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保偏光纤模间干涉波长响应特性研究

保偏光纤模间干涉波长响应特性研究

作者：饶正伟燕山大学

学位级别：硕士

在现今的光纤传感领域中，保偏光纤以其保持偏振特性，高信噪比，以及相干通信中的大信息量等特殊性质得以广泛应用。保偏光纤的模间干涉技术是用单根光纤模式间的能量交换来实现干涉，这种干涉技术相比于传统的干涉技术有更好的抗环境... 详细信息

在现今的光纤传感领域中，保偏光纤以其保持偏振特性，高信噪比，以及相干通信中的大信息量等特殊性质得以广泛应用。保偏光纤的模间干涉技术是用单根光纤模式间的能量交换来实现干涉，这种干涉技术相比于传统的干涉技术有更好的抗环境干扰特性以及稳定性，在光纤传感领域有其特殊的应用。本课题以保偏光纤模间干涉的波长响应特性为研究目标，从理想阶跃型光纤的电磁场模式理论出发，介绍了马赫-曾德尔干涉仪传感器的基本原理，并由此引出基于保偏光纤模间干涉的理论。本课题重点研究熊猫光纤与双模光子晶体光纤，分析这两种保偏光纤模间干涉的波长响应特性，并做了实验对理论进行分析。论文的主要内容有：首先，用电磁场理论对理想阶跃光纤的光传输模式理论进行分析，并对理想阶跃光纤中的不同模式间的干涉进行讨论，得到了基模LP01和二阶模LP11之间的模间干涉双瓣分布的仿真现象。其次，采用有限元分析法，对熊猫光纤及双模光子晶体光纤的基模LP01和二阶模LP11之间的干涉条件进行仿真分析，并对两种光纤在满足模间干涉截止波长下的模场进行仿真对比分析。然后，对熊猫光纤及双模光子晶体光纤的保偏光纤模间干涉的波长响应特性进行理论计算与仿真分析，主要的研究参数包括模间干涉传播常数差、模间干涉拍长、模间干涉相位差为π/2时的输出光强。最后，通过建立实验系统，对熊猫光纤及双模光子晶体光纤的模间干涉现象进行观察分析，对模间干涉拍长随波长变化的规律进行分析，对固定的模间相位差的干涉输出强度随波长的输出规律进行实验分析。

关键词：保偏光纤模间干涉熊猫光纤双模光子晶体光纤波长响应

水中典型敏化剂光致·OH生成的波长效应与化学活性研究

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水中典型敏化剂光致·OH生成的波长效应与化学活性研究

作者：姚婉莹华中科技大学

学位级别：硕士

硝酸根/亚硝酸根(NO3-/NO2-)和铁(Ⅲ)-羧酸盐(Fe(Ⅲ)-L)是水体中两种重要的光敏化剂,能在光照下产生大量的活性物质—羟基自由基(·OH),从而促进水体中有机污染物的降解。近年来,药物和个人护理用品(PPCPs)被广泛大量使用,若流入水体会... 详细信息

硝酸根/亚硝酸根(NO3-/NO2-)和铁(Ⅲ)-羧酸盐(Fe(Ⅲ)-L)是水体中两种重要的光敏化剂,能在光照下产生大量的活性物质—羟基自由基(·OH),从而促进水体中有机污染物的降解。近年来,药物和个人护理用品(PPCPs)被广泛大量使用,若流入水体会对环境和人体健康造成伤害,这些物质由于其自身稳定的化学性质难以在传统的污水处理工艺中被有效去除,光化学反应是这些物质在水体中的重要降解途径。UV-LED作为一种新兴光源,因具有安全无毒、节能环保、波长可选择等优点,在水处理中被逐渐使用。因此,可以利用UV-LEDs光源通过特定波长的选择实现对PPCPs的高效光降解,同时在光敏化剂存在的条件下能进一步提高PPCPs的降解效率,但NO3-/NO2-和Fe(Ⅲ)-L这两种光敏化剂的·OH生成情况与不同波长UV-LED光源之间的关联机制尚不明确。本文主要探究水中NO3-/NO2-和Fe(Ⅲ)-L两种敏化剂光致·OH生成的波长响应机制及其对典型PPCPs光降解的影响。选取了 265-400 nm范围内不同波长的UV-LED光源,测定了不同波长UV-LED照射下,NO3-/NO2-和Fe(Ⅲ)-L体系中·OH的生成速率和量子产率;选取三氯卡班(TCC)和异噻唑啉酮(CIT)两种典型的抑菌抗病毒类PPCPs,研究不同波长UV-LED照射下PPCPs的直接和光敏化降解情况及影响因素。主要研究内容和结论如下:水中典型敏化剂光致·OH生成的波长关联性:(1)在265-400 nm波长范围的LED光源照射下,硝酸根溶液中·OH的量子产率随波长的增大而减小,亚硝酸根溶液和铁(Ⅲ)-羧酸盐溶液中·OH的量子产率在275 nm处达到最大,并随着波长的进一步增大而减小;(2)在365-400 nm波长范围内,NO2-体系比NO3-体系的·OH量子产率大两个数量级;(3)在pH=3.5-6.0范围内,铁(Ⅲ)-柠檬酸盐溶液和铁(Ⅲ)-草酸盐溶液的·OH量子产率分别在pH=5.0和pH=4.0条件下达到最大。TCC和CIT的直接/间接光降解的波长关联性:(1)TCC和CIT的紫外吸收光谱与照射光源波长有重叠时才会发生直接光降解,TCC和CIT的直接光降解速率在LED光源波长分别为265 nm和275 nm时达到最高;(2)在265-400 nm波长范围内,TCC和CIT分别在NO3-/NO2和Fe(Ⅲ)-L体系中的间接光降解速率与·OH生成速率一致,表明具有高·OH量子产率的UV-LED波长能够有效促进PPCPs的光敏化降解;(3)pH对各体系中光敏化降解的影响不同,在NO3-体系中TCC的降解速率随pH的升高而降低,在NO2-体系中则随pH的升高而增大;CIT的降解速率在铁(Ⅲ)-柠檬酸盐和铁(Ⅲ)-草酸盐体系中分别在pH=5.0和pH=4.0时达到最高。

关键词：光降解硝酸根/亚硝酸根铁-羧酸盐 UV-LED PPCPs ·OH量子产率波长响应

液晶空间光调制器相位调制特性的快速测量与标定方法

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光学学报 2023年第3期43卷 95-102页

作者：曾婧潇洪羽剑卢钧胜王宇莹付晓锋胡晓东天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 天津工业大学生命科学学院天津300387

为提高液晶空间光调制器(LCSLM)在波前相位调制中的精度,提出了一种能对LCSLM实现快速标定的数字全息测量方法。该方法仅需在成像面上采集单幅数字全息图像,就能实时测量LCSLM在特定波长下的相位调制特性,系统结构简单,且无需经过复杂... 详细信息

为提高液晶空间光调制器(LCSLM)在波前相位调制中的精度,提出了一种能对LCSLM实现快速标定的数字全息测量方法。该方法仅需在成像面上采集单幅数字全息图像,就能实时测量LCSLM在特定波长下的相位调制特性,系统结构简单,且无需经过复杂的衍射传播计算,测量效率较高。在不改变光路结构的情况下利用TwymanGreen干涉法开展对比实验,进一步验证了数字全息法在测量精度方面的优势。实验结果表明,LCSLM在标准光波波长(633 nm)下的相位调制范围为0~6.185 rad,利用反插值法校正相位响应的非线性特性使得非线性误差降低到2.45%,有效提升了器件的线性驱动精度。最后,针对LCSLM的波长响应特性,建立了相位波长调制修正系数模型,对LCSLM在非标准光波波长(670 nm)下的实际相位调制范围进行了修正,探究了该器件在双波长干涉测量系统中用于相位校正的可行性。

关键词：测量液晶空间光调制器相位调制数字全息非线性校正波长响应

水生植物根系分泌物光致活性物质生成及光降解典型PPCPs机制研究

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水生植物根系分泌物光致活性物质生成及光降解典型PPCPs机制研究

作者：杨佳佳华中科技大学

学位级别：硕士

药物和个人护理用品(PPCPs)是水环境中广泛检出的污染物,其具有环境持久性、生物富集性和生物毒性,对人类健康和生态安全构成潜在危害,如何高效降解水中PPCPs是水环境领域的研究热点。UV-LED光源波长可控、结构紧凑、不含剧毒元素汞,可... 详细信息

药物和个人护理用品(PPCPs)是水环境中广泛检出的污染物,其具有环境持久性、生物富集性和生物毒性,对人类健康和生态安全构成潜在危害,如何高效降解水中PPCPs是水环境领域的研究热点。UV-LED光源波长可控、结构紧凑、不含剧毒元素汞,可根据PPCPs紫外吸收和化学反应活性,选择特定波长对其精准光降解,是环境光化学的重要研究方向。水生植物根系分泌物是湿地等水环境中溶解性有机物(DOM)的重要组成部分,是一种良好的光敏化剂,其能光诱导生成激发三线态DOM(DOM)、单线态氧(O)、羟基自由基(OH)等活性物质,对水环境中PPCPs的降解起重要作用。然而,植物根系分泌物光致活性物质产生与激发波长之间的关系及其机理尚不清楚。本文主要研究了UV-LEDs对水生植物根系分泌物光致活性物质生成及光敏化降解典型PPCPs的影响。选取四种水生植物(绿萝、水芙蓉、水葫芦、睡莲)根系分泌物为研究对象,分析了其水质和光化学性质;研究了在不同波长UV-LED照射下,植物根系分泌物光致活性物质生成量子产率与波长之间的关系,阐释其生成机理;以阿替洛尔(ATN)和西咪替丁(CTD)为目标污染物,研究了在不同波长UV-LED照射下目标污染物直接和光敏化降解规律,探讨目标污染物量子产率与活性物质之间的关系,并分析污染物的降解机理。主要研究内容和结论如下:首先,进行了水生植物根系分泌物理化性质的表征,结果发现:(1)四种植物根系分泌物中常见阴离子和金属离子含量较低且相差不大;(2)四种植物的根系分泌物DOM芳香性和分子量大小为:睡莲>水葫芦>绿萝>水芙蓉,其中水葫芦根系分泌物分子量分布跨度较大,小分子量DOM含量显著高于其余三种植物;(3)荧光光谱结果表明根系分泌物中主要含有类蛋白、类富里酸、类腐殖酸和溶解性微生物产物等组分。其次,对水生植物根系分泌物光致活性物质进行了研究,结果发现:(1)对于λ绿萝>水葫芦>睡莲,而对于λ≥365 nm的UV-LED,植物根系分泌物的f 和Φ的大小为水葫芦>水芙蓉>绿萝>睡莲;(2)在265～400 nm的UV-LED波长范围内,植物根系分泌物的f 在275 nm处达到最高值,随着UV-LED波长进一步增加,f 逐渐减小,且Φ与f 有相同趋势,但根系分泌物的OH量子产率(Φ)随波长增加而下降;(3)不同波长UV-LED照射下四种植物根系分泌物的Φ与f 存在显著的正相关性(R=0.89),而Φ与f 的相关性不显著(R=0.62)。最后,研究了UV-LED对水生植物根系分泌物光敏化降解典型PPCPs的影响,结果发现:(1)PPCPs的吸收光谱与激发波长有重叠时才会发生直接光降解,ATN和CTD在激发波长处的吸光系数越大其直接光降解速率越大;(2)植物根系分泌物的光屏蔽效应抑制了PPCPs的直接光降解;(3)在各植物根系分泌物中,DOM和OH对ATN的光敏化降解起作用,其中DOM起主导作用;O对CTD的光敏化降解起主导作用,而OH的贡献较小;(4)在不同波长UV-LED照射下,植物根系分泌物的f 与DOM对ATN降解的量子产率系数(f )具有良好的线性关系(R=0.91),CTD间接光降解速率常数与O和OH对CTD间接降解的一级反应速率常数之和具有良好的线性关系(R=0.99)。

关键词：光降解水生植物根系分泌物 UV-LED PPCPs 活性物质波长响应

基于高双折射PCF模间干涉的波长解调系统方案研究

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基于高双折射PCF模间干涉的波长解调系统方案研究

作者：齐玺娟燕山大学

学位级别：硕士

近年来，PCF在光纤器件和光纤传感领域的应用越来越得到国内外的关注，已经成为光纤传感领域新的研究方向。与常规PMF相比较，高双折射PCF具有灵敏度更高、温度稳定性更好、保偏性能更好等优点，已经广泛应用于光纤陀螺、光纤偏振干涉... 详细信息

近年来，PCF在光纤器件和光纤传感领域的应用越来越得到国内外的关注，已经成为光纤传感领域新的研究方向。与常规PMF相比较，高双折射PCF具有灵敏度更高、温度稳定性更好、保偏性能更好等优点，已经广泛应用于光纤陀螺、光纤偏振干涉仪等光纤传感领域。本文以高双折射PCF的模间干涉及其波长响应特性为研究目标，具体介绍了高双折射PCF的模式特性，以及基模LP和二阶LP偶模的模间干涉理论，重点研究了波长变化引起高双折射PCF模间相位差变化的模间干涉传感理论，从而给出了波长响应的概念并对其做了具体分析，设计了一种基于高双折射PCF模间干涉理论的光纤光栅波长解调系统方案。主要研究内容如下：首先，采用有限元法对双孔PCF、类矩形PCF和六角芯PCF这三种高双折射PCF的模式特性进行了分析。具体研究了其模场分布，模场半径概念，模式双折射随波长的变化关系，以及各阶模式的波长截止特性。其次，对椭圆芯PMF、双孔PCF和类矩形PCF的模间干涉特性进行了仿真研究，对比研究了这三种保偏光纤的干涉模场分布和干涉灵敏度随波长的变化规律。再次，通过分析不同保偏光纤和不同结构参数对波长与传播常数差关系的影响，在双孔PCF模间相位差与干涉边瓣峰值光强差关系的单调区间上，引入波长响应概念并分析其特性。最后，基于高双折射PCF模间干涉理论和波长响应特性，设计了一种结构简单，易于实现，温度稳定性好，干涉灵敏度高的新型光纤光栅波长解调系统方案。

关键词：高双折射PCF 波长解调模间干涉波长响应