且透射率、对比度高,响应周期快,均在218fs以内,在集成光学领域具有潜在的应用前景。

关键词：光学器件全光逻辑门时域有限差分法光子晶体

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光子晶体八通道波分复用器研究

激光与光电子学进展 2019年第9期56卷 149-154页

作者：吴蓉刘振严清博吴小所兰州交通大学电子与信息工程学院甘肃兰州730070 兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室甘肃兰州730070

基于光子晶体谐振腔优越的选频特性,设计了一种八波长光子晶体波分复用器。利用平面波展开法得到了特定晶格排列和半径下光子晶体的能带结构,采用时域有限差分法分析了微腔耦合频率的变化规律,得出环形谐振器和微腔之间的共振耦合特性... 详细信息

基于光子晶体谐振腔优越的选频特性,设计了一种八波长光子晶体波分复用器。利用平面波展开法得到了特定晶格排列和半径下光子晶体的能带结构,采用时域有限差分法分析了微腔耦合频率的变化规律,得出环形谐振器和微腔之间的共振耦合特性。该器件主要由4个光子晶体环形腔和8个尺寸不同的微腔组成,实现了1.37,1.39,1.42,1.44,1.50,1.51,1.53,1.55μm等8个波长的波分解复用。结果表明,只通过调节微腔中心柱和外围介质柱的半径,就可以使8个波长从特定端口输出,且输出效率都可以达到97%以上。所设计的器件尺寸为23μm×18μm,具有物理尺寸小、耦合效率高等优点,在集成光学领域具有潜在的应用前景。

关键词：集成光学光子晶体环形谐振腔耦合谐振波分复用器时域有限差分法

川西甲基卡区域伟晶岩分异演化及锂成矿过程:来自白云母矿物学的约束

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岩石学报 2024年第2期40卷 499-509页

作者：韩志辉熊欣李建康严清高姜鹏飞自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室中国地质科学院矿产资源研究所北京100037 中国地质大学北京100083 昆明理工大学昆明650093

甲基卡位于松潘-甘孜造山带内,为我国超大型伟晶岩型锂矿床之一,具有较大的经济价值。甲基卡伟晶岩在空间上具有良好的分带,以二云母花岗岩为中心,向外依次为微斜长石伟晶岩带(Ⅰ带)→微斜长石-钠长石伟晶岩带(Ⅱ带)→钠长石伟晶岩带(Ⅲ... 详细信息

甲基卡位于松潘-甘孜造山带内,为我国超大型伟晶岩型锂矿床之一,具有较大的经济价值。甲基卡伟晶岩在空间上具有良好的分带,以二云母花岗岩为中心,向外依次为微斜长石伟晶岩带(Ⅰ带)→微斜长石-钠长石伟晶岩带(Ⅱ带)→钠长石伟晶岩带(Ⅲ带)→锂辉石伟晶岩带(Ⅳ带)→白云母伟晶岩带(Ⅴ带)。为了研究甲基卡区域伟晶岩脉空间演化和稀有金属富集规律,本文对各分带伟晶岩的白云母进行了主量、微量元素研究。根据矿物内部结构和化学成分,区域伟晶岩存在两阶段演化:早阶段在Ⅰ带至Ⅳ带形成均一结构的原生白云母;晚阶段Ⅴ带形成具有成分分带的白云母,二者在成分上Li、Rb、Cs含量和K/Rb、K/Cs比值呈现明显差异,表明演化程度明显加大,流体组分比例升高,表明体系由以熔体为主的阶段进入以熔流体为主相对不稳定的阶段。从Ⅰ带至Ⅳ带,原生白云母的K/Rb、Kb/Cs比值降低有限,微量元素Li、Rb、Cs、Ta含量总体略微升高,表明甲基卡区域伟晶岩脉经历了中等程度的结晶分异演化。V带云母的主微量成分呈振荡变化,该现象主要受熔体不混溶过程的控制。总体上,原生白云母均有具有高Li、Cs、B含量的特征,表明初始熔体极具成矿潜力。白云母中K/Rb比值小于等于20或Cs含量大于等于400×10^(-6)可以作为评价Li-Cs-Ta(LCT)伟晶岩发生锂辉石矿化的指标。

关键词：伟晶岩白云母化学成分区域分带甲基卡结晶分异程度

Li同位素在花岗伟晶岩型稀有金属成矿体系中的应用：以松潘–甘孜–西昆仑成矿带为例

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成都理工大学学报(自然科学版) 2024年

作者：李芬柴建华严清高江小均孔志岗云南地矿工程勘察集团有限公司自然资源部三江成矿作用及资源勘查利用重点实验室昆明理工大学国土资源工程学院地球科学系

Li同位素在花岗伟晶岩型稀有金属矿床的物质来源与成因研究中提供了重要线索。梳理和总结松潘–甘孜–西昆仑成矿带与典型稀有金属矿床有关的花岗岩、伟晶岩以及变质沉积岩的Li同位素数据。结果显示，花岗岩δ7Li值与变沉积岩变化范围... 详细信息

Li同位素在花岗伟晶岩型稀有金属矿床的物质来源与成因研究中提供了重要线索。梳理和总结松潘–甘孜–西昆仑成矿带与典型稀有金属矿床有关的花岗岩、伟晶岩以及变质沉积岩的Li同位素数据。结果显示，花岗岩δ7Li值与变沉积岩变化范围基本一致，暗示了花岗岩起源于深部变沉积岩的部分熔融作用。部分花岗岩δ7Li值比变沉积岩略高，指示了部分熔融过程中可能涉入了来自下地壳的脱挥发分流体。伟晶岩和花岗岩总体一致的Li同位素特征，表明伟晶岩与花岗岩具有亲缘性。晚期花岗质岩浆流体出溶、富水伟晶岩熔/流体分离等演化过程中，7Li大量进入流体系统，可能是造成富Li伟晶岩相对贫Li伟晶岩δ7Li值偏低的主要原因。尽管Li同位素在花岗伟晶岩型稀有金属矿床上的应用仍然面临诸多问题和挑战，但随着高精度Li同位素分析测试技术的快速发展和Li同位素的推广应用，Li同位素将成为探索花岗伟晶岩型稀有金属矿床成矿理论和找矿实践的重要的地球化学手段。

关键词： Li同位素花岗岩伟晶岩稀有金属松潘-甘孜-西昆仑

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基于REPBR跳数效用转发的改进路由算法

计算机工程与设计 2024年第4期45卷 1011-1017页

作者：吴镜汝袁丁严清四川师范大学计算机科学学院四川成都610101 重庆移通学院计算机学院重庆400000

针对基于压力的水下无线传感器网络路由协议数据包传输路径距离过长、能量消耗不均衡等问题,提出一种基于REPBR跳数效用转发的改进路由算法。采用一种效用函数策略即加入剩余能量、节点间的跳数和链路质量3种因子解决能量消耗不均衡的问... 详细信息

针对基于压力的水下无线传感器网络路由协议数据包传输路径距离过长、能量消耗不均衡等问题,提出一种基于REPBR跳数效用转发的改进路由算法。采用一种效用函数策略即加入剩余能量、节点间的跳数和链路质量3种因子解决能量消耗不均衡的问题,引入最小跳数算法获取节点到sink节点的跳数值,在数据包转发阶段综合比较路由效益选择最佳转发节点。仿真结果表明,改进后算法相比REPBR、EEDBR、DBR有较小的网络时延,提升了数据包的转发效率,提高了网络性能。

关键词：水下无线传感器网络跳数路由效用转发链路质量能量时延