相位修正的耦合模理论用于计算光纤Bragg光栅法布里-珀罗腔透射谱

基于光纤Bragg光栅(FBG)反射复振幅相移对FBG法布里-珀罗腔透射谱的影响,分析了传统耦合模理论计算均匀FBG反射复振幅相移产生误差的原因.引入折射率分布初始相位参数描述FBG折射率分布纵向的微小偏移,用真实的反透射系数代替简明形式的反透射系数,对传统耦合模理论进行了修正,增加了与折射率分布初始相位参数有关而与波长无关的相位因子.在此基础上进一步对计算非均匀FBG的传输矩阵法的相位进行了修正.修正后的快速计算结果用于FBG法布里-珀罗腔透射谱的计算,可反映折射率分布初始相位参数对透射峰波长位置的影响,与Rouard 算法及实验值均有较好的一致性. 关键词： 光纤Bragg 光栅 法布里-珀罗腔 耦合模理论     

Bragg光纤光栅傅里叶模式耦合理论

建立了Bragg光纤光栅傅里叶模式耦合理论.在分析光纤光栅的耦合模时,发现了耦合模式的振幅系数间存在傅里叶变换关系.推导了将傅里叶变换和模式耦合融合在一起的Bragg光纤光栅反射谱和透射谱的通用表达式.该理论是用傅里叶变换得到Bragg光纤光栅折射率微扰的空域谱,再对该空域谱进行模式耦合分析计算,从而得到Bragg光纤光栅的光谱特性.根据该理论,仿真分析了Bragg光纤光栅的谱特性,与耦合模理论、直接傅里叶变换法进行了对比分析.结果表明,傅里叶模式耦合理论与传统的耦合模理论及实际Bragg光纤光栅的光谱特性一致,具有简单、清晰、直接、精确和分析效率高的特点,可分析任意轴向折射率微扰分布的Bragg光纤光栅结构.     

掺铒光纤动态光栅与光纤Bragg光栅Fabry-Perot腔特性研究

提出的一种由掺铒光纤动态光栅和光纤Bragg光栅构成的Fabry-Perot腔。通过建立二能级掺铒光纤动态光栅模型,根据半经典相互作用理论和传输矩阵理论,计算出掺铒光纤动态光栅以及该Fabry-Perot腔的透过率和反射率,并分析动态光栅中相干探测场拉比频率、掺铒光纤长度、光纤Bragg光栅的折射率调制深度以及FabryPerot腔的腔长等参数改变时对动态光栅和Fabry-Perot腔反射谱的影响。该Fabry-Perot腔的一个重要性质是其输出光谱可以通过调节探测场的拉比频率、探测场波长等参数进行动态调制。相比于由两个光纤Bragg光栅构成的Fabry-Perot腔,参数可调的系统比参数固定的系统更加灵活,并且能够克服Fabry-Perot腔两端的光纤Bragg光栅不对称的缺点(如不同的Bragg波长、折射率调制深度等),更有利于Fabry-Perot腔的模式选择。该光纤Fabry-Perot腔可以应用于光纤通信的光信号处理或光纤传感领域。     

遗传算法及其在光纤光栅逆运算中的实现

我们利用遗传算法，采用传输矩阵法计算光栅的光谱，以光栅的每一小段的折射率调制作为决策变量，采用浮点数编码方式，实现了光纤光栅的逆工程运算，并给出了二个逆工程设计例。模拟结果表明：本论文针对光纤光栅边运算的遗传算法可以很好的从给定的反射光谱计算出光栅的折射率调制分布。在遗传算法中对光栅的折射率调制形式加以门限函数，采用插值的方法扩展决策变量来提高遗传算法的搜索效率。     

不同折射率调制的光纤光栅的特性及其应用

介绍了九种不同折射率调制的光纤光栅的折射率分布及其光谱特性,建立了各种光纤光栅的数学模型,并分析了它们的优缺点及其应用特点。给出了各种光纤光栅之间的联系,并指出两种或多种单一折射率分布的光纤光栅的组合形式将是以后的发展趋势。以折射率分布为出发点,深入地讨论了各种光纤光栅的周期、折射率调制深度、中心反射光波长或透射光波长、带宽、反射率等参数与其功能的关系,为实际系统的设计提供了参考。     

基于少模-无芯-少模光纤结构的高灵敏度折射率传感器

光纤折射率传感器广泛应用于各种复杂环境的监测。设计了一种基于少模光纤（fewmode fiber,FMF）–无芯光纤（coreless fiber,CLF）–FMF结构的高灵敏度折射率传感器。该传感器由2小段FMF之间熔接1段减薄的CLF组成马赫-增德尔干涉仪（Mach–Zehnder interference,MZI）,测量外界折射率,利用光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating,FBG）进行温度补偿。MZI干涉光谱中的谐振波谷同时受折射率和温度影响,FBG只受温度的影响。利用MZI和FBG的折射率和温度灵敏度系数构建灵敏度矩阵,实现折射率和温度的同步测量。实验结果表明,MZI折射率灵敏度为345.66 nm/RIU,温度灵敏度为0.013 4 nm/℃;FBG的温度灵敏度为0.010 4 nm/℃。     

长周期光纤光栅光谱特性仿真研究

基于耦合模理论,利用传输矩阵法求解出长周期光纤光栅(Long Period Fiber Gratings,LPFGs)的透射谱表达式,模拟分析了LPFGs的光谱特性与光栅参数如周期、刻写长度以及折射率调制深度之间的关系。研究结果表明:LPFGs谐振波长随着周期和折射率调制深度的增大向长波方向移动,且高次模谐振波长对光栅周期更为敏感;光谱带宽的变化主要取决于光栅的刻写长度,随着光栅刻写长度的增加,带宽逐渐变窄,且当光栅刻写长度大于5.2 cm时,光栅存在过耦合区域;随着折射率调制深度的增加,光栅存在不完全耦合、完全耦合和过耦合现象,且谐振损耗最大值位置随着折射率调制深度的增加逐渐向低次转移。该研究结论对长周期光纤光栅的理论分析和实际应用中的参数设计具有重要参考价值。     

光纤布拉格光栅及其构成的法布里-珀罗腔的相位谱特性研究

光纤光栅的相位谱对光纤光栅法布里-珀罗(F-P)腔的光谱特性有重要影响.对光纤布拉格光栅(FBG)光谱,特别是FBG相位谱进行了深人分析,推导了低反射率FBG的线性相位谱的一般表达式,提出了高反射率FBG的三段线性相位近似方法,得到了简洁直观的相位谱数学表达式.然后采用和普通F-P腔对比的方式,以等效腔长的概念分析了F...     

均匀光纤Bragg光栅局部横向受力特性研究

对均匀光纤Bragg光栅(FBG)局部横向受力特性进行了理论和实验研究.采用传输矩阵法分析了FBG其中一段横向受力时的反射光谱变化,并且建立了相应的数学模型.研究表明,当FBG局部横向受力时,受压长度对反射光谱无影响,反射光谱分裂点的波长与横向作用力呈线性正比关系并具有周期性,分裂点反射率与受力位置的关系为近似双曲正切关系. 关键词： 光纤Bragg光栅 传输矩阵法 局部横向受力 分裂点     

膜层传输矩阵理论在布拉格光纤光栅分析中的应用

利用膜层传输矩阵理论研究折射率调制对布拉格光纤光栅传输特性影响.根据传输矩阵理论计算光栅折射率的调制幅度、光栅长度、调制方法等对布拉格光纤光栅的反射率、反射峰波长和半幅宽度的影响.结果表明:膜层传输矩阵理论与传统传输矩阵法、耦合模理论对布拉格光纤光栅特性分析结论一致;采用高调制长度、低调制幅度可以获得良好的布拉格光纤光栅反射峰,而反射主峰位置改变需用调整调制周期.实验和理论对比分析了主峰在1 550nm波长的布拉格光纤光栅反射峰情况,验证了该方法的可行性.与传统方法相比,膜层传输矩阵法计算公式简单、运行速度快,可应用于布拉格光纤光栅辅助设计.     

砷和砷酸铁水化结构和红外光谱理论研究

水体中砷的去除与其水化作用密切相关,而不同质子化砷和砷酸铁水化特征相关报道甚少,且缺乏不同质子化砷和砷酸铁水化层红外光谱解析。在B3LYP/6-311G(d, p)计算水平上比较不同质子化砷酸根[H_mAsO₄]m-3(m=0～2)和铁-砷酸盐络合物种[FeH_mAsO₄]m+(m=0-2)水化能,利用约化密度梯度函数图形化分析其与水分子相互作用的强度、类型和位置,并解析不同质子化砷酸根和砷酸铁水化层红外光谱特征。结果表明,随着氢质子化,砷酸根[H_mAsO₄]m-3(m=0～2)水化能力减弱,而铁-砷酸盐络合物种[FeH_mAsO₄]m+(m=0～2)水化能力随着氢质子化增强。当水分子中1个氢与[H_mAsO₄]m-3(m=0～2)中1个氧相互作用时倾向形成氢键;而水分子中2个氢同时分别与[H_mAsO₄]m-3(m=0～2)中两个氧相互作用时,相互作用变弱,以范德华力相互作用;水分子通过其氢与砷酸根中氧形成的氢键强于水分子通过其氧与质子化砷酸根中氢形成的氢键。未质子化O_N倾向与2~4个水分子形成氢键,而质子化O_P最多与2个水分子形成氢键且O_P…H_W氢键弱于O_N…H_W氢键。红外光谱中,2 954,3 114,3 179,3 252和3 297 cm-1是AsO3-₄第一水化层中水分子Ow-Hw伸缩振动峰,3 277,3 324和3 376 cm-1是HAsO2-₄第一水化层中水分子的Ow-Hw伸缩振动峰,3 189,3 277,3 306和3 383 cm-1是H₂AsO-₄第一水化层中水分子Ow-Hw伸缩振动峰;[FeH_mAsO₄]m+(m=0～2)第一水化层中水分子Ow-Hw伸缩振动对应区域依次是2 500~3 060,2 660~3 200和2 900~3 360 cm-1。因此,随质子化,[H_mAsO₄]m-3(m=0～2)和[FeH_mAsO₄]m+(m=0～2)第一水化层中水分子的Ow-Hw伸缩振动峰蓝移;相对于[H_mAsO₄]m-3(m=0～2),[FeH_mAsO₄]m+(m=0～2)第一水化层水分子的弯曲振动峰和伸缩振动峰都明显红移。[FeH_mAsO₄]m+(m=0～2)第一水壳层形成Fe-Ow-Hw…Ow-Hw…O_N-As氢键桥,该氢键桥中Ow-Hw具有特殊吸收峰,伸缩振动峰依次位于2 195,2 526和2 673 cm-1,质子化导致明显蓝移但峰强度几乎无变化;而其弯曲振动峰随质子化红移且强度明显降低;独立O_P-H伸缩振动峰不受Fe络合影响,而O_P-H…Ow中O_P-H伸缩振动峰位置因Fe络合而发生明显蓝移。该研究有助于更好地解析不同PH下砷和砷酸铁在水中溶解性,可用于红外光谱监测水溶液中砷和砷酸铁水化特征。     

铜原子单激发态3d104p 2P1/2的光电离(英文)

铜原子能级结构的理论计算具有非常大的挑战性。本文基于多组态Dirac-Hartree-Fock（MCDHF）方法和相对论组态相互作用（RCI）方法,通过三个大规模的关联模型计算了单激发态3d104p 2P_1/2、双激发态3d94s（3D）5s4D_3/2,1/2,3d94s（3D）5s 2D_3/2,3d94s（1D）5s 2D_3/2以及离子态3d10 1S₀能级和波函数。结果表明,铜原子能级结构对有限组态空间的选择极其敏感,双激发态3d94s（3D）5s 4D_3/2,1/2,3d94s（3D）5s 2D_3/2,3d94s（1D）5s 2D_3/2和离子态3d10 1S₀与单激发态之间的能量差相对于已有实验结果均存在大约-0.4 eV的偏差,而计算得到的共振电子能量与实验结果符合得较好。此外,根据辐射跃迁矩阵元和非辐射跃迁矩阵元计算了双激发态的Fano参数q,并基于Fano理论得到了铜单激发态3d104p 2P_1/2的总光电离截面,该理论考虑了直接光电离与光激发自电离之间的干涉效应,即共振3d94s（3D）5s 4D_3/2,1/2、3d94s（3D）5s 2D_3/2和3d94s（1D）5s 2D_3/2具有明显的非对称的Fano轮廓,表明光电离过程与光激发自电离过程之间的干涉对双激发态共振附近的光电离截面轮廓有着极其重要的影响。     

D介子衰变中的奇异轴矢介子(英文)

目前,奇异轴矢介子的性质并没有被很好地理解,而这类介子是可以在D介子衰变中得到更多的研究。将窄宽近似下的等式关系和强衰变中CP守恒应用到四体衰变D0 → K+K-π+π-中的D0 → K±K₁?（1270）（→ρK or K*π）的实验数据中,可以发现实验数据与理论存在矛盾,然而,当考虑更多K₁（1270）的衰变过程后,可以发现,B（D0 → K-K₁+（1270）（→ K*0π+））的实验数据很可能被高估了一个量级。考虑共振态K₁（1400）的贡献,利用因子化方法计算相应的衰变过程的分支比,可以发现,B（D0 → K-K₁+（1400）（→ K*0π+））的分支比与使用等式关系得到的B（D0 → K-K₁+（1270）（→ K*0π+））的分支比在量级上是相同的。另外,对于含有奇异轴矢介子的D介子衰变实验数据的合理性,实验可以通过测量K₁（1270）→ ρK和K*π分支比的比值来检验,或者通过验证D介子衰变中的等式关系来检验。     

用于光纤布拉格光栅法布里-珀罗腔的改进的Rouard算法

比较了光纤布拉格光栅法布里一珀罗腔的极限法、平衡法及传输矩阵法3种算法,证明了它们是一致的,指出了光纤布拉格光栅复振幅传输矩阵的相移特性对法布里一珀罗腔透射率的影响.对计算任意折射率调制的光纤布拉格光栅的Rouard算法进行了改进,在分层方法中考虑了折射率分布初始相位的影响,获得了更为准确的反射复振幅相位特性,将该结果应用于计算光纤布拉格光栅法布里一珀罗腔,得到了光纤布拉格光栅法布里一珀罗腔具有多峰结构的透射谱,并经过实验验证了该理论的正确性.     

微波多普勒反射计数据分析的一种优化方法

结合对多普勒频谱的分析,提出一种基于双高斯拟合的轴对称-非对称谱(SAS)分析方法。在此方法下,功率谱主要由轴对称功率谱和非轴对称功率谱两部分组成。前者主要由等离子体截止层密度的扰动调制决定,后者主要由波数为k _⊥=2k₀sinθ 的湍流的极向密度扰动决定。在分析多普勒反射计的数据时,相较于常用的频谱重心(COG)分析方法和相位微分(δ-phase)法,SAS 谱分析不仅提高了求取多普勒频移的准确性,同时还可以获取等离子体中波数为k_⊥ 的极向湍流的密度扰动强度和截止层的密度扰动强度。     

FTIR及CLSM对转基因杨木细胞壁木质素含量及微区分布研究

通过木质素基因工程能够有效降低杨木细胞壁木质素含量,从而改善人工林杨树作为木质纤维材料的利用现状。选取C3H基因活性抑制表达的转基因杨树和其对照组杨树为实验材料,利用傅里叶红外光谱(FTIR)技术快速表征C3H基因表达活性降低后幼龄杨木细胞壁木质素的含量,并结合激光共聚焦显微镜(CLSM)和组织化学染色技术原位表征木质素含量微区分布变化规律。结果表明转基因杨树与对照组杨树红外谱图的形状和特征峰数目、位置基本一致,表明C3H基因活性降低并未改变杨木细胞壁主要化学成分及结构,但I_{1 508}/I_{1 379},I_{1 508}/I_{1 425}和I_{1 508}/I_{1 740}木质素特征峰高度比值结果表明转基因杨木木质素含量下降了8.2%～9.5%,峰强度的区别说明C3H基因活性抑制表达能够改变杨木细胞壁上木质素等化学组分含量;CLSM观察发现转基因杨木木质素微区分布含量均为纤维细胞角隅>复合胞间层>次生壁,与对照组木质素呈现相同的沉积规律,且转基因杨木细胞壁木质素浓度低于对照组杨木;组织化学染色的结果同样表明杨木S单体木质素均匀分布于纤维细胞壁上,而G单体木质素微区沉积规律为纤维细胞角隅>复合胞间层>次生壁,进一步揭示了C3H基因活性的降低并没有改变转基因杨木G和S木质素单体的沉积规律,但对其纤维和导管壁上木质素单体含量分布有一定影响。     

等离子体压强对Line-tied扭曲不稳定性增长率和本征函数的影响

应用半解析方法,研究了直圆柱位形下等离子体压强P0分别为P0=0、P0=常数和P0=f(r)时Line-tied扭曲不稳定性的增长率和二维径向本征函数的演化规律。结果表明,P0=0和P0=常数时的轴向波数k的范围相同,但P0=常数时的增长率比P0=0时的小。P0=f(r)时的轴向波数k的范围和增长率则都比P0=0时的大,同时磁流体的速度变化也较大。因此,P0=f(r)更接近实际的物理模型(例如日冕的喷射问题)。     

基于X射线剖面密度仪和FTIR快速测定两种实木地板材的物理化学性能

实木地板作为一种天然环保的地面铺装材料,得到越来越多消费者的选择,需求量日益剧增,而如何快速了解和检测木材材性一直是地板选材和质量检测急需解决的问题。采用了X射线剖面密度仪和傅里叶红外光谱仪(FTIR)两种快速检测技术,对市场上常用的进口地板材番龙眼和香二翅豆的剖面密度和化学主要组成成分进行了快速测定;同时采用直接测量法测量了木材的基本密度值,并将两种地板材快速测定密度值与实测密度值进行了相关性分析。剖面密度分析结果表明,香二翅豆的平均密度高于番龙眼的平均密度,两种地板材质地均匀性都很好;相关性数据表明番龙眼与香二翅豆两种地板材剖面密度的平均值与其基本密度值都具有很好的相关性,拟合后的相关系数达到了0.983和0.981,所有样品的两种密度的相关系数为0.991;傅里叶红外光谱分析结果表明香二翅豆的抽提物含量要高于番龙眼,香二翅豆木质素的特征峰I_{1 507}/I_{1 425},I_{1 507}/I_{1 740}的高度比值高于番龙眼的,而纤维素的特征峰I₈₉₅/I_{1 425},I₈₉₅/I_{1 507}高度比值低于番龙眼的,表明香二翅豆的木质素含量高于番龙眼,纤维素含量低于番龙眼。由此可见,X射线剖面密度仪可以快速检测出木材的质地均匀性以及预测木材基本密度值,而FTIR可以快速检测木材化学组分相对含量的高低,两种方法结合可以对实木地板材以及其他木材的物理化学性能进行快速检测。     

小磁岛转动引起的沿磁力线电流对撕裂模的影响

利用离子香蕉轨道中心坐标和香蕉轨道平均算符,讨论了磁岛转动引起的沿磁力线电流分布及其对新经典撕裂模演进的影响。结果显示,考虑此电流的影响,当磁岛旋转频率ω=ω_*i 时,被离子香蕉轨道宽度效应削弱的自举电流驱动项基本恢复;当ω=ω_*e时,离子香蕉轨道宽度效应对自举电流驱动项的削弱则加剧。这意味着磁岛转动方向不同时,此沿力线电流能显著增大或减弱离子香蕉轨道宽度效应对自举电流驱动项的削弱作用。     

Novel spectrum properties of the periodic π-phase-shifted fiber Bragg grating

A special periodic π-phase-shifted (π-PS) fiber Bragg grating (FBG) is proposed to achieve multichannel reflections. The Fourier analysis and the simulations based on the transfer matrix method show that this simple structure can generate multichannel response with high reflectivity. The reflectivity is much greater than that of the traditional sampled FBG for the same value of κL. Therefore the length of the fiber or the amplitude of refractive index modulation can be greatly reduced if such a periodic π-PS FBG is used instead of the traditional sampled FBG in the applications of comb filtering and optical wavelength division multiplexing. Besides, when the duty cycle is 0.5, this periodic π-PS FBG can create dual wavelength spectrum with high reflectivity.