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螺旋扭曲双包层-三芯光子晶体光纤用于轨道角动量的生成

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物理学报 2023年第13期72卷 75-86页

作者：赵丽娟姜焕秋徐志钮华北电力大学电气与电子工程学院保定071003 华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室保定071003 华北电力大学保定市光纤传感与光通信技术重点实验室保定071003

针对螺旋扭曲的单包层-少芯光子晶体光纤在生成轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)方面存在的不足,首次将三芯和内外空气孔不均匀的双包层结构引入光子晶体光纤,并通过螺旋扭曲实现了高阶OAM模式的生成.该光纤通过引入特殊设计... 详细信息

针对螺旋扭曲的单包层-少芯光子晶体光纤在生成轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)方面存在的不足,首次将三芯和内外空气孔不均匀的双包层结构引入光子晶体光纤,并通过螺旋扭曲实现了高阶OAM模式的生成.该光纤通过引入特殊设计的双包层结构有望降低生成的OAM模式的损耗,而围绕中心呈正三角分布的三个纤芯有望增加生成的OAM模式的数量.在光学变换原理的基础上,通过有限元方法对该光纤进行系统的分析,结果发现,当扭曲率a=7853.98 rad/m时,生成的OAM模式包括“OAM_(–4,1),OAM_(+9,1),OAM_(+10,1),OAM_(+11,1),OAM_(+13,1)”,其中+13阶是目前利用螺旋扭曲光纤生成的OAM模式中最高的阶数,且OAM模式的损耗均小于1.64×10^(–3)d B/m,比已有文献中最低的OAM模式损耗(Napiorkowski M,Urbanczyk W S 2018 *** 2612131)至少降低2个数量级,以及OAM模式纯度均大于93%.进一步研究表明,轨道角动量的生成依赖于纤芯超模与环形芯模式的共振耦合,而生成的OAM模式阶数的奇偶性与纤芯超模和环形芯模式的极化方向有关.

关键词：轨道角动量螺旋扭曲光纤共振耦合圆双折射

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铷775.9nm激光感生色散光学滤波器

中国激光 2008年第4期35卷 488-490页

作者：何竹松掌蕴东刘双强张静袁萍哈尔滨工业大学光电子技术研究所可调谐激光技术国家级重点实验室黑龙江哈尔滨150080

为提高自由空间通信、遥感、激光雷达等系统的信噪比,研究了铷775.9 nm激光感生色散光学滤波器(LIDOF).通过780 nm线偏振抽运光选择性激发基态原子,使其在激发态子能级间布居不均衡,从而引起激发态的圆二色向性和圆双折射,使与激发态共... 详细信息

为提高自由空间通信、遥感、激光雷达等系统的信噪比,研究了铷775.9 nm激光感生色散光学滤波器(LIDOF).通过780 nm线偏振抽运光选择性激发基态原子,使其在激发态子能级间布居不均衡,从而引起激发态的圆二色向性和圆双折射,使与激发态共振的775.9 nm探测光偏振态发生旋转,实现滤波传输.获得的峰值透射率为4%,带宽约为605 MHz,同时,得到了峰值透射率随池温和抽运功率的变化关系.

关键词：物理光学光学滤波器超窄带宽圆二色向性圆双折射铷

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线性双折射对光纤电流互感器影响的研究

光学技术 2006年第Z1期32卷 218-220,223页

作者：姜中英张春熹徐宏杰王夏霄北京航空航天大学光电技术研究所北京100083

应用琼斯矩阵理论分析传感光纤中残余线性双折射对光纤电流互感器测量精度的影响。根据干涉结果得到在传感光纤中加入大量圆双折射可以抑制残余线性双折射,并提出有效的减小线性双折射误差的方法。

关键词：光纤电流互感器残余线性双折射圆双折射

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多叶应力区扭转光纤的耦合模理论

光学学报 2007年第3期27卷 550-554页

作者：钱景仁王许旭中国科技大学电子工程与信息科学系合肥230027

从线性极化模的耦合模理论出发,分析了双叶应力区扭转光纤,即扭转保偏光纤,和四叶应力区扭转光纤。推导应力引起的在光纤芯区各向异性的介质张量表达式;利用该表达式得到线性极化模在有转角时的多叶应力区光纤中传输的耦合模方程;从而... 详细信息

从线性极化模的耦合模理论出发,分析了双叶应力区扭转光纤,即扭转保偏光纤,和四叶应力区扭转光纤。推导应力引起的在光纤芯区各向异性的介质张量表达式;利用该表达式得到线性极化模在有转角时的多叶应力区光纤中传输的耦合模方程;从而推得多叶应力区扭转光纤中的超本地模,由超本地模的相位常数来确定该光纤的双折射。在双叶、四叶应力区理想对称的条件下,前者可以得到较高的椭圆双折射,而后者则无任何双折射。同样的结论可推广到8叶或16叶的扭转光纤,都无任何双折射。

关键词：光电子学扭转光纤圆双折射耦合模理论应力双折射

反射式Sagnac干涉光纤电流互感器的传感头误差研究

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激光与光电子学进展 2011年第10期48卷 157-162页

作者：王景飞梁京伟董前民中国计量学院光学与电子科技学院浙江杭州310018 东营区供电公司山东东营257000

阐述了反射式Sagnac干涉型电流互感器的原理,对Sagnac型光纤电流互感器进行了深入的理论研究,建立了完整的系统理论模型;对影响互感器测量准确度的各种因素进行了全面的理论分析和仿真研究,得到了这些影响因素对系统响应的作用规律。利... 详细信息

阐述了反射式Sagnac干涉型电流互感器的原理,对Sagnac型光纤电流互感器进行了深入的理论研究,建立了完整的系统理论模型;对影响互感器测量准确度的各种因素进行了全面的理论分析和仿真研究,得到了这些影响因素对系统响应的作用规律。利用偏振系统的琼斯矩阵对反射式Sagnac干涉型电流互感器的偏振误差进行了研究,并对光纤传感头中的线性双折射、圆双折射对测量准确度的影响进行了模拟分析,从理论上得到了反映影响规律的曲线。从仿真结果来看,传感头中大量的圆双折射可以有效地抑制线性双折射对光纤电流互感器测量准确度的影响。

关键词：互感器全光纤电流互感器琼斯矩阵线性双折射圆双折射

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中红外波段石墨烯超构材料的手性可调谐研究

中红外波段石墨烯超构材料的手性可调谐研究

作者：周少恩哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

超构材料因为具有高性能、小型化、可集成等特点,已经受到了越来越多业内人士的关注。手性超构材料是一种其自身结构与其镜像不能通过旋转、平移而互相重合,只能通过翻转才能互相重合的人工材料。当电磁波射入这种手性结构材料上时,电... 详细信息

超构材料因为具有高性能、小型化、可集成等特点,已经受到了越来越多业内人士的关注。手性超构材料是一种其自身结构与其镜像不能通过旋转、平移而互相重合,只能通过翻转才能互相重合的人工材料。当电磁波射入这种手性结构材料上时,电场和磁场会发生交叉耦合,从而实现旋光效应等光学现象。虽然地球上某些自然存在物质也具有手性,但是手性很弱且难以控制,所以就要通过超构材料来实现较强的手性性质并通过某些手段实现可调谐。在这里需要强调的是,不仅手性材料可以实现手性性质,通过某些手段非手性材料也可以实现手性性质,比如将光线倾斜入射至非手性超构材料上,该非手性超构材料就能表现出手性性质。本论文在中红外波段设计了石墨烯非手性超构材料以及二维石墨烯手性超构材料两种结构的材料,且分别实现了对手性性质的可调谐。主要工作概括如下:(1)设计了一种非手性超构材料。结构本身不具有手性性质,通过将平面电磁波倾斜入射到该结构上能够实现外置三维手性性质。当结构中没有石墨烯时,该结构就能表现出圆二向色性以及圆的双折射现象,透射和反射的圆二向色性在频率为47THz时有最大值,最大值分别为0.3和0.57;透射和反射的圆的双折射现象在频率为48THz时有最大值,最大值分别为50°和20°。当覆加上石墨烯后,该结构的圆二向色性、圆双折射线性会有一个蓝移,强度也有一定的改变。设计好石墨烯非手性超构材料的基本参数后,通过改变石墨烯材料的费米能级、入射电磁波的倾斜角度以及介质层厚度等分别实现了该超构材料的圆二向色性以及圆的双折射的可调谐现象。同时,通过大量的计算发现,该非手性超构材料对左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的吸收情况存在最大30%的差异。(2)设计了一种具有平面手性的超构材料。因为该结构本身具有二维手性性质,所以当圆偏振光垂直入射至该结构上时,该结构就能对左旋圆偏振光和右旋圆偏振光表现出非对称传输现象,非对称传输系数最大能够达到0.14。随着石墨烯的费米能级从0.3eV增大到0.9eV,非对称传输的极值频率蓝移了5THz左右,非对称传输系数值几乎不变。为了实现三维手性性质即旋光效应,将圆偏振光倾斜入射至此二维手性超构材料上。通过改变石墨烯材料的费米能级、入射电磁波的倾斜角度以及介质层厚度分别实现了该超构材料的非对称传输、圆二向色性以及圆的双折射现象的可调谐特性。

关键词：超构材料石墨烯手性圆二向色性圆双折射非对称传输

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手性光纤模式及其耦合特性

手性光纤模式及其耦合特性

作者：曹雨生哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

手性光纤由于其新奇的模式传输性质而具有很高的学术研究价值和诱人的应用前景。在这篇论文里,通过将Bohren分解贯穿于求解问题的整个过程,我们以非常简洁的形式导出了手性光纤中的严格矢量模式的场分布。我们利用数值和解析的手段对模... 详细信息

手性光纤由于其新奇的模式传输性质而具有很高的学术研究价值和诱人的应用前景。在这篇论文里,通过将Bohren分解贯穿于求解问题的整个过程,我们以非常简洁的形式导出了手性光纤中的严格矢量模式的场分布。我们利用数值和解析的手段对模式色散和截止特性作了细致的研究。当手性参数为零时,模式特征方程和截止条件都将退化至非手性光纤中的相应结果。当阻抗匹配条件和弱导条件同时满足时,导模不是左旋就是右旋圆偏振的,并且它们具有非常类似于平面波的性质。如果电磁参数选取的合适,左旋和右旋圆偏振模式可以是分开导行的,亦可以是以不同传播常数同时导行的。基于这一特性,我们可以开发出一些偏振相关的器件,如圆偏振的隔离器和圆双折射光纤。在接近截止的区域,基模的场分布可以用高斯近似来代替。我们将基于传播常数变分原理的耦合模理论扩展至了可以用于分析手性光波导耦合器的形式。作为高斯近似和扩展的耦合模理论应用的展示,我们分析了对称手性光纤耦合器和手性光纤环形共振器的传输特性。基于手性环形共振器我们可以设计偏振相关的延迟器和滤波器。手性光纤可供构建新型的光纤通信网络,人们可以同时利用左旋和右旋圆偏振模式独立的传输信息,从而其应用有希望极大地提高通信系统的传输能力。

关键词：手性光纤耦合模理论模式色散圆双折射

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光纤电流传感器实用化研究

光纤电流传感器实用化研究

作者：苏立国厦门大学

学位级别：硕士

本文详细阐述了光纤电流传感器的原理、应用。对应用高圆双折射光纤的电流传感器进行了研究，在传统的信号处理方案上，保留其原方案优点，提出新的功率补偿方案，对应用高圆双折射光纤电流传感器的温度效应进行研究。在理论上进行了各... 详细信息

本文详细阐述了光纤电流传感器的原理、应用。对应用高圆双折射光纤的电流传感器进行了研究，在传统的信号处理方案上，保留其原方案优点，提出新的功率补偿方案，对应用高圆双折射光纤电流传感器的温度效应进行研究。在理论上进行了各种条件下的模拟计算，并在实验中加以验证。实验表明高圆双折射光纤的电流传感器的线性度很好，功率补偿方案效果明显，温度补偿方案具有一定的效果。对普通光纤电流传感效应，本文也进行了有益的研究，并进行了相关的理论计算和实测。本文还引入了一个新的概念：光系统的共模抑制比，用以衡量双路输入系统抑制外界干扰的能力。利用全光纤器件构成全光纤电流传感器，在厦门大学电子工程系进行了长时间的实际电流监控测量，并与普通电流互感器进行了比较分析，实测证明光纤电流传感器具有更优异的输出特性，可以进行实用化使用。本文提出了新型高增益光电转换放大器的设计，在硬件上解决了光电信号转换倍数小，信号弱的缺点，对电路组成模块进行了详细分析和阐述。文中详细阐述各方案的理论推导和实验，对于光器件的选择，光路的设计都进行了详细的阐述，对未来研究需要解决的问题和新的想法也一并详细阐述，这些实用化研究都将使光纤电流传感器的产业化的进程更加迅速。

关键词：光纤电流传感器 Faraday效应偏振圆双折射全光纤

远红外波段单层黑磷超构材料的可调谐手性响应

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远红外波段单层黑磷超构材料的可调谐手性响应

作者：张浩哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

超构材料凭借超越天然材料的性能和特性越来越受到关注。手性超构材料是一类经过特殊设计的超构材料,其往往可以表现出比自然材料强很多的手性特性。通过改变结构参数和使用可调谐的材料,手性超构材料比自然材料更容易调控手性特性。二... 详细信息

超构材料凭借超越天然材料的性能和特性越来越受到关注。手性超构材料是一类经过特殊设计的超构材料,其往往可以表现出比自然材料强很多的手性特性。通过改变结构参数和使用可调谐的材料,手性超构材料比自然材料更容易调控手性特性。二维材料由于超薄和可调谐的特性,受到了研究者的重视。单层黑磷是一种可调谐的二维材料,且具有各项异性的特点。因此,单层黑磷必将在手性、偏振调控等领域发挥重要的作用。本论文基于单层黑磷设计远红外波段的超构材料,研究了外致手性、本征手性和可调谐特性。主要工作包括:1、设计了一种基于方形单层黑磷单元的超构材料。该超构材料对倾斜入射的圆偏振光表现出圆二向色性效应和圆双折射效应,同时还表现出较弱的圆转化二色性效应。其圆二向色性效应存在于两个相邻的波段,幅值分别为14.0%和-18.7%。其圆双折射效应有一个较强的峰,幅值为16.4°。研究了各结构参数、入射光倾斜角和电子浓度对该超构材料手性特性的影响。尤其,单层黑磷的电子浓度可以有效地调谐该超构材料的手性特性。在电子浓度为2?10 cm时,该超构材料表现出较弱的手性效应。在电子浓度为9?10 cm时,该超构材料的圆二向色性达到23.0%,并且圆双折射达到21.3°。2、设计了一种基于方形单层黑磷单元级联结构的超构材料。该超构材料具有本征手性,其对垂直入射的圆偏振光表现出圆二向色性效应和圆双折射效应。圆二向色性效应存在于两个相邻的波段,幅值分别为-12.2%和17.5%。其圆双折射效应具有一个较强的峰,幅值为-18.1°。研究了各结构参数、入射倾斜角和电子浓度对该超构材料手性特性的影响。单层黑磷的电子浓度对该超构材料的手性特性有明显的调谐作用。在电子浓度为1?10 cm时,该超构材料不具有手性特性。在电子浓度为9?10cm时,圆二向色性达到了29.4%,圆双折射作用达到了87.2°。

关键词：超构材料单层黑磷手性圆二向色性圆双折射