磁光平面波导的单向传播特性

表面磁等离子体(surfacemagnetoplasmons,SMPs)是一种在电介质和偏置磁场作用下磁光材料界面处传播的近场电磁波.其独特的非互易传播特性引起了大量科研工作的关注,但在具体的波导结构设计上仍存在很多问题.本文研究了一种银-硅-磁光材料的3层平面波导结构,SMPs在磁光材料和硅的界面处传播,发现在特定的频率范围内,SMPs的基模及高阶模式均具有正向或反向的单向传播特性.分别计算了旋磁与旋电材料平面波导的色散方程,研究了硅层厚度与外加磁场对能带结构及SMPs单向传播区域的影响,发现无论是旋磁或旋电材料的结构,硅层厚度的增加使高阶模式使高阶模式出现在更低的频率位置,使单向传输带宽变小甚至消失,外加磁场的变大使磁光材料的能带结构频率增大的同时带隙中也引入了高阶模式.计算了2种磁光材料平面波导的正向和反向的单向传播带宽宽度,发现旋磁材料YIG的单向SMPs模式出现在GHz波段,最大单向带宽可达到2.45 GHz;旋电材料InSb的单向SMPs模式出现在THz波段,最大单向带宽达到3.9 THz.     

非互易旋电材料硅基矩形波导的色散特性研究

研究设计了基于光通信C波段旋电材料的矩形波导,利用有效折射率法对波导有效折射率及横向电场分布进行求解,得到矩形波导中E_(mn)~x导模的色散方程.研究了在外磁场作用下表面磁等离子体激元的非互易传播特性.还研究了结构参数和材料折射率对非互易色散关系、时延特性的影响.结果表明:其色散曲线随波导宽度的递增逐渐趋向平面波导;群速度v_g与波导宽度、传播常数、工作波长相关;矩形波导芯区宽度在140—233.5 nm范围内的波导工艺容差较大; v_g与矩形波导y方向包层材料折射率成正相关,当材料为金属银时慢光效应最明显,传输速度最小可以达到2.8×10~(–3)c.     

石英挠性加速度计温度稳定性改进设计

石英挠性加速度计是捷联式惯导、重力梯度计等惯性测量设备的核心元件,其偏值和标度因数的温度稳定性是影响惯性测量设备性能的重要因素。为提高加速度计温度稳定性,从结构设计、材料选择、工艺改进、磁路优化四个方面进行了改进设计。首先,分析了加速度计零偏和标度因数温度稳定性影响机理。其次,设计了摆片隔离槽结构,摆片与骨架之间采用二次过渡粘接工艺,力矩器线圈骨架选用温度性能更好的氮化铝陶瓷材料,优化了上下磁路连接方式。最后,对改进措施进行了实验验证,实验结果表明,改进后的石英挠性加速度计全温条件下（-40℃～+60℃）偏值和标度因数温度系数减小约30μg/℃和10 ppm/℃,降低到6.8μg/℃和13.7 ppm/℃,显著改善了加速度计的温度稳定性。     

阵列波导激光相控阵光束偏转特性研究

研究了阵列波导激光相控阵的光束偏转特性,计算出光学相控阵的偏转角度与阵列波导相关参量之间的关系,绘制出光束偏转角与相关参量间的关系曲线。分析了阵列波导激光相控阵的三个性能指标:扫描范围、分辨率及能量效率,研究各阵列波导参数对于此三项指标的影响,据此分析出最优化的参数设计。根据阵列波导激光相控阵原理设计了仿真实验界面,自定义参数模拟光束的偏转效果。     

二维激光雷达定位建图系统设计与实现

定位建图是智能车自动导航的关键问题之一。以未知环境为研究背景,研究基于二维激光雷达的定位建图系统。激光雷达扫描周边环境建图,里程计和IMU完成航位推算提供位姿,通过滤波匹配不断更新地图构建全局地图。为实现精确实时的定位建图,分析了飞行时间法激光雷达测距误差和基于IMU和里程计的航位推算误差,通过线性最小二乘和加权移动平均滤波对激光雷达原始数据进行标定和滤波;通过互补滤波抑制陀螺仪低频噪声和磁力计高频噪声;在所搭建的基于激光雷达的定位建图系统上进行了实验。实验结果表明,经过滤波校正后,提高了系统定位建图精度和稳定性。     

长周期多芯手征光纤轨道角动量的调制

基于矢量模式耦合理论,在多模光纤中引入手性耦合纤芯结构,设计了一种光纤型光轨道角动量调制器.使用单根光纤,无需施加扭转或应力,可以实现任意光轨道角动量的调制.通过理论分析与数值仿真,研究了不同结构参数对轨道角动量模式纯度、传输损耗和有效折射率的影响.在中心纤芯和旁纤芯传播常数不变的前提下,旁纤芯数量对损耗影响较大,通过相位匹配条件计算得到的螺距可以在一定数值范围内浮动变化,两种纤芯的间距受限于模式损耗和光纤集成度.