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[博士论文] 骆英民
微电子学与固体电子学 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:紫外探测器无论在民用还是在国防军事领域都具有重要的作用和价值。新一代紫外探测器要求具备体积小、响应和恢复速度快、灵敏度高和制备成本低等特点。ZnO作为一种重要的Ⅱ-Ⅵ族直接宽带隙半导体,由于具有禁带宽度大、不吸收可见光、光电性能好、化学性质稳定和制备成本低等优点,因而在紫外光探测领域具有广阔的应用前景。特别是ZnO优良的压电性能,更使得在调控和改善基于ZnO材料制备的光电器件性能方面增加了一种可选择的重要途径。但基于单一ZnO材料制作的光电导型紫外光探测器的光响应速度通常较慢,特别是恢复时间很长,从而限制了其实际应用。ZnO同质pn结型紫外光探测器的研究,又由于性能稳定的p型ZnO难以制取而缺乏较大进展。故而,近年来,构造各种基于ZnO的肖特基结和异质pn结型紫外光探测器已成为研究的关注点。
  本论文围绕ZnO纳米棒阵列与连续致密膜的生长制备、p-NiO/nZnO异质结的构造及其紫外光响应性能测量与分析等相关问题,展开了一系列的研究工作。由于各种结型器件的光响应速度通常均很快,故本论文的研究重点是器件的恢复性能。主要内容包括以下几部分:
  (1)采用磁控溅射和水溶液法在蓝宝石衬底上制备了ZnO纳米棒阵列,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)谱等表征手段对其形貌、结构、成分及光学特性等进行了测试分析。研究了ZnO纳米棒阵列退火前后的紫外响应特性,结果表明,550℃下退火可以减少ZnO中的缺陷数量,降低紫外探测器暗电流,从而有效增强ZnO紫外探测器的灵敏度。
  (2)采用热蒸发氧化方法,在蓝宝石衬底上制备了NiO薄膜,并对不同氧化温度下制备的NiO薄膜进行了表征分析。结果表明,随着氧化温度的升高,NiO薄膜的缺陷减少,晶体质量提高。在此基础上,通过低温水溶液方法在不同氧化温度下制备的NiO薄膜上分别生长了ZnO纳米棒阵列,并对这些p-NiO/n-ZnO异质结样品的紫外光响应特性进行了研究。结果表明,在所研究的温度范围内,NiO膜的氧化温度越高,晶体质量越好,器件的恢复速度越快。
  (3)在柔性的Ni薄片上通过热氧化工艺制备了NiO薄膜,并通过在传统水溶液中加入柠檬酸三钠的方法,成功地在这种柔性NiO薄膜上生长了致密连续的ZnO薄膜。这种致密的薄膜结构有效减少了ZnO与空气的接触面积,从而大幅度缩短了p-NiO/n-ZnO紫外光探测器的恢复时间。相较于ZnO纳米棒阵列与NiO薄膜构成的器件,致密ZnO薄膜与NiO薄膜构成的紫外探测器的恢复时间从25秒减少到8秒。在此基础上,利用ZnO的压电电子学与压电光电子学效应进一步缩短了该种柔性器件的恢复时间:在-1%、-2%和-4%的压应变情况下,器件的恢复时间分别由无应变时的8秒减少到7秒、3.6秒和2.4秒。
[硕士论文] 王建霞
物理学 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:纤锌矿核多壳层纳米线因其可集成度高,亚阈值摆幅低等优势在光电子器件领域展示出应用前景。光学声子对载流子的散射是影响器件性能的主要机制之一,在室温下常起主要作用。纳米线异质结构的二维量子限制效应使载流子更易局域在某一层,这使得局域光学声子与电子的相互作用更强。当各层材料组分接近时,除局域声子外,传播光学声子也对电子的散射有贡献。
  含混晶的纤锌矿多壳层纳米线因其结构复杂性以及混晶效应,使其局域模和传播光学声子静电势无解析表达式。因而,本文在计入混晶效应的条件下给出这两类光学声子的转移矩阵数值求解法的一般过程。具体过程为:以介电连续模型和Loudon单轴晶体模型为基础,从麦克斯韦方程组出发获得各层材料中局域模和传播光学声子静电势的含未知系数的解析表达式;然后,依据材料界面处静电势连续以及电位移矢量沿界面法线方向连续的条件,将各层声子静电势的系数关系以转移矩阵的形式给出,并根据声子静电势的边界条件,写出局域模和传播光学声子的色散关系;最后,在求解色散关系所得频率基础上进一步获得声子静电势。
  文中以纤锌矿GaN/InxGa1-xN/InyGa1-yN核壳结构纳米线为例验证转移矩阵法求解局域模和传播光学声子的适用性,并详细讨论其存在的材料组分和频率要求,色散关系和静电势的特点及其混晶调制。结果表明,由于纤锌矿材料中光学声子的各向异性,给定组分的纤锌矿GaN/InxGa1-xN/InyGa1-yN核壳结构纳米线中,最多有六类局域光学声子,分别存在于特定的频率区间内,且各区间中同类声子的色散关系和声子静电势表现为不同特点;当三层材料组分接近即x和y都足够小时,体系存在传播光学声子,其静电势在各层材料中均为振荡的形式。
  基于本工作拓展的转移矩阵法,可以数值求解任意纤锌矿柱对称核壳结构纳米线中局域模和传播光学声子的色散关系和声子静电势,并可基于此进一步探讨两类光学声子与电子的相互作用,为纳米线器件中光学声子相关的光电特性分析及优化提供理论依据。
[硕士论文] 梁赛
信息与通信工程 中北大学 2018(学位年度)
摘要:近年来激光告警探测技术已广泛应用到航空、航天、航海等军事领域,尤其星载激光告警受到各国的特别关注。为了应对来袭激光的威胁,各国投入大量的人力研究激光的探测告警技术,因此对激光探测的研究对当今社会具有重要的现实意义。怎样才能够准确的获取外来入射激光的方位角、俯仰角、波长信息是激光探测的重点内容。本文重点研究二维光栅衍射型激光探测告警技术,并对如何获取来袭激光的特征信息作了深入的研究。
  首先论文对二维激光告警的探测原理进行了详细的介绍,并且在透镜组焦距确定的情况下,通过判断近红外焦平面上所成图像的光斑零级、一级的光谱位置,从理论上推导出了激光的方位角、俯仰角、波长等有效信息的计算。其中的近红外焦平面采用的是FPA-320×256型InGaAs探测器,它被用来作为激光探测设备的光学接收器件,其探测的波长范围为900nm-1700nm。然后采用FPGA驱动控制探测器,输出的衍射光斑数据经过模数转换后通过USB2.0传输在用VC++编写的上位机上进行接收处理。硬件部分主要完成对近红外探测器的驱动电路以及数据传输USB2.0的接口电路进行相应的设计。软件部分对FPGA的驱动控制程序、USB2.0的固件程序以及驱动程序进行编写,并且通过设计的VC++上位机进行数据的接收处理并进行反演。
  最后,通过实验进行了背景光干扰下的激光光栅衍射验证分析,利用激光器从多个不同方位角进行入射,用编写的VC++上位机进行数据的接收处理与反演,依据其中的光斑强度确定出零级、一级,推算出来袭激光的方位角、波长,结果表明对来袭激光的判定是可行的。
[硕士论文] 宫顺顺
通信与信息系统 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:光纤Bragg光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)作为一种优良的光纤器件,自从产生以来,就被广泛应用于光纤传感和光纤通信等领域。由于FBG中的光信号为一种极窄线宽的波长信号,因此,对于该信号的测量可以克服光源波动的干扰,同时兼具光纤器件的低损耗、易于复用和抗电磁干扰等优点。
  石墨烯作为一种由单层碳原子构成的二维蜂窝状结构的晶体,具有独特的能带结构,理论和实验研究,均表明石墨烯有着良好的光学、热学和电学特性。将石墨烯与光纤结合是近年来开展的工作,利用石墨烯优良的特性,结合光纤微纳光传输结构,开发石墨烯光纤器件是目前国内外的研究热点。
  本论文以EFBG(Etched FBG)为研究对象,依据石墨烯材料特殊的光学和热学特性,通过理论和实验相结合的方法对石墨烯膜EFBG器件的温度和光控特性进行了深入的研究。论文工作主要包括:
  1、综述了石墨烯膜光纤光栅器件的研究现状并总结了石墨烯材料的成膜方法。对EFBG和石墨烯膜的性质进行分析,从理论上对FBG和EFBG的理论模型和传感机制进行研究,通过模场仿真软件研究石墨烯对EFBG传输光场的影响,为石墨烯膜EFBG光子器件的研究奠定了理论基础。
  2、石墨烯膜EFBG温度特性研究。以FBG温度特性为基础,对石墨烯膜EFBG的温度特性进行研究,实验获得了不同处理方式下的温度灵敏度,未处理过的FBG的灵敏度为10.3pm/℃,EFBG的温度灵敏度为11pm/℃,石墨烯膜EFBG的温度灵敏度为11.6pm/℃。
  3、对石墨烯膜EFBG光控特性进行研究。以石墨烯膜EFBG为研究对象,对沉积有氧化石墨烯的EFBG器件进行光控特性研究,并对不同厚度石墨烯膜的光控特性进行实验,实验结果表明:当宽带光源的功率从1mw变化到55mw时,EFBG未去掉包层的反射峰的波长保持不变,去掉包层反射峰波长出现红移,共漂移了2.6nm,灵敏度为119.3pm/mw,在石墨膜厚度增大时,光控特性更为明显,当石墨烯膜的厚度为4.8nm时,波长漂移量最大,共漂移了3.433nm,且波长与功率具有良好的线性关系。
  4、对不同波长的激光光源的光控特性进行研究。实验中分别用波长为1500nm、1550nm和1600nm的激光光源进行光控实验。实验结果表明:对于波长分别为1500nm、1550nm和1600nm的激光光源分别调节其功率,得到的光控灵敏度分别为57.6pm/nm、52.7pm/mw、45.8pm/mw,波长越短,光控特性越好,且波长与功率均具有良好的线性关系。
[硕士论文] 丁小哲
电子与通信工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着人类生活水平的不断提高,人们对通信容量和通信服务质量的相关需求也越来越高,加之,近几年光纤到户和三网融合的发展,都对光纤通信系统的相关器件提出了更高的要求。光纤无源器件以其全光纤的结构,已经成为构建光纤通信网络不可或缺的基本器件之一。
  光纤拉锥技术作为一种重要的光纤处理技术,通过改变光纤的形状、性能等制作不同种类的光器件。随着材料技术、计算机技术和微机械加工技术的发展,为以光纤熔锥技术为基础的光纤无源器件的制作工艺带来新的机遇,目前光纤通信技术的发展,需要科技人员对熔锥型光纤器件制作工艺进行研究和改进,来加快光器件的发展,并迫切需要以现有技术为基础,开发新型熔锥型无源光纤器件,来满足更高速和更大容量传感和通信技术发展的需要。
  本论文以熔锥型光纤无源器件制作技术为基础,通过对熔融拉锥光纤技术的理论研究获得了熔锥光纤传光理论模型,学习和掌握了光纤熔锥器件的制作工艺;掌握了熔融拉锥型光纤分路器和CWDM波分复用器的制作技术,并以此为基础,提出并研制了一种全光纤熔锥光控器件,对其性能进行了实验研究,论文内容主要包括:
  1、综述了光纤拉锥技术的发展现状,综述了熔锥型光纤器件应用的发展现状。
  2、对光纤拉锥后,锥形光纤中光通过时的传输模式进行了理论研究。具体分为光从锥形光纤大端到小端的传输模式,以及从锥形光纤小端到大端的传输模式的研究。
  3、研究了CWDM具体的制作工艺。包括了滤波片的封装,反射端的组装,腰鼓和小玻璃管的封装,透射端的组装以及最后的成品各项指标的测试等。
  4、对涂敷石墨烯的单模光纤进行拉锥的制备方法研究,以及对单模双窗分路器的制作工艺的研究。
  5、研究了涂敷石墨烯的拉锥光纤的光控实验。对于不同涂敷石墨烯层数的拉锥光纤做了具体的实验分析,发现随着宽带光源功率的变化可以引起光谱深度的线性变化。
[硕士论文] 张楚乔
电子与通信工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:2μm波段的光纤激光器因为其波段特性在医学、光通讯、超快光学、遥感技术、雷达和生物医学等领域显示出了重要的应用前景,该波段的窄线宽输出激光更是可在自由空间光通信领域发挥更大的优势,有很广阔的应用前景。一个输出稳定的窄线宽激光光源及其性能表征手段在2μm波段空间光网络的研究中是不可或缺的。但是目前还没有任何可测量该波段激光的设备,因此搭建一套面向2μm波段的激光线宽测量系统对空间光通信的深入研究具有重要的学术意义和应用价值。
  本文面向2μm波段激光线宽的测量,完成了如下主要研究工作:
  (1)研究了基于3×3耦合器的非平衡干涉仪法激光线宽测量的机理,通过非平衡干涉仪得到输出激光的相位噪声,根据非平衡干涉仪输出特性和相位噪声法测线宽的基本原理,使用数学方法对干涉仪探测数据进行处理,得到相位噪声的功率谱特性,并从中计算获得激光线宽;
  (2)使用小波降噪、相位解调算法优化、小波谱分析代替传统傅式谱分析等方法,对探测数据数学算法处理过程中造成的误差进行了修正,从而提高了测量准确度;
  (3)建立了一种基于可饱和吸收体的环形腔单纵模掺铥光纤激光器,搭建了一套2μm波段激光线宽测量系统,并使用优化过的算法对掺铥光纤激光器输出激光线宽进行测量,获得了输出激光的线宽。
[博士论文] 张栩朝
材料物理与化学 山东大学 2018(学位年度)
摘要:科学技术迅速发展的今天,人们生活离不开科技的进步。激光自1960年第一次从红宝石晶体固体激光器中获得以来,其单色、相干及高亮度的特点使其在各个领域得到广泛的应用,激光晶体材料作为激光器的核心必然成为人们的研究热点。为满足社会发展及工业生活等方面的需求,科学家也相继开展更深入的研究。
  Ca3NbGa3Si2O14(CNGS)晶体理化性质稳定,具有良好的热学性质和光谱性能,提拉法生长周期短,尺寸大,具备作为激光基质材料的特点。为研究该晶体的激光性能,最近课题组生长了一系列的掺钕离子CNGS晶体,并从晶体的生长、结构、热学、光学性质以及连续激光输出等方面进行了研究。结果表明该晶体在激光方面具有研究价值。此外,CNGS晶体属于三方晶系,具有非中心对称性,也预示着该晶体在激光非线性领域具有潜在应用。由于InGaAs二极管激光器的发展,性能得到提高,利用该激光器泵浦镱离子掺杂晶体的研究受到人们的关注与重视。掺镱离子晶体具有简单的准三能级结构,没有上转换和高激发态吸收,与掺钕离子激光晶体相比较具有明显的优势,其较宽的发射光谱,较长的荧光寿命使得这类晶体在脉冲激光性能和可调谐激光输出方面表现突出。特别的,通过掺镱离子晶体进行倍频能够获得更多波长的可见波段激光输出。针对这些问题,本论文生长了Nd∶CNGS晶体和一系列的Yb∶CNGS晶体,系统的研究了晶体生长工艺、晶体结构、热学及光谱性能、激光和脉冲激光性能以及激光非线性。本论文的主要研究内容为:
  1.Nd∶CNGS和Yb∶CNGS晶体的生长
  采用提拉法(Czochralski method)分别生长了Nd∶CNGS和Yb∶CNGS晶体。通过前期在Nd∶CNGS晶体生长经验上的积累,以及后期生长工艺的优化,得到了更高质量更大体积的晶体。本论文中首次生长了Yb∶CNGS晶体,所生长晶体的Yb3+掺杂浓度分别为1at.%,3at.%,5at.%,所掺入的稀土离子取代CNGS晶体中Ca离子格位,镱离子的半径比钕离子半径更小,与钙离子半径差别更大,这也是Yb∶CNGS晶体较Nd∶CNGS晶体难于生长的一个原因。本论文详细介绍了从多晶料的合成到单晶生长的整个过程,分析了生长原理及生长过程中遇到的问题。描述了所生长晶体的宏观形态,对生长过程中晶体表现出的缺陷进行了解释,并提出了避免出现Nd∶CNGS和Yb∶CNGS晶体质量缺陷(晶体开裂,絮状物,附晶等)的方法和技术。特别的,分析了生长过程中提拉炉腔内的气氛对晶体结构的影响,发现N2和O2的含量对Yb∶CNGS晶体的颜色变化影响显著。
  2.Nd∶CNGS和Yb∶CNGS晶体结构及热学性质
  通过对晶体粉末XRPD衍射图谱进行分析,其与CNGS晶体标准卡片中的数据吻合,使用Rietveld方法对衍射图谱进行精修,分析了晶体结构。根据阿基米德原理利用生长的大体块单晶测得不同掺杂浓度Yb∶CNGS晶体的密度。研究了晶体的热学性能,计算了晶体的热导率。晶体的热膨胀曲线随着温度的升高呈现线性增加趋势,且热膨胀各向异性(x,y,z方向)差别不大。因此,在高功率泵浦情况下,该晶体不易因热膨胀差异而导致晶体开裂。计算得到5at.%Yb∶CNGS晶体沿z向的热导率为1.82Wm-1K-1。
  3.Nd∶CNGS和Yb∶CNGS晶体的光谱性质
  CNGS晶体为正单轴晶体。测量了不同掺杂浓度的Nd∶CNGS晶体和Yb∶CNGS晶体在可见和近红外波段的折射率,为得到某些特定波长的折射率数值,利用Sellmeier方程对测量的多个波长的折射率数据进行拟合,拟合得到的曲线与实验测得折射率数值吻合良好。测量了Yb∶CNGS晶体在室温到6K温度范围的偏振吸收光谱和偏振荧光光谱。偏振吸收光谱显示,Yb∶CNGS晶体的吸收峰位于978nm附近,低温下显示为非常清楚的双峰值结构,分别位于977和979nm处。根据低温吸收和发射光谱研究了镱离子在CNGS晶体中的Stark能级,计算了CNGS晶体的2F7/2和2F5/2能级重心。并和其他常见镱离子掺杂晶体做了对比。通常的,对稀土离子来说,2S+1LJ多重体的重心和孤立的4fn多重体的重心基本呈线性变化,CNGS符合这一规律。计算了室温下的偏振吸收截面,并分别使用倒易算法和Fuchtbauer-Ladenburg公式计算了室温偏振发射截面(3at.%Yb∶CNGS晶体),两种方法计算获得的发射截面相近但有一定偏差。3at.%Yb∶CNGS晶体发射光谱最强峰位于1014nm附近,其中σ偏振发射截面为0.97×10-20cm2,π偏振发射截面为0.35×10-20cm2。利用偏振吸收和发射截面计算了Yb∶CNGS晶体的偏振增益截面。
  4.Nd∶CNGS晶体的激光与自倍频性能研究
  选取激光性能最优的0.5at.%Nd∶CNGS晶体,用LD泵浦实现了1.06μm和1.3μm波段的连续激光输出,优化激光装置(腔长,腔镜,谐振腔及泵浦源)。利用通光长度6mm晶体,输出镜透过率为5%,得到4.05W波长1068nm的连续激光,相比之前的实验结果,输出功率提高了近30%。1349nm激光输出功率为0.59W,是之前实验结果的2.3倍。CNGS晶体具有非中心对称性,能够实现角度相位匹配。利用沿Ⅰ类相位匹配方向和Ⅱ类相位匹配方向切割的晶体,当吸收泵浦功率3.95W时,获得了Nd∶CNGS晶体的自倍频激光输出,最高连续自倍频绿光输出功率为72.8mW。实验过程中发现腔内基频光较强,相同条件下通过更换腔镜获得2W以上基频激光输出。结合该晶体光谱特性的研究发现,该晶体发射截面适中(介于NYAB和Nd∶YCOB晶体之间),能够实现较强的激光发射,荧光寿命256微秒,具有颇强的能量存储能力且有利于实现高能量高峰值功率的脉冲激光输出。综合这些特点,进行了Nd∶CNGS晶体被动调Q自倍频激光实验,LD泵浦功率为3W时,脉冲自倍频绿光平均输出功率为16.2mW,相对应的脉宽为13.7ns,脉冲重复频率2.25kHz,单脉冲能量7.2μJ,峰值功率分别0.53kW。利用速率方程拟合自倍频被动调Q的实验结果,获得理论值与实验结果基本吻合。
  5.Yb∶CNGS晶体的激光和自倍频性能研究
  系统研究了1at.%,3at.%,5at.%三种不同镱离子掺杂浓度的Yb∶CNGS晶体的连续激光输出性能。首先,利用5at.%晶体进行了连续激光实验和自倍频性能研究。采用LD泵浦源中心波长978nm进行泵浦,得到最高7.27W输出功率,斜效率78%,发射波长1062-1068nm,这是目前所知的硅酸镓镧构型(Langasite-type)晶体获得的最高连续激光输出功率。此外,在相同条件下分别测量了通光长度为3mm、4mm、6mm的不同镱离子掺杂浓度CNGS晶体的三种切型(x切,y切,z切)的连续激光输出。相同实验条件下,1at.%,3×3×3mm3晶体激光输出斜效率最高,为84%。3at.%晶体斜效率也达到80%,3mm和4mm两种尺寸的晶体分别实现3.16W和4.55W的连续激光输出。5at.%晶体4mm尺寸样品连续激光输出效果最好。通过对该晶体的光谱性能研究,尤其是低温吸收光谱的研究发现,该晶体的吸收峰呈现双峰形态,最强吸收峰分别位于976.6nm和979.3nm位置。利用体布拉格光栅(VBG)锁定波长激光器,激光输出波长976nm,测试了所有样品的激光性能,通光长度4mm的3at.%Yb∶CNGS晶体的a切和c切样品分别获得7.29W和7.61W的连续激光输出。
  在优化后的实验条件下,通过在谐振腔内插入Cr∶YAG和V∶YAG晶体,研究了Yb∶CNGS晶体的被动调Q激光性能。使用Cr∶YAG晶体,获得重复频率22.5kHz,脉冲宽度4.4ns,单脉冲能量为62.2μJ的稳定脉冲。在1015.3nm处的平均输出功率为1.40W,对应于90%的Q开关转换效率。使用V∶YAG晶体,在68.4kHz的较高重复频率下,获得脉冲宽度11.1ns,单脉冲能量为13.3μJ的调Q脉冲输出。
[硕士论文] 熊煜
电子与通信工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:光信号处理技术能够在光域直接处理信号,可有效克服“电子瓶颈”,具有超高处理速度及超大工作带宽等诸多优点,是实现全光网络的关键技术之一。光时域微分器可以直接在光域对光信号进行微分处理,与电学微分器相比,具有运算速率高、抗电磁干扰、低功耗、体积小等优点,有着十分重要的研究意义。
  本文在对基于高双折射光纤Sagnac环的透射谱特性进行深入的理论、仿真及实验研究的基础上,提出一种基于高双折射光纤Sagnac环的二阶光时域微分器,结合理论分析和数值仿真研究该微分器的性能。在此基础上,进一步提出了基于高双折射光纤Sagnac环的偶数阶光时域微分器以及应用于波分复用系统的光时域微分器,并分别对两种微分器的性能进行研究。主要工作如下:
  (1)根据Jones矩阵理论对基于高双折射光纤Sagnac环的透射光谱特性进行了理论与仿真研究,重点分析了高双折射光纤的长度和折射率差、偏振控制器状态、耦合器分光比等对透射光谱特性的影响。实验制作了一个基于高双折射光纤的Sagnac环,并研究其透射谱特性,结果表明,实验数据与理论仿真结果相吻合。
  (2)提出一种基于高双折射光纤Sagnac环的二阶光时域微分器,并对微分器的性能进行研究。结果表明,调节高双折射光纤的长度或折射率差,能够实现微分器中心频率的调谐。当输入衰减因子为0.5ps的高斯脉冲时,通过调整高双折射光纤参数,微分器的3dB带宽最大可达30THz,差错因子最小仅为0.0077。研究表明,该微分器可以对高斯脉冲进行大带宽、高精度的二阶微分处理。
  (3)研究了基于高双折射光纤Sagnac环的偶数阶光时域微分器和波分复用系统光时域微分器。从理论分析、数值仿真两方面验证了两种微分器的微分功能,并从差错因子、能量效率、3dB带宽三个方面对其性能进行了分析,结果表明这两种光时域微分器具有很高的精确度和较大的工作带宽。
[硕士论文] 崔鲁贵
光学 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:光是一种能量的载体且具有粒子性特征,因此当光传播过程中会产生一定量的推力,但是由于普通光的能量密度不足以推动物体向前移动。激光的出现使利用光推进物体产生移动成为了可能。激光推进作为一种使用激光作为推进能量源的推进技术,现已成功实现利用高能量激光聚焦推动大尺寸物体沿激光方向移动,并在小型卫星的姿态调整中有所应用。随着科学技术的迅速发展,人们对于微观世界的探索也越来越多,因此激光推进对于微观世界内的推进规律也有着非常重要意义。
  本文首先介绍了从提出激光推进的概念至今将近65年内的国内外研究现状。然后介绍了激光推进在不同环境下所产生不同的推进效果,尤其是详细介绍了激光在空气中诱导产生空气等离子体,随后高温高压的等离子体在爆破时产生的等离子体冲击波在传播过程中会对途经物体产生推力,并且对冲击波压力理论分析做了详细的介绍。具体工作内容如下:
  首先,利用热熔融法自主设计制作了烧制玻璃微球的烧制装置,以及利用热拉伸法在光纤焊接机中拉制锥形光纤,并实现光纤尖端直径可控。
  然后,在此基础上使用了532nm脉冲激光推进微米量级的玻璃微球的实验,研究得到了微球运动情况与激光的输出能量和微球尺寸大小的变化规律,并且实验结果与等离子体爆破理论的分析结果基本相符。
  最后,为了提高激光在空气中的推进效率,提出了激光在毛细管中推进玻璃微球的实验方案。并且在实验中发现激光在毛细管中除了能提高推进效率外,当微球距离光纤端面一定距离时,激光会对微球产生吸力的作用。并根据激光产生的吸力现象做了一定的实验和模型分析研究,并得出这种现象同样是由于激光诱导产生的等离子体爆破产生的推力。
[硕士论文] 王搏尘
光学工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:光纤中的偏振态(SOP)在现代高速光纤通信、光纤传感中占据着非常重要的地位,偏振模色散(PMD)、偏振相关损耗(PDL)等成为了制约现代高速光通讯速率的重要因素。因此偏振态的控制与产生也成为了一个非常重要且非常具有前景的研究方向。
  目前,偏振控制有很多种方法,但其中大部分速率较慢、精度较低,且只能产生几个特定的偏振态。本文通过一种新的偏振控制算法控制三个级联的电动PZT对光纤进行挤压来产生精确的偏振态。其具有精度高、速度快、纯数字化等优点,其产生的偏振态平均误差小于0.5%,邦加球覆盖率100%,插入损耗低于0.5dB。并基于该偏振态发生器的应用进行实验上的验证。
  本文首先对现在广泛应用的偏振态控制器的控制原理进行阐述与分析,然后着重对PZT挤压式偏振控制器与偏振模色散的测量与补偿原理进行阐明,最后对所搭建的偏振态发生器的性能与其在光纤通信中的应用进行实验上的验证。
  具体工作成果如下:
  1.对偏振态发生器存在的“盲区”问题进行分析。
  2.提出了一种新的对偏振态进行精确高速控制的控制算法,先利用线性控制算法进行粗调,再利用可变步长的步进算法进行细调。
  3.搭建了偏振态发生系统,包括程序的编写、控制电路的调试、压电陶瓷性能的检测。完成了高速精密偏振态发生器部分硬件方面的搭建、与所有软件算法方面程序的编写。并对搭建后的偏振态发生器性能进行实验上的验证,经测量其在邦加球上由任意偏振态至目标偏振态的平均误差仅为0.03rad,且邦加球覆盖率为100%。
  4.对其在偏振模色散补偿、偏振主态方面的应用进行实验上的验证,利用基于精密偏振态发生器的偏振模色散补偿系统,对一、二阶偏振模色散进行补偿,并利用固定分析仪法(FA)对补偿后的效果进行测量。并利用其对一路压电陶瓷挤模拟外界压力的偏振主态进行校对。
[博士论文] 尹广玥
光学 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:准分子激光退火设备是高端有源矩阵液晶显示器和有源矩阵有机发光二极管显示器的工业生产中的核心设备之一,利用该设备可以对大尺寸基板上的非晶硅薄膜进行高效、高质量地晶化,从而大幅提高显示器的性能,然而,该设备牵涉到准分子激光器、光束整形等领域的前沿技术,研发难度大。目前,仅美国的相干公司等少数机构有能力提供高性能的商品化准分子激光退火设备,而国内该设备完全依赖于进口。准分子激光退火设备建立于大能量、高重频激光技术及均匀照明等众多关键技术之上,对这些技术展开攻关,使该设备国产化,对我国显示产业的发展具有重要意义。论文以基于薄膜晶体管像素开关的液晶显示技术及有机发光二极管显示技术为出发点,首先概述了激光退火工艺,然后重点介绍了准分子激光退火设备涉及到的大体积均匀放电、高压快脉冲激励、光斑匀化、微缩投影、线形光斑监测等单元技术;对上述若干单元技术开展研究,并集成线形光束扫描退火设备原理性样机;最后采用样机输出的线形光斑对大面积非晶硅薄膜进行退火,以验证样机的技术路线和设计方法的正确性,并研究过程参数对薄膜晶化质量的影响。
  设计并组装了一套高压快脉冲激励系统,激励回路采用了基于氢闸流管的反转倍压结构和基于磁脉冲压缩开关的能量转移结构,最终获得了峰值电压为42kV,上升沿为100ns的激励脉冲。采用张氏理论设计并加工了一套用于大体积均匀放电的电极,结合基于火花放电的预电离结构,对XeCl工作气体进行抽运,其中激活区长度为510mm,电极间距为30mm,电场不均匀度为27.8%。对工作气体组分对脉冲能量的影响进行了实验研究,当采用Ne气作为缓冲气体,HCl和Xe的含量分别为0.11%和2.86%,且总气压为2800mbar时,可以获得440mJ的308nm激光单脉冲能量;输出的激光近场光斑呈矩形,长轴宽度约为30mm,短轴宽度约为13mm。
  分别采用几何光学与波动光学的理论对透镜阵列的激光光斑匀化作用进行了分析。提出了一种线形光束整形系统的设计方法,首先依据工况需求对短轴投影镜头进行设计;然后采用匀化尺寸、远心照明、照明孔径角、一对一原则对短轴、长轴均束系统进行约束,以期获得合理的系统参数;最后根据均束系统的要求,求解扩束或缩束系统的参数。采用上述方法分别设计了远心和非远心照明的两套线形光束整形系统,对比分析了系统结构,分析结果表明,远心系统的大部分器件具有与线形光斑相仿的长度,且系统总长度大,器件加工与系统装调难度高。
  结合光学设计和仿真软件,讨论了阵列单元中心偏差、工作面的偏移等关键参数对线形光斑质量的影响,结果表明,在±0.3mm范围内,两套系统中的工作面偏离对线形光斑分布影响不明显,远心系统的长轴匀化光斑对工作面位置的大幅度变化不敏感。基于透镜阵列,加工并组装了一套非远心均匀照明系统;采用缩放法设计并集成了一套三片式折射型大孔径、小视场投影镜头,以20∶3的缩小倍率将视场光阑处的短轴匀化光斑投影于工件表面;此外,采用光斑转换模块使原始光束的截面横纵倒置,采用激光扩束模块对原始光束的短轴进行准直,其扩束倍率亦可限定光束尺寸,以配合均束系统的孔径。某次对样机的测试结果表明,线形光束整形系统的能量传递效率约为33%,工件表面的线形光斑尺寸为100mm×0.3mm,部分长轴光斑的均匀度可达到93.95%,平均能量密度可达到520mJ·cm-2。
  采用线形光斑对大尺寸非晶硅薄膜进行退火处理,研究了线形光斑的能量密度、辐照脉冲数量对薄膜晶化程度的影响,讨论了制备的大尺寸多晶硅薄膜的晶化体积分数及均匀性。实验结果表明,薄膜晶化的阈值为194mJ·cm-2;薄膜的晶化体积分数随能量密度先线性增大,再缓慢减小,线性增长因子约为0.3,当能量密度为432mJ·cm-2时,晶化程度最优;当辐照脉冲数超过20次时,薄膜的晶化体积分数维持稳定;当光斑搭接率为93.7%时,制备的大尺寸多晶硅薄膜右侧区域的晶化体积分数为92.26%,相对标准差为1.56%。
[硕士论文] 马鹏
机械工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:在基于脉冲飞行时间(TOF)测量原理的激光测距技术中,由于激光脉冲回波光强大动态范围变化,这会对测距精度带来较大影响,无法满足对远距离高精度距离测量的需求。本文设计并实现了一种利用光学衰减器减光的激光脉冲回波信号光强控制系统,并利用本系统将不同幅度的激光脉冲回波光强调节到一个固定范围内,以此来减小由于回波光强变化所引起的走离误差,提高测距精度。论文完成的主要工作有:
  首先,根据测距仪的脉冲参数确定本系统的主要技术参数,确定了回波光强控制系统的总体设计方案,之后对系统动态范围和走离误差进行理论分析和计算,并利用一个闭环负反馈控制系统来进行回波光强的调节。
  其次,完成纳秒级窄脉冲峰值保持电路设计,并实现对激光脉冲回波信号光强的检测;根据回波光强的动态范围设计光学衰减器并选用合适步进电机,完成衰减器驱动电路设计;完成基于单片机和FPGA的控制系统硬件设计,并编写控制程序。
  最后,搭建了回波光强控制系统实验装置,进行控制系统的分模块测试,测试结果表明,回波光强控制系统能快速、准确的检测重复率为10KHz、发射脉宽为15ns的激光脉冲回波光强;进行整个系统的联合调试,验证了本系统对于回波光强控制的有效性,满足设计要求。
[硕士论文] 王舒伦
电子与通信工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:窄线宽光纤激光器凭借其输出激光良好的单色性与相干性,以及其在各个应用场景下的应用优势,目前已经成为了光电子技术中最受瞩目的研究领域之一。而作为其中的新兴领域,2μm光纤激光器凭借其在大气中的超低吸收率,在激光测距、相干激光雷达中的应用也已引起人们的广泛关注。窄带光纤激光器的一项重要的评价标准就是输出激光线宽,而目前针对2μm波段的窄带激光线宽的测量手段却十分匮乏,并且即使以传统的测量手段对2μm波段的窄带激光进行测量,也会由于系统噪声等原因造成测量极限的约束。
  本文的主要工作如下:
  (1)从肖洛—汤斯线宽理论出发,从激光线宽原理的角度对线宽的产生、表征以及影响因素进行了介绍,并以理论配合仿真的形式描述了目前窄带激光中的主要线宽展宽成分——1/f噪声,并简明地介绍了线宽测量中用于数据处理的β算法。
  (2)根据传统线宽测量方法存在的缺陷以及在2μm波段线宽测量中的局限性,将常用于滤除信号噪声的互相关理论与传统线宽测量方案的核心思想相结合,提出了一种新型的基于互相关方法的窄带激光线宽测量方案,并分别从测量理论与仿真实验的角度对该方案进行了分析,证明了该方案的可行性。
  (3)对传统方法以及互相关法测量窄带激光线宽进行实验分析,获得不同测量方案的测量结果,并将测量结果进行比对,最终验证本文提出的新型测量方案对于测量极限的提升。
[硕士论文] 符传栋
光学工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:保偏光纤(PMF)是一种高双折射率光纤,根据其性质可以制成可调谐波片。可实现系统相位差的精确匹配,克服了当前各种波片只能提供固定的相位补偿难以精准匹配的缺点,且便于与光纤传输系统的尾纤直接连接。然而,PMF的主轴并不可见,且极易受附加应力的干扰。准确地找到保偏光纤主轴方向,并在主轴方向上施加应力,改变快慢轴的相位差实现对光的两个正交分量相位差的调谐,用于各光学系统的相位补偿就非常重要。本文提出了一种基于挤压保偏光纤的可调谐光纤波片,并设计出一种通光状态下定向挤压PMF的工艺装置,解决附加应力干扰、偏离正挤压等难点,为提高可调谐光纤波片的制作质量提供了的工艺保障;还设计出PMF自聚焦透镜性能测试的系统。
  本论文的研究内容如下:
  (1)设计了保偏光纤自聚焦透镜测试系统,对自聚焦透镜输出光斑的准直性能和模斑形状进行测试,并对光功率计进行改造,挑选出性能优良的自聚焦透镜用于可调谐波片系统中偏振光源的制作。
  (2)对基于PMF模式耦合理论进行了分析,利用MATLAB软件对于耦合强度与PMF受横向应力的大小、方向关系进行了仿真研究。研究表明,出当横向应力的方向与PMF主轴方向一致时,耦合强度最小且在此方向上挤压PMF只改变其相位差不改变光的偏振态的结论。理论分析用斯托克斯参量法测量光偏振消光比,并用MATLAB对挤压前后光传输偏振消光比进行计算,保证了实验的精度。
  (3)对可调谐光纤波片的驱动单元进行了设计,使输出电压在0-150V变化来控制压电陶瓷。对电路原理图进行设计,选择元器件,用Altium Designer软件绘制PCB板并制板。对供电电源进行设计,将家用交流电输出稳定12V直流电作为系统电源,对变压器进行设计,将电源电路与驱动电路集成于同一PCB板中。
  (4)完成了定向挤压装置的设计与制作,包括挤压器旋转平台、光纤连接适配器、光纤拉直固定器等,并解决了附加应力的干扰、偏离正挤压等问题。完成了PMF定向挤压实验,使用偏振分析仪观察实验中输入光偏振度的变化,准确找到PMF主轴方向。记录实验中斯托克斯参量,利用MATLAB计算实验挤压前后光偏振消光比,确保实验精度。设计铝盒结构分别将挤压单元和驱动单元装箱,使用驱动单元控制挤压单元对保偏光纤进行挤压,成功制作出可调谐光纤波片。
[硕士论文] 赵翔宇
光纤通信 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:目前,被动锁模光纤激光器已经被广泛使用在工业、医疗、生物和非线性光学等应用领域。可饱和吸收体作为被动锁模激光器中非常重要的器件之一,利用其能够吸收低功率信号、透射高功率信号的特性获得幅度调制特性,以实现锁模。其中,基于光纤的可饱和吸收体包括非线性光纤环路镜、非线性放大环路镜等。目前,双芯光纤由于其特殊的纤芯结构,已被验证能够作为可饱和吸收体。然而,对于双芯光纤可饱和吸收特性的研究大多基于准连续耦合方程,虽然可以满足脉冲宽度较大的情况,但对于飞秒级的超短光脉冲传输并不适用。基于上述研究背景,本文在考虑超短脉冲的情况下,针对基于高非线性双芯光纤实现可饱和吸收特性进行了深入研究。
  首先,本文对双芯光纤进行仿真分析,初步分析耦合系数与纤芯标准化间距、非线性系数与波长的关系。接下来数值求解准连续波耦合方程,从结果可知,在确定入射波长时,为了获得较低的可饱和吸收体饱和功率,可以适当增加标准化间距以减弱相邻纤芯间线性耦合,或者通过适当增加入射光功率来增强非线性作用。基于此结论,为下一步研究超短脉冲在双芯光纤中的特性提供了参数选择依据。
  其次,本文基于超短脉冲传输耦合方程研究了光脉冲通过双芯光纤实现可饱和吸收动态特性。与准连续耦合方程不同之处在于,超短脉冲传输耦合方程除了自相位调制和线性耦合,还考虑的影响因素包括光纤的受激拉曼散射(SRS)、自陡和色散作用,同时,论文还分析了光纤结构和入射脉冲参数对双芯光纤输出脉冲的时域波形、频谱和透射率的影响。本文分别求解只忽略SRS、色散或自陡效应项后的耦合方程,以研究以上因素分别对输出特性的影响。通过与求解完整超短脉冲传输耦合方程结果相对比,在本文选用的纤芯材料和光纤结构下,脉冲宽度小于1ps时,SRS会使饱和功率降低;色散作用会导致脉冲时域展宽以降低脉冲的峰值功率,从而减弱非线性所致饱和作用;自陡效应对此时的透射率的影响可以忽略。
  最后,本文将双芯光纤可饱和吸收体应用于全正常色散被动锁模光纤激光器中,并且进行数值计算分析。结果表明,基于高非线性双芯光纤可饱和吸收体的锁模光纤激光器可以实现自相似抛物脉冲波形的输出。
[博士论文] 王越
光学工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:光电探测器是捕获光信号并转换为相应电信号的一类探测器件。与无机探测器相比,有机探测器有诸多优点,例如:低成本、柔性以及可以大面积的制造等,因此被认为是可以替代无机探测器的一类新型器件。而在报道各种类型的有机探测器中,光电导型探测器由于其光响应高(外量子效率可超过100%)、结构简单等优点,受到了研究人员越来越多的关注。随着近年来各种新型器件的开发,器件效率不断被提升,但同时,这些器件往往存在着暗电流密度较高、线性动态范围较低、制备工艺复杂、材料存在毒性等问题,从而其未来走向应用化的前景受到了限制。因此,如何实现全优参数的有机聚合物光电导探测器,是目前该领域亟待要解决的问题。
  器件暗电流密度高低是影响光电探测器性能的关键。目前,大多数的有机聚合物光电导型探测器通常是基于电子给受体混合的异质结光功能层结构。然而,尽管这种异质结光功能层结构可以显著的提升光生激子的分离效率,但同时也会带来较大的暗电流,从而降低器件的性能。因此,首先,我们通过一步溶液旋涂法并附加低温退火的方式,引入水溶性的聚乙烯亚胺(PEIE)修饰层来修饰ITO电极,将其应用于以P3HT∶PC61BM为光功能层的聚合物光电导型探测器中,在-1V的工作电压下,最高的量子效率达到了3250%,比探测率为1.04×1012Jones,响应速度分别为上升时间78μs,下降时间87μs。器件的光辅助C-V特性、瞬态光电流特性等表征揭示了PEIE在实现聚合物光电导探测器高性能中的作用。同时,我们也注意到在线性动态范围这一参数上,PEIE器件最高仅能达到55dB,相比商用的无机光电探测器的线性动态范围通常可达到100dB以上,还有较大差距。且当改变入射光功率,器件的光响应会急剧衰减,这对于器件应用都是不利的因素。
  为了进一步优化器件性能:尤其是改善线性动态范围这一参数,在之前工作的基础上,我们通过引入锐钛矿相TiO2纳米晶,其可以分散于PEIE的溶剂水中,并作为电荷的“俘获中心”来提高器件性能。首先,我们合成了一种无表面配体的锐钛矿相TiO2纳米晶材料,将其制备成作为器件内部电荷“俘获中心”的修饰层,实现了基于P3HT∶PC61BM的较高性能的聚合物光电导型探测器件。器件在-1V的工作电压下:实现了113%的EQE响应,1.9×1012Jones的比探测率,上升时间34μs和下降时间26μs的响应速度等。接下来,在PEIE中引入优化后的TiO2纳米晶制备混合修饰层,从而提高PEIE器件的性能,在响应速度上,上升时间由78μs降低为42μs,下降时间由87μs降低为32μs,而线性动态范围上从55dB大幅提升为103dB,较PEIE器件提升了将近两倍,但同时,由于TiO2纳米晶的引入,PEIE器件的光响应(EQE)性能上却有所下降。
  为了能够在PEIE器件上同时得到较高性能的响应速度,光响应(EQE),线性动态范围等。我们通过调控ITO/PEIE/PC61BM∶P3HT/Al器件中的PC61BM受体在光功能层中的重量配比,发现调控给受体界面可以全面提高器件性能,尤其在达到高线性动态范围的同时,维持较高的光响应性能。所优化后的器件性能,最高EQE由1024%提高为12000%,同时线性动态范围由55dB提升为79dB,比探测率也从9.17×1011Jones最高达到2.59×1012Jones,响应速度上,上升时间为24μs,下降时间为78μs。通过光功能层的TEM图谱、器件的光辅助C-V特性曲线以及瞬态光电流等测试结果,分析了PC61BM受体含量,对给受体界面的影响以及改善器件性能的原因。
[硕士论文] 马玲丽
材料物理与化学 广西大学 2018(学位年度)
摘要:Sb基Ⅱ类超晶格具有良好的生长质量、灵活精确可调的带隙、优异的光学性能,在红外探测领域有着广阔的发展前景。其中不含Ga的InAs/InAsSbⅡ类超晶格同InAs/Ga(In)Sb相比,有更长的少数载流子寿命,近年来在实验上备受瞩目,即将成为红外探测器首选材料的趋势。
  在对Ⅱ类超晶格进行理论描述时,传统的k·p微扰理论和包络函数近似因为低动量假设的非普适性和界面处包络函数的非确定性而容易引发争议。全原子经验赝势方法可以有效避免上述误差,已成为解决大系统电子结构的有力工具。
  本文采用全原子经验赝势方法,探究了不同生长模式对InAsSb合金体系带边能级的影响;以实验上提出的一个性能优异的Ⅱ类超晶格结构173(A)InAs/72(A)InAs0.72Sb0.28为基础,从载流子空间局域和带边跃迁矩阵元的角度分析了该结构与相关体材料以及Ⅰ类超晶格相比的优越性;探究了合金层的组分和厚度对超晶格带边能级的影响,并证实了量子限制效应的重要性;并把带边跃迁矩阵元作为衡量载流子寿命的品质因子,针对固定波段的超晶格系统进行优化,得到了性能更优的体系163(A)InAs/82(A)InAs0.72Sb0.28。
[博士论文] 张甦
光学工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:二极管泵浦的2μm正交偏振与锁模固体激光器输出波长对人眼安全且处于大气透明窗口,在相干多普勒测风雷达、差分吸收雷达、医学成像与诊疗、超精细材料加工、精密光谱学以及非线性频率变换等领域具有重要的应用前景。本文采用Tm,Ho∶LLF晶体作为激光增益介质,从理论和实验两方面开展了对正交偏振以及自锁模Tm,Ho∶LLF激光器的研究工作,并对理论仿真结果以及实验结果进行了详细的分析与讨论。最终通过使用a轴切割和c轴切割两种切割方式的Tm,Ho∶LLF激光晶体分别实现了正交偏振激光输出,采用a轴切割的Tm,Ho∶LLF激光晶体实现了自锁模脉冲激光输出。
  首先,基于对Tm,Ho∶LLF晶体的吸收谱与发射谱的分析,分别计算了不同粒子数反转比率下Tm,Ho∶LLF晶体π(E//c)偏振与σ(E⊥c)偏振的增益谱。通过分析Tm,Ho∶LLF晶体的能级结构以及粒子跃迁过程,建立了Tm,Ho∶LLF正交偏振准三能级速率方程,并数值模拟了a轴切割正交偏振Tm,Ho∶LLF激光器的输出功率以及净增益系数等参数随泵浦功率的变化关系。通过对两正交偏振态净增益系数的分析,揭示了具有偏振共存与切换的光学双稳Tm,Ho∶LLF激光器的形成机理。讨论了腔内非衍射损耗以及输出镜透过率等参数变化对正交偏振Tm,Ho∶LLF激光器输出特性的影响。同时理论仿真了正交偏振、单一π偏振和单一σ偏振单纵模Tm,Ho∶LLF激光器的输出特性。
  其次,采用a轴切割和c轴切割两种切割方式的Tm,Ho∶LLF激光晶体,分别实现了单一偏振以及正交偏振激光输出。在单一偏振运转模式下,分别研究了Tm,Ho∶LLF激光器的多模、单纵模以及被动调Q输出特性,并对实验结果进行了分析与讨论。随后对a轴切割正交偏振Tm,Ho∶LLF激光器进行了详细的实验研究,在输出正交偏振激光的同时,还伴有光学双稳以及偏振切换现象。利用在激光谐振腔内加入F-P标准具选取单纵模的方法,分别实现了正交偏振、单一π偏振和单一σ偏振单纵模激光输出。与此同时,采用c轴切割的Tm,Ho∶LLF激光晶体,同样实现了多模和单纵模的正交偏振激光输出,并对其输出特性进行了详细的实验研究与分析讨论。
  然后,采用两块c轴互相垂直的a轴切割Tm,Ho∶LLF激光晶体进行串接,实现了多模以及单纵模正交偏振激光输出,通过选取三种不同的输出镜透过率,分别对双晶体正交偏振Tm,Ho∶LLF激光器的输出特性进行了详细的实验研究。采用双晶体实现正交偏振激光输出的方法,激光器输出的激光没有出现光学双稳以及偏振切换现象,同时输出功率也较为稳定,没有出现竞争现象以及偏振旋转现象。
  最后,采用一块a轴切割的Tm,Ho∶LLF晶体作为增益介质,无需在激光谐振腔内加入任何调制器件,实现了Tm,Ho∶LLF自锁模脉冲激光输出,并对Tm,Ho∶LLF自锁模激光器输出功率,光谱特性以脉冲宽度等输出特性进行了详细的实验研究与分析。
[硕士论文] 王胜涛
光学工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:X射线显微成像技术能够对样品的内部结构实现高分辨率的无损伤观测,有着高分辨率、高穿透性、丰富的衬度机制以及友好的成像环境等特点。此技术在微电子、生命科学、材料科学等领域有着广泛的应用前景。波带片是X射线显微成像技术中实现聚焦和成像的关键元件。波带片环带的几何参数直接影响了成像的分辨率,而当X射线能量较大时,需要足够的波带片厚度(或称为高度),才能获得高衍射效率,因此要求X射线波带片具有大的高宽比。大高宽比X射线波带片的传统制作工艺复杂,价格昂贵。本文的工作,采用原子层沉积和聚焦离子束切割技术相结合的方法,探索了大高宽比X射线波带片的批量制备方法,主要研究结果如下:
  (1)计算了金波带片高度、X射线能量、衍射效率之间的关系。计算了四种材料组合(HfO2/Al2O3、HfO2/SiO2、Ir/Al2O3、Au/air)的波带片,在不同X射线能量下(5keV、8kev、10keV、15keV、20keV、24keV)的衍射效率,结合材料的成膜特点及工艺匹配来分析,进行波带片叠层材料的选择和结构设计工作。
  (2)探究了原子层沉积技术制备氧化铝和氧化铪薄膜的工艺条件,考察了沉积温度100℃-300℃时,在氧化铝和氧化铪薄膜的生长速率,表征了氧化铪和氧化铝薄膜的原子比和表面粗糙度。
  (3)在硅片和钨丝衬底上表征了实验工艺对20nm和10nm氧化铪和氧化铝等厚叠层的控制能力。利用原子层沉积技术,在电化学抛光法制备的直径为30μm的钨丝上沉积氧化铝和氧化铪薄膜叠层。经聚焦离子束切割,最终完成高度为10μm(高度不受限)、最外环宽度为10nm、高宽比为1000的波带片制作。初步实现了超大高宽比X射线波带片的制备。为后期相关工作者提供了一定研究基础和参考价值。
[硕士论文] 周纤
核科学与技术 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:高品质高亮度的γ光源在各类科学研究及生产生活中有着越来越重要的作用,而基于康普顿背散射的γ光源因其具有高亮度、准单色、高准直性和高能量等一系列特点,成为了高能γ光源的研究及应用方向之一。
  在康普顿背散射γ光源中,要产生高强度光子需要适当的碰撞角度和散射角度、横向尺寸小的高能电子束和激光束。为了获得高功率入射激光,可以将激光馈入激光储能腔中来回反射并进行相干增强,从而对激光进行储能与增强。为了获得更高强度的康普顿γ光源,需要对激光储能腔进行深入的研究与设计。
  在设计激光储能腔时,需要考虑其稳定性以及其与激光的匹配性。我们将运用矩阵光学的方法并通过MatLab进行分析计算,确定激光储能腔的稳定条件。本文给出了适合脉冲重复频率为81.25MHz的锁模激光的激光储能腔的设计方案,并分析了其可行性与可靠性。
  要维持激光储能腔中激光的稳定增益,需要保证激光在储能腔内持续共振,因此构建激光-激光储能腔系统的稳频系统亦尤为重要。鉴于系统对稳频方法的稳定性及有效性要求,我们选用的稳频方法是PDH(Pound-Drever-Hall)技术。
  基于激光与微波的相似特点,我们在微波谐振环上搭建了PDH稳频系统,来验证PDH技术的普适性及可行性。系统通过对入射信号进行调制,再对谐振环的反射信号进行处理得到误差信号,并用LabView程序进行反馈稳频。经过低馈入功率及高馈入功率条件下的实验验证,证明了PDH技术对微波谐振环的适用性,该方法提高了微波谐振环锻炼平台的功率增益,提高了其工作效率。
  在研究激光储能腔的同时,基于合肥光源恒流运行的需要,本文在前序研究的基础上,对合肥光源的辐射防护监测系统进行了完善并进行了剂量分析。
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