检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：朱天翔中国科学技术大学

学位级别：博士

光量子存储器作为光与物质相互作用的界面,能够存储光量子比特,是克服长距离量子网络信道损耗的核心器件,在大尺度的量子网络构建中发挥着重要作用。对于可扩展和方便的实际应用,可集成的,尤其是片上的量子存储器是至关重要的。片上特... 详细信息

光量子存储器作为光与物质相互作用的界面,能够存储光量子比特,是克服长距离量子网络信道损耗的核心器件,在大尺度的量子网络构建中发挥着重要作用。对于可扩展和方便的实际应用,可集成的,尤其是片上的量子存储器是至关重要的。片上特性方便存储器与表面电极、可集成光子电路等相结合,实现彻底的集成化。实现量子存储器的物理系统众多,如单个原子、原子气体、稀土掺杂晶体等,已有众多建设性的工作。其中稀土掺杂晶体具备众多的优点,如大带宽,长寿命,高保真度,具备多模式潜力等。并且作为固态材料,它在实现可集成量子存储中具备天然优势。基于各种制造技术的可集成方案已在稀土掺杂晶体中得到了验证,如铌酸锂波导、掺铒光纤、聚焦离子束刻蚀、硅基光子晶体腔和飞秒加工等。飞秒加工因具备微米级的三维加工精度和对材料损伤较小的特点,十分适配于在稀土掺杂晶体中制备光学可集成结构。对于量子存储器而言,自旋波量子存储可以支持长寿命的按需读取,是实际应用中不可或缺的,但从未在可集成的固态器件中得到验证。本论文的研究目标是面向量子存储器的可集成化,最终实现可集成的自旋波量子存储器的演示。作者基于飞秒微加工技术,在稀土掺杂晶体上靠近晶体表面位置制备光学波导结构,实现一系列面向不同应用的片上量子存储器的研制。本文所取得的主要研究成果如下:1.实现了基于Ⅳ型光波导的相干光存储相较于其他类型的光学波导,Ⅳ型光波导位于晶体的上表面,具有方便与其他片上集成结构相结合的优势。本工作的创新点有:基于飞秒加工系统,我们在稀土掺杂晶体(151Eu3+:Y2SiO5)表面加工出Ⅳ型光学波导,并验证了该波导内Eu3+离子的光学性质相较于块状晶体保持良好。基于该波导,我们采用自旋波的原子频率梳存储方案演示了相干光存储。读取脉冲与参考脉冲之间的高干涉可见度97±1%证实了该装置的可靠性。2.实现了基于Ⅳ型光波导的片上按需式可集成量子存储按需式存储是指存储时间可以按需读取,是衡量量子存储器的一个重要指标。本工作的创新点有:在第一个工作的基础上,我们采用近临界功率多次刻蚀的办法,优化了 Ⅳ型波导的飞秒加工参数和流程,使波导的插入损耗大大降低。同时,利用飞秒加工在光学波导两侧制备凹槽结构,形成埋线电极,实现对光学波导区域内离子的斯塔克调制。基于该片上结构和斯塔克调制的原子频率梳量子存储方案,我们演示了基于time-bin光量子比特的按需式量子存储。利用单光子级的弱相干脉冲,验证了量子比特存储的保真度为99.3±0.2%,它远远超过了经典界(81.4%)。3.实现了基于Ⅲ型光学波导的偏振量子态的按需式可集成量子存储偏振光量子比特由于其传输的鲁棒性和易于操作,在量子计算和量子通信中得到了广泛的应用。然而,由于晶体各向异性的光学吸收深度,和当时应用于量子存储领域的可集成结构均只支持单一偏振,在可集成量子存储器中按需式存储偏振量子比特是一个长期的挑战。本工作的创新点有:首次在151Eu3+:Y2SiO5晶体上制备了 Ⅲ型(凹陷型包层)光波导结构,它的截面结构被设计为圆对称,使可以传导任意的偏振模式。同时掺杂在Y2SiO5晶体内的配位2的151Eu3+离子提供了近乎均匀的光学吸收深度。为增加光学吸收深度从而提高存储效率,我们基于超精细劈裂的光学跃迁(7F0→5D0)设计了新型的光学泵浦方案,制备了一个平整的增强型的吸收带。最终,基于斯塔克调制的原子频率梳方案,我们演示了 10 MHz带宽的偏振光量子比特的按需式量子存储。当入射量子比特平均光子数为0.32个时,验证了存储过程的保真度为99.4±0.6%。4.实现了可集成的自旋波的量子存储自旋波量子存储可以实现长寿命的按需读取,在大尺度量子网络的实际应用中不可或缺。然而,所有先前的可集成光量子存储器的演示都局限于光激发态存储,其存储寿命短,可拓展性小。自旋波存储利用自旋波激发进行光子存储,可以利用超长寿命的基态超精细能级,来大大提高存储寿命。然而这在可集成固态系统中还未实现。主要原因是超强的光学控制脉冲带来的光子噪声在可集成系统中很难被滤波到单光子水平。基于前三项研究工作的技术积累,我们成功克服了这个难题。其中Ⅳ型波导的相关工作为该Ⅲ型波导的优化和加工方案提供了技术经验,并解决了基于波导的量子存储中的一些技术难题。本工作的创新点有:设计了与端面倾斜的Ⅲ型光学波导来实现偏振滤波和规避端面反射光。结合反向泵浦,晶体滤波,和基于声光调制器的光学门控,实现了对控制脉冲的滤波。我们分别采用原子频率梳和无噪声光子回波方案,演示了自旋波量子存储,且信噪比水平与块状晶体相当。基于无噪声光子回波方案,输入单光子水平的time-bin量子比特,显示存储和读取的保真度高达98.1±0.7%。这种可靠的可集成量子存储器可以在可集成的量子网络中发挥重要作用。可集成性对于未来大规模、大尺度的量子网络建立具有

关键词：量子信息量子存储量子光学飞秒激光微加工稀土掺杂晶体光学波导

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

飞秒激光制备的高灵敏度气压探针传感器

引用

激光与红外 2021年第11期51卷 1498-1505页

作者：郭小珊王解叶文豪江超孙四梅刘昌宁湖北师范大学物理与电子科学学院湖北黄石435002

提出并实验验证了一款基于法布里—珀罗干涉仪(FPI)的气压探针传感器。首先将毛细石英管与单模光纤拼接,然后利用飞秒激光将毛细石英管精确切割到极短长度,最后在毛细石英管的端面涂覆聚乙烯醇(PVA)薄膜构成气压传感探针。传感头总长度... 详细信息

提出并实验验证了一款基于法布里—珀罗干涉仪(FPI)的气压探针传感器。首先将毛细石英管与单模光纤拼接,然后利用飞秒激光将毛细石英管精确切割到极短长度,最后在毛细石英管的端面涂覆聚乙烯醇(PVA)薄膜构成气压传感探针。传感头总长度仅为50μm,可以在有限的空间和恶劣的环境中灵活使用。实验结果表明解调传感器反射谱波长漂移量实现了环境气压测量,气压灵敏度达到-4.457 nm/MPa,线性度为99.52%,气压测量范围0~0.5 MPa。在低温时传感器对温度有一定的依赖性;在高温时传感器对温度不敏感,可以忽略温度对气压测量的串扰。该传感器结构紧凑、灵敏度高、结构重复性好、温度串扰小,在工程实际中具有一定的应用前景。

关键词：光纤气压传感器法布里—珀罗干涉仪飞秒激光微加工聚乙烯醇毛细石英管气压

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

晶体波导量子存储

引用

物理 2023年第8期52卷 552-559页

作者：刘超周宗权李传锋中国科学技术大学物理学院、中国科学院量子信息重点实验室、中国科学院量子信息与量子科技创新研究院合肥230026

光量子存储器是一种可以存储光量子信息并在可控的时间后将其读取出来的设备。基于光量子存储器可以构建量子中继器,克服信号在传输过程中伴随通信距离增加的指数衰减,从而实现大尺度的量子网络。作为一种优异的量子存储材料,块状的稀... 详细信息

光量子存储器是一种可以存储光量子信息并在可控的时间后将其读取出来的设备。基于光量子存储器可以构建量子中继器,克服信号在传输过程中伴随通信距离增加的指数衰减,从而实现大尺度的量子网络。作为一种优异的量子存储材料,块状的稀土掺杂晶体已被广泛地应用于各种量子存储实验中。与经典存储器的发展路线类似,目前量子存储器也正在朝着小型化和集成化发展。采用飞秒激光微加工技术在块状的稀土掺杂晶体中加工光波导,来构建晶体波导量子存储器就是一条极具发展前景的技术路线。文章将主要介绍近期基于飞秒激光微加工技术的晶体波导量子存储器的研究进展。

关键词：稀土掺杂晶体飞秒激光微加工光波导量子存储

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

微型光纤干涉型氢气传感器关键技术研究

微型光纤干涉型氢气传感器关键技术研究

引用

作者：王闵武汉理工大学

学位级别：博士

氢气作为一种清洁能源,在现代工业中有着极大的潜在应用价值。由于其自身易燃易爆的缺点,利用本质安全的氢气传感器来检测其泄漏成为人们日益关注的问题。光纤氢气传感器具有体积小、重量轻、以及抗电磁干扰等优点,成为目前研究的热点... 详细信息

氢气作为一种清洁能源,在现代工业中有着极大的潜在应用价值。由于其自身易燃易爆的缺点,利用本质安全的氢气传感器来检测其泄漏成为人们日益关注的问题。光纤氢气传感器具有体积小、重量轻、以及抗电磁干扰等优点,成为目前研究的热点。其中,干涉型光纤氢气传感器已有长期的研究工作,其具有测量精度高、重复性好、误差小等优点,但不适合在某些安装位置狭小或对传感器集成化要求较高的场合应用。近年来,光纤氢气传感器朝着微型化及高灵敏度方向发展。并且,传统的光纤干涉型氢气传感器一般利用焊接或者毛细管封装的方法制作,其制作工序复杂,不利于批量生产。飞秒激光微加工技术为干涉型光纤氢气传感器的微型化及高效制作提供了一种新技术。本文对微型光纤干涉型氢气传感器深入研究,对飞秒激光微加工及磁控溅射镀膜技术进行了深入探讨,研究基于Mach-Zehnder、Fabry-Perot、Michelson干涉原理的三种不同微结构的氢气传感器,建立光学设计模型,理论分析其传感性能,实验研究该传感器的氢气响应特性,验证这种氢气检测方法的可行性。本文主要研究工作如下： (1)提出了利用飞秒激光微加工及磁控溅射镀膜技术相结合制作微型光纤干涉型氢气传感器的方法。利用飞秒激光微加工可以通过计算机准确控制飞秒激光微加工腔长,具有精度较高、重复性好的优点,且这类干涉型光纤氢气传感器本质安全,制作简单,灵敏度较高,结构紧凑,尺寸一般为微米级,适用于空间有限的场合。 (2)研究了飞秒激光微加工和磁控溅射镀膜工艺,为微型光纤干涉型氢气传感器的制备提供实验基础。微结构的加工及氢敏感薄膜的制备是光纤氢气传感器制作中很重要的部分,其制作性能的优劣会直接影响检测的准确性及稳定性。 (3)设计并研究微型Mach-Zehnder干涉型光纤氢气传感器,系统地分析其传感原理,建立光学模型计算其不同条件下光谱变化,详细介绍了微型Mach-Zehnder干涉型光纤氢气传感器的制备方法,并研究其在不同氢气浓度下的响应特性。在微加工腔长为40μm,Pd膜厚度为110m的情况下,Mach-Zehnder干涉型光纤氢气传感器的波长漂移率为～0.155nm/%。实验表明这种传感器具有较高的灵敏度,与现有的光纤氢气传感器相比,其制作简单、结构紧凑、体积小,因此在光纤氢气传感领域具有潜在应用价值。 (4)研究了一种微型Fabry-Perot干涉型光纤氢气传感器的制作方法,详细分析了基于Fabry-Perot原理的光纤氢气传感器的工作原理,建立光学模型分析不同条件下其光谱变化,并研究了这种传感器对不同氢气浓度的响应特性。实验表明,Pd膜厚度为20nm的F-P光纤干涉仪(L1=20μm,L2=50μm)在氢气浓度分别为2%,4%,6%,8%时,在1298.42nm的波长漂移量分别为10pm,30pm,100pm和150pm。与微型Mach-Zehnder干涉型光纤氢气传感器相比,微型Fabry-Perot于涉型光纤氢气传感器灵敏度稍低,但是其采用的是检测反射光谱变化的方法,传感头结构更小,更符合微型化发展要求。 (5)研究了基于Michelson原理的微型光纤氢气传感器,详细阐述了其工作原理,模拟分析结构参数变化对其性能的影响,并研究了其氢气浓度响应特性。实验中随着氢气浓度增加,样品在1280nm和1330nm的波峰向左漂移,其波长漂移率为-0.155nm/%和-0.1625nm/%。与基于Mach-Zehnder干涉的微型光纤氢气传感器相比,微型Michelson干涉型光纤氢气传感器和微型Fabry-Perot干涉型光纤氢气传感器采用的是检测其反射光谱变化的方法,其传感头结构更小,其中Michelson干涉型光纤氢气传感器灵敏度较高。

关键词：氢气传感器飞秒激光微加工磁控溅射 Mach-Zehnder干涉 Fabry-Perot干涉 Michelson干涉

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

基于微纳光纤的无源微小光学器件的研究

基于微纳光纤的无源微小光学器件的研究

引用

作者：赵平华中科技大学

学位级别：博士

微型化、集成化,是光学器件未来的一个重要发展趋势。当前,相比于集成的电子芯片,光子器件的微型化仍旧处于雏形验证阶段,离标准集成化的目标还有较远的距离。微纳光纤作为微纳光子学中一个近年来兴起的重要分支,以其直径小、光场限制... 详细信息

微型化、集成化,是光学器件未来的一个重要发展趋势。当前,相比于集成的电子芯片,光子器件的微型化仍旧处于雏形验证阶段,离标准集成化的目标还有较远的距离。微纳光纤作为微纳光子学中一个近年来兴起的重要分支,以其直径小、光场限制能力强、损耗小、与单模光纤损耗低连接等的特点,有望成为光学器件微型化集成化的基本构建单元,在光纤传感、光纤通信及信号处理、微波光子学、原子与量子光学、光力学等领域引起广泛的研究兴趣。关于微纳光纤的材料、制备工艺、器件设计与装配、封装及应用等方面的研究工作都具有十分重要的意义。本论文围绕新型微纳光纤器件的机理与实现开展工作,并探索其在微波光子学中应用,主要包括以下内容： (1)介绍微纳光纤的研究背景,论述微纳光纤作为光器件微型化集成化的一种基本单元的可行性,然后综述了微纳光纤器件的研究现状；介绍微纳光纤的理论基础,分析其模场特性、色散特性和非线性特性；搭建机械微纳光纤的制备平台,以及微纳光纤器件的微操纵装配实验和测试平台,为器件的实验应用研究打下坚实的基础。 (2)运用全矢量电磁场耦合模模型,理论研究了纵向光场耦合效应对折射率型微纳光纤布拉格光栅光谱特性的影响,发现此效应减弱相向传输的基模的耦合作用；在实验中,运用超快飞秒激光相位掩模技术,实现周期性浅纳米孔微纳光纤布拉格光栅的制作,得到10-3量级的折射率调制深度,获得透过率抑制比高于23dB.3dB反射带宽达1.14nm的高斯切趾布拉格光栅,研究微纳光纤布拉格光栅室温老化的物理机制,为完善器件的机理奠定基础。 (3)提出一种新颖的在线型偏振相关微纳光纤干涉仪(PD-MFI),研究其偏振相关性的机理及其透射光谱的“游标卡尺效应”,实现该器件的制备,获得透过率抑制比在x和y偏振态上分别为12dB和20dB的PD-MFI:基于PD-MFI,提出并实现了一种结构简单、成本低廉、与光纤通信系统完全兼容的多极UWB信号全光产生的方案,获得极性可调的、频谱形状满足FCC规定的Doublet UWB信号。其中,正极性DoubletUWB信号的中心频率高达6.36GHz,-10dB带宽达7.86GHz:负极性的Doublet UWB信号中心频率为5.00GHz,-10dB带宽达7.97GHz。 (4)提出一种基于高折射率差微纳光纤对的、结构简单的在线光子带陷滤波器,理论上研究该器件的带陷窄、单凹陷波长范围宽、以及结构紧凑等特点；在实验中,获得透过率抑制比超过30dB,单凹陷波长范围高达312nm的带陷滤波器；通过优化微纳光纤直径,在1.4μm-1.6μm波段范围内,实现了-10dB带宽低至2.24nm、器件长度小于500μm的单凹陷带陷滤波器,为简单微型化光器件的研究提供良好的思路。 (5)首次报道一种在线红外激光烧蚀制备石英微球的方法,并展示一种新颖的、谐振波长宽带可调的Fe304纳米颗粒掺杂的石英微球谐振器。该微球具有独特的区域性光学吸收特性——回音壁模式的损耗低,而垂直其表面进入微球的光波的损耗高。利用微纳光纤倏逝耦合技术,实验获得了FSR为27.7nm、透过率抑制比达13dB的微球谐振器。在1550nm激光加热下,其谐振波长的调谐范围超过13nm(其线性调节范围超过8nm,达到1THz),其全光功率调节效率高达到0.2nm/mW.器件的谐振波长连续稳健可调,具有良好的实用潜力。

关键词：微纳光纤布拉格光栅光纤干涉仪带阻滤波器微球谐振器纵向场耦合效应全光可调谐飞秒激光微加工

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

基于晶体的微纳光学结构及其激光非线性特性研究

基于晶体的微纳光学结构及其激光非线性特性研究

引用

作者：聂伟杰山东大学

学位级别：博士

集成光路可以在集成化空间内实现对光信号高速、稳定、低损耗地传输和处理。通过对多种不同功能光学元件(如激光器、分支器、耦合器、光开关、偏振器、光栅等)的片上集成,可以在一块基底材料上制备出体积小、功能多、速度快、容量大的... 详细信息

集成光路可以在集成化空间内实现对光信号高速、稳定、低损耗地传输和处理。通过对多种不同功能光学元件(如激光器、分支器、耦合器、光开关、偏振器、光栅等)的片上集成,可以在一块基底材料上制备出体积小、功能多、速度快、容量大的全光器件,从而广泛应用于光纤通信、化学传感、生物医疗、环境监测、光谱研究、材料科学和光子计算机研究等领域。为了更好的实现高性能光学系统的集成化,光学结构的尺寸逐渐向着微米甚至纳米量级发展,可以通过直接缩减功能型元器件的体积或者对体材料进行微区改性等方式来制备微纳光学元件并达到优化提升性能的目的。本文工作主要通过对体材料微区改性在晶体内制备光波导微结构与金属纳米颗粒。光波导是由高折射率导光中心被低折射率区域包覆构成的光学结构,可以将光波限制在微米或者亚微米量级进行传输,极大的增强了波导腔内光密度,从而使体材料自身的光学性质得以增强,如激光增益介质的激光性能、非线性材料的非线性光学特性等。基于这种光波导结构,可以制备出许多结构紧凑、集成度高、功能多样化、性能优异的集成光路基本元件,如波导分支器、波导耦合器和波导激光器等;金属纳米颗粒是指将金属材料的尺寸至少在一个维度上限制在100 nm以内的粒子,具有与尺寸相关的独特光学性能。在特定波段入射光的激励下,会产生表面等离子共振(SPR)效应,周围的局域电磁场得到显著增强,使衬底材料的光学性质如荧光和拉曼光谱强度、非线性光学系数等得到数量级上的提升,从而实现信号放大,降低了激发条件。在集成光学领域可以作为集成度高、稳定性高的可饱和吸收体产生波导脉冲激光,也可以作为高精度传感器实现微纳尺度的集成。作为微纳光学结构的理想基质材料,晶体介质由于其突出的光学特性而广泛应用于固体激光、光放大、非线性光学、电光开关等各种领域。其中,激光晶体具有激光阈值低、硬度大、增益高、热导率高等优良特性,常作为增益介质材料应用于固体激光器中;非线性晶体,可以通过倍频、混频和光参量振荡等方式进行激光频率转换,从而实现特定波长激光的产生;电光晶体,可以通过控制外加电场强度改变其折射率,在光调制开关、高速光通信等领域有广阔的应用前景。结合此类功能型晶体材料,微纳光学结构不仅可以实现微纳尺度的器件集成,而且还能兼顾光学器件功能的多样化,最终使集成光学系统的整体性能得到大幅度提升。多功能、高性能的微纳光学结构的制备方法多种多样,包括飞秒激光微加工技术、聚焦离子束(FIB)技术、光刻技术、离子注入与离子辐照、离子交换与质子交换、等离子体刻蚀等。本文主要应用飞秒激光加工及离子注入技术在功能晶体材料中分别制备光波导微结构及金属纳米颗粒。飞秒激光微加工技术利用聚焦的飞秒脉冲激光在晶体等透明介质中根据设计图案构建三维微纳结构,具有精度高、三维化、热效应小、无污染等优点。通过激光与晶体介质材料的相互作用改变加工区域的折射率,形成光波导微结构。在离子注入过程中,浓度足够高的带电离子通过与晶体靶材料的相互作用损失自身能量停留在衬底材料中,最终析出形成纳米颗粒。相比于其他合成方法,离子注入可以自由调控纳米颗粒种类、大小、注入深度及浓度,不受固溶度和热力学平衡条件的影响,使镶嵌在固体材料中的纳米颗粒具有耐高温、高纯度、高稳定性等优势。本论文的主要工作基于多功能晶体材料,分别对飞秒激光写入的光波导微结构和离子注入合成的金属纳米颗粒这两类集成化微纳光学结构进行研究,包括制备合成方法、基本特性表征及其在激光和非线性光学特性上的应用。根据微纳结构类型与衬底材料功能的不同,可以将本论文的主要研究内容和结果归纳如下:基于不同切向的激光晶体Nd:YAP,通过飞秒激光写入制备了类光子晶格和包层两种通道型光波导,并实现了双波长波导激光的产生。基于Nd:YAP晶体的切向和偏振敏感性,分别在a切和b切两种切向的晶体中制备了通道型光波导微结构,通过改变加工过程中飞秒激光的偏振方向和波导激光实验中泵浦激光的偏振方向分别对光波导的特性进行了研究。在a切的Nd:YAP晶体中,通过对飞秒激光辐照痕迹的周期性排列制备了一组类光子晶格通道型光波导微结构,改变飞秒激光的偏振方向,可以实现类光子晶格微结构中导光位置的变化,使光束在相邻痕迹间或周期性排列围成的类包层结构中心进行有效传输。利用共聚焦荧光显微镜,从折射率变化的角度分析讨论了不同飞秒激光偏振造成微结构导光性质变化的原因。通过812 nm激光泵浦,在微结构中实现了 1 μμm附近的双波长激光输出;在b切的Nd:YAP晶体中,利用飞秒激光写入制备了低损耗包层波导微结构,通过812 nm激光泵浦,实现了保偏型1064 nm和1079 nm双波长波导激光。改变812 nm泵浦光的偏振方向,产生的双波长波导激光的功率比会随之发生周期性变化,但出射激光的偏振方向保持在TM方向不发生变化。其最大出射激光总功率为200 mW

关键词：介电晶体微纳光学结构飞秒激光微加工离子注入波导激光非线性光学效应

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

介电晶体通道光波导的制备及其激光与二次谐波产生

介电晶体通道光波导的制备及其激光与二次谐波产生

引用

作者：贾曰辰山东大学

学位级别：博士

光波导为折射率较低的包层区域包围折射率较高的波导区域所形成的结构,是多功能集成光子学系统的最基本的元件。通常来说,光波导结构能够将光的传输限制在微米量级尺寸的微小区域内,使波导区域内光的强度增强到体材料中无法达到的量级... 详细信息

光波导为折射率较低的包层区域包围折射率较高的波导区域所形成的结构,是多功能集成光子学系统的最基本的元件。通常来说,光波导结构能够将光的传输限制在微米量级尺寸的微小区域内,使波导区域内光的强度增强到体材料中无法达到的量级。基于这个独特的优点,许多材料的光学性质(如非线性性质、激光性质等)在波导结构中都能够得到一定的加强,大大拓展了光波导在微小型集成光子学系统中的应用。通道光波导结构能够在两个维度上对光的传输进行限制,尺寸更加紧凑,因此在波导区域中能够得到更高的光密度,也更易于形成可集成的多功能器件,与仅能在一个维度上对光的传输进行限制的平面光波导相比具有更加广泛的应用前景和价值。介电晶体材料在光学多个领域中都具有重要的应用。例如,非线性光学晶体是制备频率转换(光学参量振荡、倍频、和频与差频等)器件的核心材料；激光晶体是如今应用最广泛的固态激光系统的增益介质,具有比玻璃材料更低的激光阈值和更佳的热学性质；电光晶体是调制光的相位、能量、和偏振最理想的材料。迄今为止,介电晶体器件已经在光学多个领域发挥着不可或缺的作用。基于此,结合具有紧凑型结构的通道光波导和多功能介电晶体材料的介电晶体光波导结构在微小型集成光子学系统中具有无可比拟的优势。目前,人们已经利用数种方法在介电晶体材料中实现了通道光波导的制备,包括飞秒激光微加工、离子注入/辐照、聚焦质子束写入、离子内扩散、离子交换等。其中,飞秒激光微加工技术是对透明光学晶体材料进行三维微加工最有效的方法之一。在加工过程中,飞秒激光脉冲聚焦在晶体的表面以下特定的位置,脉冲能量通过多光子吸收、隧穿电离或雪崩电离等多种光致电离非线性过程被材料所吸收,导致聚焦位置附近微米量级区域内局部的折射率变化。在此基础上,通过对样品的扫描可以很容易地制备出通道光波导结构。离子注入／辐照技术也是一种有效的波导制备技术,目前已经在百余种光学材料中成功制备了波导结构,其中也包括多种介电晶体。一般来说,离子注入／辐照技术主要是通过物理机制,即经过加速器后具有一定能量的离子与靶材料中的原子和电子相互碰撞,造成靶材料中一定的晶格损伤,从而导致折射率的改变。此过程与靶材料的化学性质无关,因此离子注入／辐照技术具有广泛的材料适用性。此外,结合掩膜技术以及飞秒激光烧蚀或精密金刚石刀切割技术等微加工技术,离子注入／辐照可以制备通道光波导结构。本论文的主要内容包括介电晶体材料中通道光波导的制备、激光晶体中连续和调Q脉冲波导激光的产生以及非线性波导中二次谐波的产生。其中制备方法包括飞秒激光微加工、离子注入／辐照、精密金刚石刀切割和光刻掩膜技术。根据制备的通道光波导的不同类型,可以将本论文的主要工作归纳为如下内容：利用飞秒激光烧蚀或精密金刚石刀切割与离子注入／辐照相结合的方法在钕掺杂钇铝石榴石(Nd:YAG)晶体／陶瓷、钕掺杂钆镓石榴石(Nd:GGG)晶体中制备了连续和调Q脉冲脊型波导激光,在非线性晶体钕掺杂硼酸钙氧钆(Nd:GdCOB)中实现了脊型波导的二次谐波产生。结果表明,制备的脊型波导具有比平面波导更加优异的激光和倍频性质。具体来说,利用飞秒激光烧蚀结合17 MeV的氧离子辐照、2.5 MeV的氦离子注入和17 MeV的碳离子辐照分别在Nd:YAG晶体、Nd:YAG陶瓷和Nd:GGG晶体中制备了脊型光波导结构,并实现了1.06μm的脊型波导激光输出,激光阈值分别为39.6、64.9和71.6 mW,斜效率分别为35%、42.5%和41.8%。此外,在另外一块Nd:YAG晶体中,利用飞秒激光烧蚀结合670 MeV的氪离子(Kr8+)辐照制备了脊型光波导结构,并实现了连续和调Q脉冲(利用石墨烯材料作为被动调Q的可饱和吸收体)的波导激光的输出。连续波导激光的最大输出功率为182 mW,脉冲波导激光的重复频率变化幅度为0.9-4.2 MHz,单脉冲能量为26.5 nJ,脉冲宽度为90 ns。利用精密金刚石刀切割结合15 MeV碳离子辐照的方法在Nd:YAG晶体中制备了侧壁较为光滑的脊型光波导结构,并实现了最大输出功率为84 mW,斜效率为43%的波导激光。此外,利用飞秒激光烧蚀与17 MeV碳离子辐照技术在非线性晶体Nd:GdCOB中制备了脊型光波导结构,并在脊型波导中实现了有效的连续和脉冲的1064→532 nm的二次谐波产生。其中,脉冲1064 nm的二次谐波转换效率达到了11.4%。利用飞秒激光写入技术在激光材料镱掺杂钇铝石榴石(Yb:YAG)陶瓷、钕掺杂钒酸钇(Nd:YVO4)晶体和非线性光学晶体三硼酸铋(BIBO)、Nd:GdCOB中制备了单包层和双包层光波导结构,并实现了波导激光和波导二次谐波的产生。结果表明,飞秒激光微加工包层光波导是有效的制备集成光子学系统中微小型激光光源和频率转换器件的方法。另外,双包层光波导结构具有比

关键词：通道光波导介电晶体飞秒激光微加工离子注入/辐照波导激光二次谐波产生

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

激光加工参数对飞秒脉冲激光制备不锈钢超疏水表面的影响

激光加工参数对飞秒脉冲激光制备不锈钢超疏水表面的影响

引用

中国物理学会2018年秋季学术会议

作者：李淞霏姜远飞史岩李庆仪张云峰刘航金明星吉林大学原子与分子物理研究所吉林省应用原子分子光谱重点实验室长春 130012

不锈钢材料在如今的日常生产生活中有着很广泛的应用，因此，优化其疏水性能并延长其使用寿命显得尤为重要。获得超疏水表面的途径有很多，如化学气相沉积法[1]、溶胶-凝胶法[2]、软光刻法[3]、电化学腐蚀法[4]、飞秒激光加工法[5]等。... 详细信息

不锈钢材料在如今的日常生产生活中有着很广泛的应用，因此，优化其疏水性能并延长其使用寿命显得尤为重要。获得超疏水表面的途径有很多，如化学气相沉积法[1]、溶胶-凝胶法[2]、软光刻法[3]、电化学腐蚀法[4]、飞秒激光加工法[5]等。与其他途径相比，飞秒激光加工有着简单、可控、高效的优点。

关键词：飞秒激光微加工超疏水

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

飞秒激光写入制备的激光晶体和陶瓷通道光波导

飞秒激光写入制备的激光晶体和陶瓷通道光波导

引用

作者：刘洪亮山东大学

学位级别：博士

集成电路可以在高度集成化空间内实现对电信号的传输和信息处理，但目前发展遇到诸如体积问题、功耗问题等瓶颈。与之相比，集成光路具备在微小区域对光信号实现高稳定性和低功耗高速传输和高速处理的能力，在未来光通信、光信息处理等... 详细信息

集成电路可以在高度集成化空间内实现对电信号的传输和信息处理，但目前发展遇到诸如体积问题、功耗问题等瓶颈。与之相比，集成光路具备在微小区域对光信号实现高稳定性和低功耗高速传输和高速处理的能力，在未来光通信、光信息处理等领域有着广阔的应用前景。自从二十世纪六十年代末集成光学概念被提出后，人们开始了对集成光路的研究。与传统光学器件的大体积、低稳定性、光束准直困难不同，集成光路是主要依赖于光子器件和光波导器件，实现集成化、微小型化的集成光子学系统，其性能稳定可靠、效率高、制造成本低廉。光波导器件能够限制和引导光的传输，是集成光子学系统中连接不同功能光子器件所必不可少的基础元件，如同“木桶原理”中最短的木板一样，光波导器件质量的好坏将直接决定了整体集成光子学系统质量的优劣。　　光波导是由折射率较低的区域包围的折射率较高的区域形成的结构，通过全反射的方式可以将光的传输控制在微米甚至纳米量级尺寸的微小区域，并且较大程度增强波导腔内光密度，使得诸如非线性光学特性和激光特性等光学性质得到加强。耦合器、光开关、波导激光器、波导频率转换器等已经在无源或有源光波导器件中得到实现。根据结构特征，光波导可分为平面光波导与通道型光波导两种。与仅能在一维尺度对光传输进行限制的平面光波导相比，通道型光波导（如脊型光波导、条形光波导等）可以对光在二维甚至三维空间尺度上的传输进行限制和引导，拥有更高的研究价值和更广阔的应用前景。　　作为常见的光波导基质材料，介电晶体与透明陶瓷材料具有优良的物理化学特性和光学特性，在众多领域应用广泛。其中激光晶体和激光陶瓷是最为常见全固体激光器工作物质，它们增益高，导热性好，具有比玻璃材料更低的激光阈值。具有高集成度、高效率和低损耗的光波导器件与激光材料相结合，可以实现稳定地波导激光输出。随着集成光子器件的发展，对器件的集成度和多功能化要求越来越高，小型化、高功率波导激光的实现为未来与非线性光学元件相结合，构成多功能集成光子器件打下坚实基础。　　迄今为止，人们已经利用多种技术在激光晶体和激光陶瓷中实现了光波导的制备，比如离子注入技术、离子交换技术、聚焦质子写入技术、飞秒激光写入技术等。其中飞秒激光写入技术是利用超短脉冲激光，在微时间尺度实现对材料的微空间尺度三维加工技术。飞秒激光单个脉冲的功率可高达1015W级别，可以对金属、透明晶体材料、有机化合物等诸多物质进行加工，其三维加工的分辨率更是可达到10nm以内，在军事、生物医学、科研、加工制造等行业应用广泛。本论文中利用飞秒写入技术加工透明介电晶体与陶瓷制备光波导的原理是利用加工过程中，脉冲激光可聚焦于材料表面或内部，飞秒激光脉冲能量通过扫描过程中所引起的多光子吸收、雪崩电离或者隧穿电离等非线性光学效应被材料吸收，并在聚焦位置附近区域引起折射率变化。最终通过设置合理的加工参数（如写入速度、写入能量等），多次的扫描加工便可快速地制备出光波导结构。由于飞秒写入技术效率高、成本低、无污染、可调控性强，且适用于大部分的激光晶体与陶瓷材料的加工，因而具有其他加工技术所不能比拟的优势。　　本论文的主要内容包括利用飞秒激光写入技术实现激光晶体和陶瓷材料中通道光波导的制备;利用微荧光光谱与微拉曼光谱测试技术，分析光波导的形成机理;以及通过实验对波导导波特性和激光特性的研究等。根据实验选用激光晶体/陶瓷材料和所制备光波导器件类型的不同，可以将本论文的主要工作归纳为如下内容:　　采用飞秒激光写入技术，在掺钕钇铝石榴石(Nd∶YAG)陶瓷中制备横截面积相当的六边形、圆形和梯形包层光波导。通过共聚焦荧光测试表明飞秒激光写入过程引起晶格畸变，写入痕迹处折射率明显降低，所组成包层结构所包裹的区域即为波导区域，并且Nd3+离子的荧光特性在波导区得到较好的保存。实验证明包层波导导波特性出色，圆形包层波导的传输损耗可低至0.8 dB/cm;同时波导在TE和TM偏振方向下激光特性均表现优异，其中圆形包层结构波导激光最高输出功率达181 mW，斜效率为44％，激光阈值仅为121 mW。在Nd∶YAG晶体中制备双包层波导结构，该结构与包层光纤结构类似，可用于制备“光纤-波导-光纤”集成器件。激光泵浦实验表明，内包层结构中实现单模波导激光输出，TE偏振方向下波导激光最高输出功率达384 mW，斜效率为46.1％，激光阈值仅为106 mW。在Nd∶YAG晶体中制备“包层+双线型”波导结构，通过微荧光测试表明外包层结构的制备使得双线型波导内部残余应力场呈现各向同性，且通过激光泵浦实验在TE与TM偏振方向下在双线型波导结构内均实现高效率波导激光输出，波导激光最高输出功率分别为53 mW和0.15 W，斜效率分别为6.6％和15.1％。该工作为首次报道在Nd∶YAG晶体双线型光波导中TM与TE偏振方向下均实现激光输出。　　利用飞秒激

关键词：光波导激光晶体激光陶瓷飞秒激光微加工

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

纤栅型法布里-珀罗干涉仪特性研究

纤栅型法布里-珀罗干涉仪特性研究

引用

作者：王春宝南开大学

学位级别：博士

光纤传感器具有抗干扰、本质安全、高灵敏度、测量对象广泛等优势,因此光纤传感器成为传感领域的研究热点。其中相位调制型光纤传感器具有极其灵活的结构设计、测量范围广、灵敏度高等优势。本文介绍了相位调整型光纤传感器的种类、应... 详细信息

光纤传感器具有抗干扰、本质安全、高灵敏度、测量对象广泛等优势,因此光纤传感器成为传感领域的研究热点。其中相位调制型光纤传感器具有极其灵活的结构设计、测量范围广、灵敏度高等优势。本文介绍了相位调整型光纤传感器的种类、应用、特点、研究意义、发展过程;介绍了光纤法布里.珀罗(Fabry-Pcrot,F-P)干涉仪输出光谱设计和分析方法,研究了光纤F-P干涉仪的传感应用,本文的主要研究工作和成果如下:\n 1、对相位调制型光纤传感器进行了较为系统的比较和分析,对光纤F-P传感器所具有的灵敏度高、制作方法灵活、稳定性好等优势进行了综述。在此基础上,对光纤光栅构成复合结构的光纤F-P干涉仪特性及飞秒激光刻蚀F-P干涉仪的制作方法进行了研究。\n 2、对光纤光栅构成F-P干涉仪的光谱特性进行了详细分析。研究表明:利用光纤Bragg光栅作为腔反射镜构成的光纤光栅F-P干涉仪,其干涉条纹具有极窄的线宽,该纤栅型干涉仪具有极高的测量精度。详细分析了FBG的长度、周期、折射率调制深度、腔长等对干涉仪条纹数量、线宽、自由光谱范围的影响。\n 3、对两个FBG中内置一个LPG构成复合结构的纤栅型F-P干涉仪进行了理论建模,理论分析了LPG谐振波长随外界折射率、温度、应变的漂移情况。采用传输矩阵法,对该干涉仪的光谱特性进行了详细分析,研究了各种参数对干涉仪特性的影响。研究发现:这种纤栅型干涉仪同时具有FBG和LPG的共同优点,即具有极窄的线宽,又对外界参量变化敏感,其折射率探测下限理论值可达2.27×10-6\n 4、提出阶梯型折射率调制FBG可用光纤F-P微腔级联进行等效的思想,初步建立了一种改进的双光束分析方法。利用多层膜理论的Rouard方法,详细分析了光纤F-P微腔级联的光谱特性。,研究了光纤微腔级联时光谱的变化规律。研究表明:光纤微腔的腔长和折射率调制深度(即紫外曝光量)在满足FBG的相位匹配条件下,多个光纤微腔级联时将具有FBG的性质。\n 5、利用飞秒激光在单模光纤上刻蚀微腔,合作研制出光纤F-P微腔传感器。基于平行腔双光束干涉理论,合作提出V型光纤F-P微腔干涉模型,理论分析了该微腔底角对腔内光程的影响。研究表明:随着微腔底角的增加,该微腔干涉仪反射光的强度降低,其输出光谱的对比度降低,此特性可用于弯曲等感测。

关键词：光纤传感器光纤干涉仪飞秒激光微加工传输矩阵法光谱特性

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

建议与咨询留下您的常用邮箱和电话号码，以便我们向您反馈解决方案和替代方法

时间限定

文献类型

馆藏选择

核心期刊

语言

文献类型

帮助

文字说明：

检索规则说明：

检索范例：

分类表

所选分类

限定检索结果

文献类型

馆藏范围

日期分布

学科分类号

主题

机构

作者

语言

请选择保存的检索档案：

请选择收藏分类：

通借通还

建议与咨询 留下您的常用邮箱和电话号码，以便我们向您反馈解决方案和替代方法

时间限定

文献类型

馆藏选择

核心期刊

语言

文献类型

帮助

文字说明：

检索规则说明：

检索范例：

分类表

所选分类

限定检索结果

文献类型

馆藏范围

日期分布

学科分类号

主题

机构

作者

语言

请选择保存的检索档案： 新增检索档案 确定 取消

请选择收藏分类： 新增自定义分类 确定 取消

通借通还

建议与咨询留下您的常用邮箱和电话号码，以便我们向您反馈解决方案和替代方法

请选择保存的检索档案：

请选择收藏分类：