Si基双环级联光学谐振腔应变检测研究

绝缘衬底上的硅材料制备的光学微环谐振腔结构具有高灵敏度、结构尺寸小和极低模式体积等特性,被广泛应用到光信息传递、惯性导航领域,但极少被应用到力学信号的测试,为此,研究了一种基于硅基光学微环谐振腔结构的悬臂梁式应力/应变敏感计,利用微环谐振腔环形波导径向形变量作为感应应力的中间物理量,在外界应力作用下,环形波导的半径将发生改变,使结构的光学谐振参数产生变化,从而使光学微环谐振腔谐振谱线发生明显红移,体现出良好的应力/应变敏感特性;通过设计双环级联光学微腔,并采用MEMS光刻、ICP腐蚀工艺制备了嵌入式光学微腔应变计结构,结合理论计算了悬臂梁结构的应力应变敏感特性,经仿真及实验得到,应变计结构的应力/应变灵敏度分别为0.185 pm·kPa-1,18.04 pm·microstrain-1,与单环微腔结构相比,线性量程增加了近50.3%,应力灵敏度提高了近10.6%,初步验证了嵌入式光学微腔结构进行高灵敏度应力/应变检测的可行性,有望实现新型光学力敏传感器件的微型化、集成化。     

基于磁光调制的多光谱目标识别系统的研究

基于特征光谱的目标识别技术具有检出能力强,可分辨目标种类等优点,但也存在一定的问题,即需要事先获取背景光谱作为先验知识且要求背景光谱随时间的变化较小。由此限制了其在新环境、复杂环境中实时目标识别方面的应用。设计了一种采用磁光调制配合特征光谱分析的技术手段,使目标识别过程中无需事先获取背景谱,从而实现了一次采集获取被测目标信息的功能,相比传统的目标检测方法而言,对战场的适应能力更强,具有较好的实用意义。同时,磁光调制技术有效地抑制了背景杂散光的干扰,从而提高了目标识别概率。由于磁光调制提供了目标光谱的累加迭代信息,故即使未知背景光谱或者背景光谱变化较大时,也可以通过目标光谱的迭代信息大幅提高目标识别率。针对不同被测目标的回波光强与背景光强值进行实验分析,结果显示,三种目标对调制线偏振光的反射能力明显强于背景。采用伪装色的被测目标对可见光成像目标识别影响很大,而调制偏振型系统仍能很好地识别目标。在此基础上,对0.5～2 km范围内的目标进行多特征波长目标种类识别。采用三个特征波长时,目标识别概率在2 km左右明显降低,采用四个或五个特征波长位置时,可以实现95.0%以上的目标识别概率,同时为了降低运算量提高系统的实时检测能力,最终采用四个特征波长。     

DLA光源质量对光栅-外腔谱合成系统光束质量的影响

在二极管激光阵列(DLA)光栅-外腔谱合成系统中,由于DLA存在子单元光束发散角、“smile”效应的位置偏差及指向性偏差等因素的综合作用,将导致合成光束的光束质量降低。综合考虑DLA子单元光束发散角、“smile”效应等因素对谱合成系统中光束传输特性的影响,建立了DLA光栅-外腔谱合成系统的光传输模型,进而对谱合成系统中DLA子单元光束发散角、“smile”效应的位置偏差及指向性偏差等因素对合成光束的光束质量影响进行了定量分析。结果表明,DLA光源质量会明显影响合成光束的光束质量：DLA子单元光束发散角和“smile”效应引入的指向性偏差越大,合成光束的光束质量就越差;“smile”效应引入的位置偏差在合束方向上对合成光束的光束质量没有影响,而在非合束方向上引入的位置偏差将会明显降低合成光束的光束质量。在实际工作应用中,需要采取措施提高DLA光源质量,以减小对合成光束的光束质量影响。     

基于双波前传感器自适应光学技术的太阳光栅光谱仪

为了研究不同太阳大气高度的热力学特性,具有良好成像质量的成像型光栅光谱仪是实现这个目标的重要仪器。然而作为地基式太阳望远镜重要的终端仪器之一,光栅光谱仪的光谱成像性能不可避免的会受到动态波前像差和系统静态像差的影响。动态波前像差常通过在太阳望远镜系统中集成自适应光学系统进行补偿。针对光学系统中的由装调和光学元件加工等引起的静态波前像差,提出了一种基于自适应光学技术校正光栅光谱仪中静态波前像差的方法,并进行了数值模拟仿真和实验验证。实验结果表明,校正后系统的残余波前像差RMS≈0.025λ,此时波前像差对光谱分辨率和能量利用率的影响可忽略,提高了光栅光谱仪的光谱成像质量,证明了所提出的方法的有效性。此外它具有降低光学系统装调精度和光学元件加工精度要求的优点。     

光学异常透射研究进展

光学异常透射(extraordinary optical transmission, EOT) 现象于1998 年首次报道,表 现为当光通过亚波长金属孔阵列时,得到的透射率在特定波长位置会比经典的小孔透射理论预言 的数值高若干个数量级。该现象首次显示了金属亚波长结构中表面波引起的异常光学效应,是表 面等离激元光学(plasmonics) 进入活跃发展期的一个标志性事件。本文将从产生机理和相关器 件应用两方面,对EOT 的研究进展进行简要阐述。首先介绍EOT 产生机理的宏观Bloch 模式 解释和微观表面波解释,以及这两种解释的最终统一;然后介绍EOT 在传感、纳米偏光器、滤 波、光开关和分子光谱增强等领域的应用;最后是对EOT 相关研究的展望。     

一种基于多准则决策和PSO-LM混合优化算法的多峰Brillouin散射谱的特征提取方法

采用传统方法对多峰Brillouin散射谱进行拟合的过程中,通常是以谱线最大功率点为基准的,却忽略了其他比该点小但却是极值的功率点。这样获得的拟合曲线通常只有一个峰值,相当于把除最高峰之外还有多个小峰的多峰Brillouin散射谱进行了简化,导致大量有用信息的丢失。为了提高Brillouin散射谱的特征提取精度,提出了一种基于MCDM和PSO-LM混合优化算法的多峰Brillouin散射谱特征提取方法(MCDM-PSO-LM)。MCDM可以识别和准确定位多峰Brillouin散射谱的各个波峰和波谷;PSO-LM混合优化算法可以实现分别对各个波峰和波谷的曲线进行拟合并找到每一个波峰的中心频率,该算法既克服了PSO算法过早收敛于局部极值和LM算法依赖初值的问题,又可以将PSO算法的全局搜索能力和LM算法的局部收敛能力结合在一起。较传统算法而言,MCDM-PSO-LM算法保证了对最优值求解的速度和精度,提高了运算能力,使解析解最大限度地接近最优值。分别在不同信噪比和不同线宽条件下进行仿真验证,频移和温度误差分析结果表明,MCDM-PSO-LM方法可以对多峰Brillouin散射谱的各个波峰与波谷进行准确定位,可用于多峰Brillouin散射谱的特征提取,识别效果明显强于传统算法,提高了信息分析的准确性。     

光泵THz激光器输出频率稳定特性研究

在太赫兹(THz)成像、雷达探测、相干通信等许多应用领域中,THz辐射源的频率稳定性是直接影响其应用效果的核心问题之一。基于双光子迁移效应建立了光泵THz激光器输出激光频率漂移的物理模型,推导出THz激光频率漂移的解析计算公式。以光泵甲醇(CH₃OH)为例, 给出了不同压强下的甲醇吸收谱线,定量分析了泵浦光频率漂移和泵浦功率对THz激光频率稳定性的影响,并讨论了THz激光腔内工作气体压强对THz激光频率漂移的影响。研究结果表明：随着泵浦光功率的增加,THz激光频率的漂移量逐渐增加;随着THz腔内工作气体压强升高,THz激光的频率漂移逐渐下降;当泵浦光频率漂移量在一定范围时,将出现THz激光的频率漂移量极值,且泵浦光的频率漂移量等于工作气体吸收谱线宽度的1/4时,THz激光输出的频率漂移达到极值。由此可见,在实际工作中,不仅需要合理选择腔内的工作条件(压强、温度),而且还需要采取措施将泵浦光的频率漂移控制在一定范围以内,以提高THz激光的输出频率稳定性。     

小型球形脉冲氙灯光谱分析与实验测定

作为分析仪器和医疗仪器光源,脉冲氙灯的光谱特性直接影响着仪器的整体性能。为了研究脉冲氙灯放电回路参数及几何参数对其光谱特性的影响,利用气体放电理论分析了脉冲氙灯发光过程,设计了光谱检测系统,实验测定了脉冲氙灯在不同放电参数下的光谱特性。结果表明：脉冲氙灯光谱由连续谱和线状谱组成,连续谱有离子复合和韧致辐射产生,线状谱由电子能级跃迁产生。相对光谱辐射能量随着放电电压升高呈近似线性增长、并随着储能电容的变大而变大。在放电电压较低时,弧长较短时相对光谱辐射能量较大;在放电电压较大时,弧长越长相对光谱辐射能量越大。对于脉冲氙灯工作参数选取以及应用生产具有重要的意义。     

加捻纤维复合材料三维残余应力分析

本文提供一种对于含有加捻纤维束的复合材料由于固化而产生的热残余应力的分析研究.纤维束中的纤维经过加捻产生了一种螺旋形状,这种形状所产生的三维热弹性力学问题可以利用能量法获得解答.这个问题的热残余应力场可以表示为纤维、基体材料的性质以及纤维束几何参数的函数.纤维/基体界面上的残余应力(包括环向和径向的应力)都可以从这些分析中得到.本文分析的结果表明:加捻纤维束构成的复合材料,由于纤维的适当加捻,可以减弱由于纤维与基体各具不同的热膨胀系数而产生的热固化残余应力.     

J-C模型和原子-腔光力学系统中的纠缠交换

基于Jaynes-Cummings模型和原子-腔光力学系统,研究了该系统中原子与机械模之间的纠缠交换机制,讨论了两个原子的相干角和腔场与机械模之间的耦合系数对原子与机械模之间纠缠的影响。一个原子与机械模之间的最大纠缠随着该原子相干角的增大而减小,另一个原子与机械模之间的纠缠存在突然产生和突然死亡现象,并且最大纠缠随该原子相干角的增大而增大。根据这一结果可以制备原子与机械模之间的最大纠缠态,这为纠缠调控提供了一种新的方式。