水平腔面发射DFB激光器光栅调控出光特性研究

以面发射分布反馈(SE-DFB)半导体激光器为研究对象，基于耦合模理论，通过耦合系数表征器件的出光特性，研究二阶光栅对器件出光特性的调控作用。使用时域有限差分法(FDTD)进行光栅的结构仿真和参数优化，在器件衬底部位引入分布布拉格反射镜(DBR)协同光栅调控出光特性，以980 nm波段半导体激光器为例，重点研究DFB光栅占空比、DFB光栅周期长度、DFB光栅刻蚀深度、DFB光栅倾角、DBR反射镜占空比、DBR反射镜材料折射率、DBR反射镜周期介质层数对光栅耦合系数的综合影响，得到优化的光栅参数，为后续器件设计与制备提供理论依据。     

半导体激光器与光纤光栅对接耦合研究

半导体激光器管芯与光纤光栅的对接耦合对光纤光栅外腔激光器的特性起到关键作用。利用散射矩阵分析了激光器管芯与光纤光栅外腔的对接耦合，发现对接的距离以及对接的耦合效率决定了光纤光栅外腔激光器的性能。在强反馈情况下,激射波长在光纤光栅外腔有效反射率决定的布喇格波长内随对接耦合距离周期性的变化,对弱反馈情况则有些不同。同时对比了两种情况的边模抑制比。该分析为实际制作器件提供了指导。     

基于SiO2波导的低耦合系数、窄线宽、高阶布拉格光栅特性研究

推导了布拉格光栅三维耦合系数公式,构建了一种新型的波导型布拉格光栅三维数值模型,并基于此设计制备出一种基于SiO₂平面波导结构的低耦合系数、窄线宽、高阶布拉格光栅。从理论设计和试验验证两方面系统分析了布拉格光栅刻蚀深度及占空比对光栅耦合系数和线宽的影响,并最终设计制备出了中心波长为1 554.053 nm,反射率为-8.5 dB,峰值半高宽为89 pm的SiO₂波导结构布拉格光栅器件。本文设计制备的低耦合系数高阶布拉格光栅器件工艺简单,成本低,在滤波器、传感器及外腔窄线宽激光器领域中有广阔的应用前景。     

Yb3+相移分布反馈光纤激光器的理论分析

对相移分布反馈掺Yb^3 光纤激光器进行了理论分析，发现当相移为π时，增益阈值最小，相移越远离π，增益阈值越大，信号波长越偏离布拉格波长；随着光纤光栅耦合系数的增加，激光器的增益阈值越小，输出功率越大；相移分布反馈光纤激光器的正向和反向输出持性与光纤光栅的相移点的位置有关。     

侧向非对称光栅光场耦合特性的理论研究

受光栅制作工艺的影响,光栅参数的轻微偏移极易导致耦合系数偏离设计值从而影响分布式反馈(DFB)半导体激光器性能。通过微扰下的耦合模理论与数值仿真相结合的方式,对侧向非对称光栅的耦合系数特性进行了深入分析。当光栅宽度与脊型区宽度之比在一定范围内时,两个亚光栅之间非对称距离的引入使波导内的光场产生轻微偏移,光场的耦合状态发生改变。这有利于光栅的耦合系数稳定在一个合理的范围内,有效地缓解了占空比等参数对光栅耦合系数的影响,降低光栅工艺误差对DFB半导体激光器性能的影响;此时谐振腔内光子密度均匀分布,避免了常规光栅结构易引发的空间烧孔效应,有助于半导体激光器窄线宽激光的输出。本文工作将为侧向非同步耦合光栅的设计与应用提供理论参考。     

基于体全息技术的波分解复用(WDM)器件研究

为了寻求更高质量和密集度的WDM器件，对体全息技术制作WDM器件的新方法进行了研究。利用耦合波理论讨论了光折变多重体全息光栅作为波长滤波器实现波长解复用的基本原理。通过理论分析得出了最大衍射效率、最佳写入光强比与耦合强度大小的关系表达式。考虑有效电光系数和空间电荷场随写入光路几何组态的变化关系，以及各信道衍射光波长、衍射角等因素对曝光时序的影响，利用递推法推导出更为精确的曝光时序。采用高亮度溴钨灯代替价格昂贵的大功率可调谐激光器作为波长解复用光源，设计出基于体全息技术的16通道波分解复用器的实验方案。理论分析表明，该器件可将波长相隔0.8nm的谱线分开约1.0mm，这有助于实现密集波长的解复用。     

等离子体四波混频精确解透射光栅位形

给出等离子体介质中的简并与近简并四波混频形成透射光栅时的普适四波非线性耦合方程组。得到了在任意复耦合系数下的精确解析解，其解不仅适用于各种等离子体形态，也可以推广到光致折射材料中去。对进一步理论研究四波混频相位共轭原理以及研制新型非线性光学器件有所帮助。     

双波长工作的光纤光栅外腔半导体激光器

本文利用多波长光纤布拉格光栅与端面镀有增透膜的半导体激光器管芯耦合形成外腔激光器。研究了不同光纤光栅布拉格波长间隔下,器件的工作性能。当光纤光栅波长间隔不同于管芯的FP腔模式间隔时,不能得到稳定的多波长输出。通过调整光纤栅的各个布拉格波长间隔,使之和半导体激光器FP模式间距相同时,得到了输出稳定的双波长激光。     

分布反馈量子级联激光器光栅反馈特性北大核心CSCD

为探究Bragg光栅结构对TM模反馈特性的影响,利用有限时域差分法对具有TM模的分布反馈(DFB)量子级联激光器Bragg光栅结构进行仿真研究。重点分析了侧向耦合光栅的光学特性以及光栅侧壁倾角对光栅反射谱、损耗的影响及原因,并探究了光栅刻蚀深度及占空比与TM模的耦合系数、损耗的关系。结果表明有效折射率是影响Bragg波长的主要因素,而光限制因子是不同周期的侧向耦合光栅结构耦合系数产生巨大差别的原因,当光栅侧壁倾角90°时镜面损耗最小。光栅周期、占空比、刻蚀深度与耦合系数的关系表明:这些参数不仅影响光栅的相对介电常数,也会对光限制因子产生作用,从而影响耦合系数的大小;耦合系数与刻蚀深度具有正比关系,大周期光栅耦合系数随占空比的变化率较小。对光栅光反馈特性的理论研究有利于提升对DFB量子级联激光器的认识,促进激光器性能的提升和发展。     

等离子体四波混频精确解——透射光栅位形

给出等离子体介质中的简并与近简并四波混频形成透射光栅时的普适四波非线性耦合方程组。得到了在任意复耦合系数下的精确解析解，其解不仅适用于各种等离子体形态，也可以推广到光致折射材料中去。对进一步理论研究四波混频相位共轭原理以及研制新型非线性光学器件有所帮助。 关键词：     

光吸收介质的吸收系数与介电函数虚部的关系

讨论了相对介电函数虚部和消光系数与光吸收的关系,指出吸收系数与消光系数成正比,而吸收系数与相对介电函数虚部成正比是有条件的.     

海面冰层对声波的反射和散射特性

北极海面冰层复杂多变,其对声波的反射和散射严重影响冰下水声信道的传输特性,建立海面冰层的声波反射和散射模型对冰下水声通信研究具有重要意义.假设海面冰层为多层固体弹性介质且冰-水界面粗糙,满足微扰边界条件,导出声波从海水介质入射到海面冰层时相干反射系数满足的线性方程组.对相干反射系数随声波频率、掠射角、冰层厚度的变化进行数值分析.进一步引入根据散射声场功率谱密度计算散射系数的方法,改变掠射角,对冰层厚度、散射掠角对散射系数的影响进行研究.     

On the transmission coefficient for the double delta-function potential embedded in a crystalline lattice

The solution of the Schrödinger–Wannier equation is examined for the potential that is defined as a sum of the two delta functions of unequal strengths. The analytical expression for the transmission coefficient is derived from the solution. The transmission coefficient is shown to exhibit maxima and minima. Moreover, it is proved that the transmission coefficient in its maxima is larger and in its minima is smaller than the transmission coefficient for the corresponding single delta-function potential. Some differences between the transmission coefficient of particles with the quadratic energy spectrum and the transmission coefficient of particles with the Kane energy spectrum are presented.     

Improving the accuracy of aerosol extinction coefficient inversion

This paper considers the relationship between the accuracy of aerosol extinction inversion and the boundary value, and derives a theoretical high-accuracy aerosol extinction coefficient inversion. Aerosol extinction coefficient profiles depend on the boundary value. The relationship function of the differential extinction coefficient and differential boundary value is expressed by a maximum value. The smaller the differential boundary value, the smaller the differential extinction coefficient. The clean atmosphere layer is easily found from the lidar range-corrected signal, and the extinction coefficient of the clean atmosphere layer can be obtained using the slope method. By relating the extinction coefficient of the clean atmosphere layer to the extinction coefficient profiles at different boundary values, an accurate aerosol extinction coefficient profile can be obtained.     

用非本征吸收区的透射系数研究CdSeS量子点玻璃的非线性系数

通过CdSeS量子点玻璃在非本征吸收区的透射系数,研究CdSeS量子点玻璃的非线性光学系数与量子点半径的关系。实验测量了嵌有不同尺寸CdSeS量子点玻璃的吸收光谱,在非本征吸收区量子点玻璃的透射系数随量子点半径的增大,先增大后减小;理论分析了半导体量子点玻璃非本征吸收区透射系数与非线性光学系数之间的关系;实验与理论相结合,建立了非本征吸收区透射系数与非线性光学系数之间的联系。研究分析了CdSeS量子点玻璃的非线性光学系数随量子点半径的变化,得到CdSeS量子点玻璃在非本征吸收区的非线性光学系数随量子点半径的增大,先减小后增大的结果。     

A concept of equivalent absorption and emission coefficients for gray analysis of radiative heat transfer

Due to the non-gray of gas radiation, the total emissivity differs from the total absorptivity. Therefore, in gray analysis, the equivalent absorption coefficient is not equal to the equivalent emission coefficient. Based on this idea, in this paper, a concept of equivalent absorption coefficient and equivalent emission coefficients is presented for gray analysis of gas radiative heat transfer. The equivalent emission coefficients are calculated by Leckner's formula and the equivalent absorption coefficients are estimated by inverse analysis. A one-dimensional gas radiation is taken as an example to show the efficiency of this concept. The results show that the concept of equivalent absorption and emission coefficients is feasible. It is necessary to use both the equivalent absorption coefficient and the equivalent emission coefficient for gray analysis.     

气溶胶消光系数与质量浓度的相关性研究

为了利用激光雷达探测的消光系数垂直分布来反演气溶胶质量浓度的垂直分布,研究气溶胶消光系数与质量浓度之间的关系就显得十分重要.根据Mie散射理论,分析了气溶胶的质量消光系数、消光系数和质量浓度之间的关系,引进了等效参数,分析了Junge指数对等效参数的影响.用实际测量的粒子谱分布、能见度、相对湿度和气溶胶质量浓度验证了气溶胶消光系数和质晕浓度之间的关系.这对利用激光雷达测量的气溶胶消光系数垂直分布来反演气溶胶质量浓度的垂直分布是很有实用价值和指导意义的.     

利用散射系数变化测量血糖浓度的研究

论述了血糖浓度变化与溶液的散射系数的关系。在浑浊介质中散射特性取决于散射粒子和溶剂的折射率的相对大小,在血液中葡萄糖浓度的改变会引起血液折射率的变化,从而使血液的散射系数发生改变,从理论上给出了血糖浓度变化时计算散射系数变化的公式,得出了散射系数和血糖浓度成正比的结论。进一步讨论了满足临床应用目标下,散射系数的相对变化的测量精度要达到4.8×10-4,而对于中国人的血液绝对测量精度要达到6.82×10-3mm-1。用双积分球实验验证了理论计算的正确性,使用牛奶作为浑浊介质测量其散射系数与糖浓度的关系,在不同波长下散射系数都随葡萄糖浓度改变而改变,且线性度可以达到0.95以上。由此可以得出结论,血糖浓度可以通过测量散射系数来得到。     

基于非连续能量耗散的滑动摩擦系数计算模型

分析了界面摩擦状态下能量非连续耗散过程,建立了简化条件下晶体材料界面摩擦滑动摩擦系数计算模型.结果表明:在弹性接触状态下,滑动摩擦系数与载荷及实际接触面积无关,当实际接触面积接近名义接触面积时,滑动摩擦系数随载荷增加而减小.在缓慢滑动时,滑动摩擦系数随滑动速度的增高而缓慢增大,相对滑动速度愈高,滑动摩擦系数增大趋势愈显著.滑动摩擦系数随晶格常数的增加而降低,而当晶格常数较大时,其变化对滑动摩擦系数影响较小.同时,滑动摩擦系数随原子的可能温升增加而增大.研究结论对工程应用及相关的理论研究具有一定的参考意义. 关键词： 滑动摩擦系数 非连续能量耗散 界面摩擦     

A bond orbital model for the linear electro-optic effect in tellurium dioxide

Universal tight-binding parameters are used to estimate the refractive indices, the second-order susceptibility and the static electro-optic coefficient in tellurium dioxide. The linear electro-optic effect in TeO₂ is shown to be dominated by a bond-rocking distortion which reorients to Te-O-Te bonding units. The difference between the predicted electro-optic coefficient at constant strain and the experimental coefficient at constant stress yields a value for the product of the piezoelectric coefficient and the elasto-optic coefficient that is compared with experiment. In addition, the predicted average linear coefficient is underestimated by approximately a factor of four, similar to the underestimate for the Bond Orbital results for tetrahedral semiconductors.