一、光弹效应在光电子器件中的应用（论文文献综述）
刘彧希,杨晓彤,郭庆宇,张頔,李春燕[1]（2021）在《利用液体超声驻波演示光弹效应的实验研究》文中提出本实验利用超声驻波能量分布特性,使各向同性液体介质密度发生规律性变化,得到各向异性的液体介质从而演示光弹效应.相比于传统的演示方法,该实验通过颜色转变直观地体现折射率变化导致的光弹效应,操作简单且现象明显,让观察者更好地认识光的偏振性质,是对传统教学的一种有益补充.
郭荣翔,高浩然,程振洲,刘铁根[2]（2021）在《中红外锗基集成光电子研究进展》文中进行了进一步梳理中红外（波长为2～20μm）集成光学在光谱分析、环境监测、医疗诊断、通信测距等领域具有广泛的应用前景。在现有的中红外集成光电子材料中,"IV族"半导体材料（如硅、锗、锡、石墨烯等）具有超宽的光谱带宽、出色的光电特性、良好的物理化学稳定性、器件制作与互补金属氧化物半导体（complementary metal oxide semiconductor, CMOS）技术兼容等优势,得到了广泛的关注。回顾了基于"IV族"材料的中红外集成光电子的发展历程,重点针对近年来新兴的中红外锗基集成光电子的器件和应用进行了综述,对中红外集成光电子的发展前景进行了展望和讨论。希望能够为中红外光学、硅基光子学、锗基光子学、光电材料、光学传感和光谱等领域的研究工作者提供有用的参考资料。
刘芯雨[3]（2021）在《硅基片上偏振调控器件研究》文中研究指明进入21世纪以来,随互联网技术的发展以及各种智能终端的普及,尤其5G时代的到来,以及随之而来的物联网发展和云计算等新概念的引入,包括近期受新冠疫情刺激,新兴的线上服务业的蓬勃发展,人们工作和日常生活中对数据通信的速度、容量等需求日益增长。硅基光电子集成芯片,以其低损耗、结构紧凑、CMOS工艺兼容等一系列优势,作为新一代光通信、光互联的技术支持吸引着越来越多的关注和研究。目前已有很多成熟的可插拔光模块在数据中心等应用场景发挥着巨大的作用,但同时,我们也应认识到更高效更快速更大容量的硅基集成光子芯片仍然是我们发展的方向和急需攻克的难题,为此,我们仍要进一步提升其器件性能、降低波导损耗、进一步扩大光互联的数据传输容量。其中,光无源器件作为一种技术相对成熟,已有大量性能优越的可工业投产的结构器件,拥有非常广阔的发展前景。光无源器件是一种不需要借助外部光或电的能量,由自身能够完成某种光学功能的光学元器件。应用光无源器件,我们可以发展多维混合复用技术,极大的提升信息传输的速率。而偏振态,作为一种光的重要属性,一直备受关注。本文中,我们面向多维混合复用技术中的偏振复用,分别提出了面向目前通信常用波段C波段,新兴波段O波段,以及即将发展的2μm波段的偏振调控器件,为应用在不同的偏振调控场景,分别设计了不同功能的偏振调控器件,包括偏振分束器,偏振旋转器,以及偏振旋转-分束器。为解决片上偏振敏感问题提供了完备的解决办法。首先,针对偏振分束器方面:我们面向2μm波段,提出了一种基于弯曲的非定向耦合器与槽型波导结合的,全新结构的偏振分束器,该结构显着增大了 TE偏振态的折射率失配,在保证TM偏振态耦合的前提下,完全抑制了 TE偏振态的耦合。该器件最小线宽180nm,保证了与目前成熟的光刻工艺兼容,为器件工业化批量生产提供了便利。利用该结构,仿真实现了 195nm带宽范围内,TM偏振态消光比大于15dB且损耗小于0.5dB,同时,TE偏振态消光比更是可以超过30dB,取得了非常良好的结果。针对实际加工测试结果,也保证了120nm带宽范围内TM偏振态消光比大于15dB,TE偏振态消光比大于20dB;同时TE、TM偏振态的损耗均小于0.5dB的优秀性能。实现了工作在2μm波段,大带宽,高性能的全新偏振分束器结构。其次,在偏振分束器的新原理新设计思路方向,我们面向C波段这一常见通信波段,利用亚波长光栅结构,将SOI平台转化为各向异性介质,对不同偏振态,具备不同的耦合系数,并以此为理论,制造出了只对TM-偏振态出现耦合状态,TE-偏振态完全不耦合的一种新型PBS结构,该PBS器件对于TE-偏振态,具有100nm带宽范围内消光比一直大于40dB的优秀性能。同时,利用这一结构,我们可以在SiN平台上完成类似的偏振分束器的设计,为解决包层芯层折射率差很小时的偏振分束器结构提供了设计思路。第三,针对偏振旋转器方面:我们面向目前常用的光通信波段C波段,提出了一种基于锥形渐变的槽型波导结构,该结构基于超模演化理论,相较于目前已有的硅基片上偏振旋转器结构,具有大带宽,低损耗的优点。我们针对最小线宽180nm和最小线宽150nm,分别设计了两组偏振旋转器参数,针对最小线宽180nm的成熟光刻工艺兼容偏振旋转器,仿真验证工作中心波长的最大消光比可达48dB,同时保证100nm带宽范围内消光比大于12dB。并完成了相应的器件加工制造,测得性能100nm带宽范围内消光比大于10dB,同时损耗小于1dB。为获得更好的宽带性能,我们将最小线宽降到150nm,并得到了 100nm带宽范围内消光比大于20dB的大带宽超高消光比偏振旋转器仿真性能。第四,针对偏振旋转-分束器方面:我们面向目前色散损耗最低的O波段,提出了一种使用粒子群算法优化的超紧凑型偏振旋转-分束器结构。相较于目前已有结构,该偏振旋转-分束器在保持大带宽、高消光比、低损耗的前提下,将正常情况下几百μm长度的器件尺寸缩小到60μm。为将来如何在固定芯片尺寸前提下,更加紧凑的排布器件,增加器件个数提供了解决方法。最后,对全文的主要工作做出了总结,并对硅基片上偏振调控工作做出展望。
韩晶慜[4]（2020）在《采用逆向设计的新型高集成度光子器件研究》文中研究指明在过去约70多年的信息化进程中,以硅材料为基础的集成电路技术通过不断提高集成度为科学技术的进步做出了巨大的贡献,以不同材料为平台的集成光学技术努力使器件小型化,催生了纳米光子器件。在光电融合,统一发展的过程中,在硅材料平台上进行微纳光电子集成,有望实现超大容量,超高速率,低能耗,低串扰的信息传输。为了进一步提高硅基光电子器件性能,本论文在逆向设计的思想下,就新型的光电子器件展开了研究。主要的研究内容和成果如下:（1）设计了一种可作为光混沌源的新型硅基微腔光机械系统。所提出的二维光机械腔是通过将纳米机械双梁谐振器引入到宽度调制的线缺陷光子晶体腔中而形成的。该系统能够实现强光机耦合,具有超小的有效质量及超高的光学品质因数。在有效运动质量小至11.3fg且模拟光学品质因数为5.97×107的情况下,实现了光机耦合速率g0/2π=458kHz。（2）提出了一种基于逆向设计的可调四通道波分复用器。在绝缘体上硅平台上,采用了先进的目标优先的逆向设计算法,在通道间隔60nm且器件尺寸仅为20.16μm2的情况下,实现了大约70%的传输和小于-13dB的信道串扰。同时,探索了针对器件折射率的改变,波分复用器目标波长的可调性。时域有限差分仿真表明,当折射率值增加时,四个通道的工作波长会发生均匀地红移。（3）提出了一种基于表面等离激元的双通道波分复用器。在银平台上,针对1380nm和1550nm两个波长,利用直接二进制搜索逆向设计算法,得到与设计目标匹配的空气孔的分布。当器件尺寸为0.5μm×0.55μm时,两个通道处的插入损耗为-0.67dB和-0.89dB。此外,比较研究了不同器件尺寸,不同单元尺寸的情况下的优化结果。在一定范围内,器件尺寸增大,单元尺寸减小,由于可调节的自由度变大,器件容易拥有更好的性能。（4）提出了一种基于表面等离激元的结构性彩色滤波器。该滤光片由四个MIM等离子体波导（一个输入接入波导,三个输出接入波导）和一个耦合区域组成。针对RGB三原色,利用直接二进制搜索逆向设计算法,得到了耦合区域中银与空气的相对分布。在0.5μm×0.55μm的尺寸上,实现了大于70%的透射率,并绘制了标准的国际照明委员会（CIE）1931色度图。
曹忠旭[5]（2020）在《基于石墨烯增强型全光纤谐振腔激光与传感器件研究》文中提出石墨烯自诞生以来,因其具有的超高的载流子迁移率、超高的表面体积比、超快的导热性能、出色的电光可调性能以及优异的生物亲和性等天然优势,受到全世界科研人员的广泛关注和深入研究。值得一提的是,基于石墨烯增强型的光电信息器件的相继问世,为当代超高速光通信和智能信息感知带来了革命性的变化。石墨烯这种优异的二维材料与信息器件的结合将有力地推动信息通讯、环境监测、医学检测等领域的发展。在上述背景下,“光纤上实验室”概念的提出则为石墨烯的应用拓展提供了新的思路,将高质量单原子厚度的二维石墨烯薄膜材料集成于全光纤谐振腔内部,光纤谐振腔提供器件的光学能效,同时石墨烯显着地增强光与物质相互作用,利用石墨烯的优异特性大幅地提高器件的光学性能。本论文立足于全光纤谐振腔结构,采用高质量的石墨烯薄膜材料及其衍生物,利用石墨烯大范围可调的光电子特性、优异的生物亲和性、荧光共振转移等特性,将石墨烯及其衍生物作为腔内生化传感平台和可调控模块,实现超高灵敏度选择性生化分子光电探测和高重频可调激光光梳稳定输出。综上所述,本论文的研究内容主要分为以下4部分:（1）系统地调研了石墨烯材料的国内外研究现状,针对光学微结构传感器、超快激光器和光频梳器件的发展现状进行了综述,同时对基于石墨烯的光纤信息器件的发展和应用进行了详细的总结,针对基于石墨烯及其衍生物的超高灵敏度生化传感器和超快激光器发展过程中的科学性问题,提出本课题的研究意义。（2）系统阐述了石墨烯材料的光电子特性和光纤谐振腔的工作原理。详细地介绍了全光纤谐振腔的制备加工工艺、石墨烯及其衍生物的制备和器件化转移方式,分别针对石墨烯增强型光纤法布里-帕罗微腔生化传感器以及基于石墨烯的全光纤法布里-帕罗腔光频梳的器件进行了详细的制备工艺介绍和表征测试。（3）提出并实现了一种基于部分还原的氧化石墨烯内部沉积的全光纤微腔选择性超敏生化传感器,将传感器采用不3种不同方式进行功能化,利用部分还原的氧化石墨烯的荧光共振转移特性和生化可调性,实现对多巴胺分子、尼古丁分子、单链DNA分子的选择性传感测量,采用拍频降噪锁相放大系统结合高灵敏度光电外差检测手段,实现对上述三种生化分子的实时动态检测,传感灵敏度达分子量级。（4）提出并实现了一种全光纤石墨烯电可调高重频激光光频梳器件,通过将金-石墨烯-金异质结集成于光纤端面,利用外部电学调制精确调控石墨烯费米能级,石墨烯异质结作为可调饱和吸收体、电控色散延迟单元、快速电光负反馈稳定模块,实现高重频孤子锁模光频梳稳定输出以及高精度大范围电学动态调制,光谱范围为1300 nm—1800 nm,重频可从9.72 GHz调至77.8 GHz,脉宽达皮秒量级。
呼媛媛[6]（2019）在《基于双芯光纤的双锥角MZI型传感器的研究》文中进行了进一步梳理科学技术的迅速发展,经济水平的逐渐提升,以及国民对大型建筑质量问题的关注等,使得光纤传感也逐渐进入人们的视线。近年来,关于光纤传感的相关研究已涉及多个领域,并且也取得了许多的研究成果。光纤传感器与传统的电学传感器相比较有众多的优点,它可以实现大范围且精度高的检测,特别是相位调制型的光纤传感器。针对这一研究热点,从马赫-增德尔干涉型（MZI）的传感结构出发,并借助于双芯光纤折射率分布的特殊性,本文以双芯光纤为载体提出一种构造新奇的双锥角光纤应力传感器。主要的研究工作如下所述:（1）简要介绍了本文研究光纤传感器的大环境和必要性,以及光纤传感器和双芯光纤当前国内外的发展近况;论述了光纤传感器的工作机理,剖析了各种类型应力传感器的优势与不足。（2）根据双芯光纤的结构特征,结合耦合模式理论剖析研究了双波导模型的耦合原理。通过MATLAB仿真软件模拟并论述双芯光纤的耦合特性,对于对称结构的双芯光纤,两纤芯的互耦合系数是一样的。而对于非对称的双芯光纤,其耦合因子的大小代表了两个纤芯耦合的强弱。（3）从光纤结构连接以及光纤间的熔接方法出发,研究并模拟双芯光纤结构参数、偏置位移的变化等对光纤传感器传输能量的分布和光谱特性的影响。对双芯光纤MZI传感原理以及应力传感原理进行分析与研究。（4）基于对拉锥结构和偏置结构的仿真分析,提出了一种基于马赫-增德尔干涉仪的双锥角双芯光纤应力传感器。通过实验分别探究了双锥角与偏置结构级联、与拉锥结构级联的应力传感特性。实验数据显示,该结构的应力传感器不仅制作简单且灵敏度较高。进一步分析实验数据,得到双锥角与偏置结构级联的传感器在波长为1716.5nm处的应力灵敏度为7.6pm/με,在波长为1446.2nm处获得了最大的消光比19.3dB,且此处的应力灵敏度为6.39pm/με。相比于其他的应力传感器,该结构的传感器性能有了很大的改善,其灵敏度约为之前提出结构的两倍左右。而双芯光纤与单模光纤锥接的传感器结构在波长1455.5nm处获得的应力灵敏度为2.66pm/με,在波长为1665.9nm处得到的灵敏度为2.36pm/με。
张芮闻[7]（2018）在《基于硅基集成波导的前向受激布里渊效应研究》文中研究表明随着大数据、云计算和物联网等信息技术的发展,人们对高速网络数据的传输、处理以及存储有着越来越高的需求。光互连作为一种新兴的数据互连方式,它具有大带宽,高传输速率和低功耗的优点,可以很好地解决传统电互连传输带宽小、时延大、功耗高以及串扰大等缺点,具有很大的发展潜力。硅基集成光子器件是实现光互连技术的关键器件,其制作工艺能够与现有的成熟互补金属氧化物半导体（CMOS）制造工艺相兼容,而且具有集成度高、成本低廉、功耗低等诸多优点,可广泛用于片上光通信、高速光互连、光学生物传感以及微波光子学等多个领域。硅基集成光子器件在光通信波段可以实现近乎透明的信号传输,而且其高折射率使得器件的尺寸得到极大的缩小。这不仅能够产生强烈的光场限制,而且也极大的增强了波导内的光能量密度,从而激发起丰富非线性光学效应,可以被用来构建多种不同用途的集成光子器件。受激布里渊散射（SBS）是最常见的非线性光学效应之一,在光学传感、微波光子学、全光信号处理等领域具有广泛的应用,因此一个可集成的片上SBS器件在未来的信息系统中将发挥重要的作用。在国家自然科学基金项目的资助下,本论文优化设计了几种硅基波导器件,并对其中的前向受激布里渊散射（FSBS）效应进行了一系列的理论分析、仿真模拟以及实验研究,取得的主要研究成果有以下几个方面:（1）分析了FSBS效应的基本原理,声光相互作用过程中的耦合波方程以及前向和后向布里渊效应相位匹配条件的区别。利用电致伸缩张量和麦克斯韦张量分析了电致伸缩力和辐射压力的物理机制,并且在同时考虑这两种力的情况下研究了FSBS增益系数的全矢量理论模型,其可以同时适用于微米尺寸和纳米尺寸光波导的FSBS增益系数计算,具有广泛的适用性。（2）提出一种蜂巢晶系的声光子晶体波导实现慢光增强的FSBS效应。这种波导是由光学和声学材料性质不同的介质在空间上周期排列形成,可以同时支持光子和声子带隙。通过在晶体波导中引入线缺陷,不仅可以产生慢光增强效应,而且相应的光场和声场被限制在线缺陷中,这可以有效的加强声光耦合作用,从而进一步激发模内和模间的FSBS。最后在考虑声光子晶体波导中的慢光增强效应和非线性光损耗的情况下,利用声光耦合方程组数值计算了布里渊过程中的能量变化过程,最佳长度以及Stokes光放大情况。仿真结果显示在100 mW的泵浦功率下,可以在较短长度（200μm）的波导内实现较大的Stokes光放大（18 dB）。（3）提出一种声光混合波导实现FSBS效应。通过在氮化硅（Si3N4）声子晶体波导中引入矩型硅（Si）波导的线缺陷,实现了声场和光场的同时控制。通过对比三种不同晶系的声子晶体波导以及其相关结构参数对声场特性的影响,从而给出了最佳的晶格种类以及结构参数,以获得增强的声光相互作用。在实验中,利用CMOS兼容的工艺制作了声光混合波导,测量的布里渊频移高达2.425 GHz,相应声场模式的Q因子为1100。声光混合波导的声场和光场性质可以分别通过改变Si3N4声子晶体波导和Si波导的结构进行独立的调控,这种特性有望用于实现多种集成声光器件。（4）提出一种跑道型微环实现谐振加强的FSBS效应。跑道微环完全由标准的220 nm SOI基片制作,Si与二氧化硅（SiO2）之间的高折射率差使得Si跑道微环对光场有强烈的限制作用。同时微环底部的SiO2基底被部分腐蚀,从而形成了一种部分悬空结构,使得声场能够被限制在跑道微环中,实现加强的声光相互作用。实验中,8 mW的注入泵浦功率产生了2.5 dB的布里渊放大。同时还实验分析了不同波导宽度对布里渊频移的影响,结果表明通过改变波导宽度可以方便的调谐布里渊频移。这种部分悬空的微环波导器件具有布里渊阈值低,集成度高,尺寸小,制作工艺简单的优点。（5）提出一种矩型螺旋微环谐振腔并实现前向的级联布里渊激光（CBL）。通过部分悬空螺旋微环,声场和光场得到了很好的限制,从而增强了声光相互作用。同时精确的设计螺旋微环的自由频谱范围（FSR）,使其等于布里渊频移一半,以获得布里渊激光震荡。而且螺旋结构使得0.6368 cm长的谐振腔尺寸只有250×330μm2。在实验中,制作的螺旋微环被集成在光纤环路中,不仅可以作为谐振加强单元用于产生布里渊散射的初始泵浦激光,而且还可以提供布里渊增益以激发布里渊激光。最后测得了4个反斯托克斯（anti-Stokes）激光线和3个斯托克斯（Stokes）激光线,布里渊频移约为12.0463GHz。该方案为在硅基光子芯片上实现CBL提供了一种新的途径。
马天雪[8]（2017）在《声光子晶体结构中的波传播及声光耦合作用研究》文中提出声光子晶体是一种同时具有光子和声子带隙的周期性结构。声光子晶体为同时控制光波和声波的传播提供了一个系统的平台,并在光学、声学及声光多功能器件、腔光力学等领域展现了十分广阔的应用前景。本文利用有限元方法,针对声光子晶体双重带隙的调控、体模式和边界模式的光波和声波传播特性、谐振腔结构中的声光耦合效应以及器件设计等若干问题进行了研究。主要内容和结果包括:1.提出了一类具有纹理拓扑形式的二维声光子晶体结构,该类结构可以同时产生光子和声子体波带隙;分析了二维体系下光和声的体波及表面波模式的波动特性;设计了表面模式谐振腔和含空气狭缝的谐振腔,并分析了上述结构中的声光耦合效应。结果表明:正方晶格和蜂窝晶格有利于同时产生较宽的光子和声子体波带隙;针对不同的表面结构形式,声表面波可表现为耦合共振模式或局域共振模式;通过改变表面结构可以有效地调控光和声的表面波模式,且容易同时获得光和声的表面波模式（或带隙）;若声学谐振腔模式具有偶对称性,且光学和声学谐振腔模式波场的重合程度高,则声光相互作用增强;含空气狭缝的谐振腔由于光场和声场间的重合程度较高,比表面模式谐振腔表现出更强的声光耦合作用。2.在具有纹理拓扑形式的二维声光子晶体基础上,提出了同时具有光子和声子带隙的声光子晶体板结构;分析了光和声的板波及侧表面波模式的波动特性;设计了含空气狭缝的声光子晶体板谐振腔,并分析了谐振腔中的声光耦合效应。结果表明·这类声光子晶体板可以在较广的几何参数范围内同时产生较宽的光子偶模（或奇模）带隙和声子带隙;通过改变侧表面结构可以有效地调控光和声的侧表面波模式,且容易同时获得光和声的侧表面波模式或带隙;含空气狭缝的谐振腔,由于其光场和声场高度重合,因此表现出很强的声光耦合作用,且移动界面效应在其中占主导地位。3.提出了两类具有纹理拓扑形式的三维声光子晶体结构,这两类结构均可以同时产生光子和声子带隙,其中第一类模型散射体位于晶格格点并由细圆柱相连接,第二类模型为在硅基体中挖球形孔而形成的开孔式周期结构;分析了该体系中光和声的体波、表面波和棱波模式的波动特性;讨论了缺陷的几何参数对点缺陷和线缺陷的影响。结果表明:第一类模型利于同时产生较宽的光子和声子体波带隙,但第二类模型利于在实验室加工制备;通过改变表面结构可以有效地调控光和声的表面波模式,其中同时获得光和声的表面波模式相对容易,而同时获得光和声的表面波带隙则相对困难;通过改变棱边结构可以有效地调控光和声的棱波模式,由于获得光棱波模式相对困难,为了同时获得光和声的棱波模式在结构设计中应以获得光棱波模式为前提,并在此基础上调节棱边结构;在声光子晶体的缺陷态下光场和声场均呈现高度局域化,且通过改变缺陷的几何参数可以有效地调控缺陷态。4.设计了基于表面波模式的声光子晶体液体传感器及声光子晶体单向传输结构。结果表明:声光子晶体传感器可以同时检测液体的光学折射率和声速,且具有较高的灵敏度,与传统纯光子或声子晶体传感器相比其优势在于多物理参数的同时检测;与体波器件相比表面波器件中的表面波更容易激励和接收。对于单向传输结构,在格栅衍射和方向带隙共同作用下,方向带隙频率范围内光波和声波均出现了单向传输效应;在极化模式转换和模式带隙共同作用下,模式带隙频率范围内的声波会出现单向传输效应。总之,本文的研究结果表明,无论是二维还是三维体系下,为了同时获得较宽的光子和声子带隙,可以令声光子晶体具有如下的结构拓扑形式:电介质柱或球位于晶格节点且由较细的电介质体相连接。体波带隙是产生表面波模式及带隙的前提,而表面波带隙是产生棱波模式的前提,因此获得较宽的体波带隙对于边界模式的调控和应用至关重要。
姚佰承[9]（2016）在《光纤/石墨烯复合光波导特性研究与器件实现》文中认为本论文属光学工程学科,微纳光子学领域。石墨烯,一种呈蜂窝状晶格排列的单原子层二维碳单质材料,其发现获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯及其衍生材料以其独一无二的物理化学特性和广泛的应用前景,交叉跨越传统的材料科学、介观电磁学、量子信息学、热力学和凝聚态物理等诸多领域,正在为当代科技带来革命性的变化。特别是近年来在光电子学领域,基于石墨烯的光学和光子学研究提出了一系列新概念、揭示了一系列新原理、展示了一系列新现象、开发出一系列新器件,逐渐形成了石墨烯光子学的新方向。在石墨烯光子学高速发展的道路上,其与光纤的结合是大势所趋,基于光纤/石墨烯的复合波导,兼具光纤和石墨烯的优势,显现出巨大的科学研究价值和技术应用潜力:（1）传统光纤需要石墨烯提供的功能化和可调节特性以实现新的器件,石墨烯需要一种性质稳定、广泛应用、低损耗和易操作的波导载体（光纤）以实现其光学能效,推进其实用化,二者的统一相辅相成,具有必然性;（2）石墨烯作为大面积的柔性薄膜,在CVD生长和湿法转移等技术的支持下,能有效在各类光学波导上覆盖、沉积,而光纤在经过加工后能和导行倏逝波,和石墨烯高效地相互作用,二者的组合具有高度的可行性。然而,基于石墨烯的光纤光子学研究,作为一个跨越多个学科和领域的新兴课题,仍然处于探索阶段,面对复杂的实际需求,面临诸多挑战,需要在光纤/石墨烯复合波导的特性探究、结构设计、功能实现和性能评估中做大量的工作。正因为如此,光纤/石墨烯复合光波导特性研究与器件实现这一选题,视角前沿内涵丰富、服务面广,既面向世界范围内的研究热点,也切合微纳光子学发展中的战略布局。本论文在国家公派联合培养博士生项目（CSC201506070043）、国家自然科学基金项目（61290312,61205048,61107072,61107073,61475032）、教育部创新团队发展计划（IRT1218）、教育部国家外专局111项目（B14039）和电子科技大学优博选培计划优博学术支持计划等项目的支持下,我们有幸在石墨烯光学的兴起之初,在国际上率先开展了光纤/石墨烯复合波导及其传感器件的研究,为石墨烯光纤光学新分支做出了重要的贡献,主要包括:率先完成对光纤/石墨烯复合波导的物理建模和导波特性研究,首次提出和实现了全光纤测量石墨烯复合波导折射率的新方法并测定了石墨烯1500nm-1600nm的色散;提出和实现了首个石墨烯-微纳光纤气体传感器,并不断丰富结构,发展出一脉相承的光纤/石墨烯复合波导生化传感器家族,并不断提高灵敏度;提出并实现了首个基于石墨烯的脉冲随机光纤激光器和首个逼近傅里叶转换极限的石墨烯-DFB高能调Q激光器;以有源化石墨烯光纤光子学为目标,实现了片上电光可调的石墨烯DFG-SPP以及Kerr光频率梳的的激发和控制。本论文主要研究工作内容总结如下:（1）建立了光纤/石墨烯复合波导的新模型,系统阐述了将光纤/石墨烯复合波导的线性传输特性,将石墨烯等效为厚度为0.4nm的超薄波导,其光学折射率由自身电导率决定,进而影响复合波导的复数模有效折射率,演化出丰富的物理内涵。本论文从导波理论、干涉理论和模式理论出发,深入的分析了光纤/石墨烯复合波导时、频、空响应,建立了其具有广泛物理意义的光学模型。（2）提出并实现了多种光纤/石墨烯复合波导新结构,并详细介绍了各类光纤/石墨烯复合波导结构的制备工艺和表征方法。通过熔融拉锥法、化学溶蚀法,制备出直径分布从1μm到10+μm、无内部微结构和带有内部微结构的微光纤;通过机械抛磨方法,制备出材料分布从石英光纤到PMMA光纤、模式结构从单模到多模、抛磨深度达60μm的D型光纤;通过CVD、湿法转移、液相还原和p/n掺杂技术,成功将1层到多层、长度5mm到2cm的本征、高掺甚至带有官能团的石墨烯转移到光纤上,形成了基于石墨烯的微光纤及其MZI、FBG、MMI,D形光纤及其FBG、MMI,大芯径光纤SMS等丰富的结构。（3）提出并实现了基于光纤/石墨烯复合波导的新型传感器,全面分析了其光学传感机理,设计和制备出了一系列针对不同对象,面对不同需求,基于不同工作原理的高性能微结构光纤生化传感器。基于微光纤/石墨烯复合波导和D形光纤/石墨烯MMI,演示了对丙酮、二甲苯、氨气、水蒸气等有毒或重要的化学气体的高灵敏度探测,最大测量精度达到40ppb;基于PMMA光子晶体光纤FBG,演示了对人体血红细胞浓度的传感,灵敏度达到亚ppm量级;基于部分还原氧化石墨烯和SMS的结合,创先性的完成干涉技术和荧光共振转移技术在光纤上的集成,对重金属离子、有机物和DNA实现了有选择性的测量,并实现了探测灵敏度的突破。（4）提出并实现了基于光纤/石墨烯复合波导的新型激光器,在D形光纤/石墨烯复合波导上同时展示了卓越的偏振筛选特性和超快饱和吸收效应,首次实现了无腔的脉冲型随机光纤激光器,其重频大范围可调、脉冲宽度窄达900ps、偏振消光比超过41dB。基于<5cm的集成型分布反馈布拉格光纤光栅,首次实现了既是窄线宽（<1MHz）、又是窄脉冲（<1μs）的调Q激光器,逼近傅里叶转换极限,输出脉冲能量10nJ。（5）揭示了基于光纤/石墨烯复合波导的高阶非线性新现象和色散调控特性,深入分析了其物理过程和响应特性,理论分析并实验演示了基于复合波导其四波混频现象（FWM）和异频激发现象（DFG）,分别以CW激光和高能脉冲激光作为泵浦,在微光纤/石墨烯复合波导上实现了波长失配>10nm、转换效率>-20dB的非简并FWM和级联FWM,在片上石墨烯复合波导上实现了频率分布在5THz到10THz、转换效率>6×10-5的表面等离激元（SPP）激发和调控。另外,通过精确的有源色散管理和非线性平衡,还实现了光克尔频率梳的大范围可调。
尹祺巍[10]（2016）在《高功率全固态单频激光器的实验研究》文中研究说明高功率全固态单频绿光激光器具有结构紧凑、光束质量好、强度噪声低等优点,已经广泛应用于量子通信、全息成像、干涉测量等领域,还可通过倍频产生深紫外光以及作为高功率钛宝石激光器和OPO的泵浦源。但在进一步提升高功率单频绿光激光器的输出功率的过程中,我们遇到了如下问题：1)当进一步增大泵浦功率以提升激光器的输出功率时,激光器的输出功率不但没有上升,反而会下降,同时激光光束会由单横模退化为多横模；2)激光器在升降泵浦功率的过程中存在类双稳现象,同时伴随着输出功率的突升突降,导致腔内器件产生严重的热致应力突变进而影响激光器的使用寿命。经过研究,我们发现在高功率内腔倍频单频激光器中,不但增益晶体的热透镜效应对激光器性能有重要影响,而且光学单向器中的TGG晶体通过吸收腔内基频光产生的热透镜效应同样会严重影响激光器的工作状态。本文的研究主要是围绕TGG晶体的热透镜效应对激光器工作状态的影响以及如何缓解和补偿TGG晶体的热透镜效应展开的,另外我们还在考虑TGG晶体热透镜效应的基础上,研究了腔镜曲率半径对激光器工作状态的影响。我们首先利用ABCD矩阵分析了TGG晶体的热透镜效应对激光器工作状态的影响,然后进行实验验证。实验证明TGG晶体的热透镜效应不但存在,而且对激光器的工作状态有显着影响：使稳区变窄,降低最佳工作点对应的泵浦功率,最终限制激光器的输出功率。根据理论计算,我们可以通过缩短腔长去缓解TGG晶体热透镜效应的影响,提升激光器最佳工作点对应的泵浦功率进而提升输出功率,我们的实验结果和理论预期比较一致。但缩短腔长并不能消除TGG晶体热透镜效应的影响,因此在改变泵浦功率的过程中观察到激光器存在明显的类双稳现象,同时伴随着输出功率的突升突降。我们对类双稳现象进行了定性分析,进一步证明TGG晶体的热透镜效应源于TGG晶体对腔内基频光的吸收,而不是对泵浦光的吸收,这和增益晶体的热透镜效应的产生机制是不同的。在分析了TGG晶体对激光器工作状态的影响的基础上,我们选择具有负热光系数的单轴晶体——DKDP晶体,对TGG晶体的热透镜效应进行自适应性的动态补偿。首先我们确定了DKDP晶体薄片的切割方向,即光轴和通光方向的夹角为30°,以使DKDP晶体薄片的热透镜效应尽可能的各向同性,以有效补偿TGG晶体的热透镜效应。然后在固定的腔长下,利用三片厚度不同的DKDP薄片分别对TGG晶体的热透镜效应进行补偿,根据激光器最佳工作点对应的泵浦功率的变化,我们拟合得到了DKDP晶体薄片的热透镜焦距公式。由此我们计算得到,在当前的实验条件下,厚度为1.65 mm的DKDP薄片可以完全补偿8 mm长的TGG晶体的热透镜效应,因此我们利用现有的1.6 mm的补偿片进行调试。通过补偿,不但完全消除了激光器之前存在的类双稳现象,获得极为平缓的输出功率曲线,而且可将单频532 nm激光的最大输出功率从14.7 W提升至30.2 W。最后,针对早前文献中关于高功率固体激光器应该使用凸面腔镜取代平面腔镜以缓解增益晶体热透镜效应从而提升激光器输出功率的结论,我们首先进行了理论分析,发现当腔长固定时,随着腔镜曲率半径的增大,激光器的阈值泵浦功率和最佳工作点对应的泵浦功率均降低；而如果在增大腔镜曲率半径的同时对腔长进行适当调节,激光器也能获得和采用曲率半径较小的腔镜时类似的工作状态。然后我们选择一组平面腔镜和两组曲率半径分别为1500 mm和3000 mm的凸面腔镜分别在腔长固定和腔长可变的条件下进行实验,实验结果和理论预期比较吻合。我们还计算了不同腔镜曲率半径下的激光器的最佳腔长,可为采用类似腔型的高功率单频激光器的设计提供一定的理论指导。最后,我们采用平面腔镜进行调试,获得最高输出功率为12.97 W的单频532 nm激光器。创新性工作：1.研究了TGG晶体的热透镜效应对高功率单频激光器工作状态的影响,并通过缩短腔长去被动适应这种影响以提升激光器的输出功率。对激光器的类双稳现象进行了定性分析,进一步证明TGG晶体的热透镜效应源于TGG晶体对腔内基频光的吸收；2.在高功率单频激光器中利用DKDP晶体薄片对TGG晶体的热透镜效应进行动态补偿,获得30.2 W的全固态连续光内腔倍频单频532 nm激光器,据我们所知,这是目前同类型单频532 nm激光器所获得的最高的输出功率；3.研究了腔长和腔镜曲率半径的关系,指出先前文献中关于高功率固体激光器应当采用凸面腔镜以缓解增益晶体热透镜效应这一结论的局限性,证明即使采用平面腔镜,只要将腔长调整到适当长度,激光器也能获得和采用曲率半径较小的凸面腔镜时类似的工作状态。
二、光弹效应在光电子器件中的应用（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、光弹效应在光电子器件中的应用（论文提纲范文）
（1）利用液体超声驻波演示光弹效应的实验研究（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 实验原理 |
| 2.1 光弹效应 |
| 2.2 声纵驻波 |
| 2.3 超声空化 |
| 3 实验设计 |
| 3.1 材料 |
| 3.2 仪器及设备 |
| 3.3 实验方法 |
| 4 实验结果与分析 |
| 4.1 液体超声驻波形成结果与分析 |
| 4.2 光弹效应现象分析 |
| 5 讨论 |
| 5.1 介质选取 |
| 5.2 光弹效应纹样 |
| 5.3 实验光源 |
| 5.4 实验装置优点 |
| 6 总结 |
（2）中红外锗基集成光电子研究进展（论文提纲范文）
| 1 引 言 |
| 2 锗基晶圆及波导类型 |
| 2.1 锗基晶圆 |
| 2.2 锗基波导 |
| 3 锗基波导无源器件 |
| 3.1 光栅耦合器 |
| 3.2 微环谐振腔 |
| 3.3 光子晶体谐振腔 |
| 3.4 其他无源器件 |
| 4 锗基波导有源器件 |
| 4.1 激光器 |
| 4.2 调制器 |
| 5 生物化学传感的应用研究 |
| 6 非线性光学的应用研究 |
| 7 结束语 |
| 第一，开发高性能的无源器件。 |
| 第二，开发异质集成的中红外光电器件。 |
| 第三，开发中红外非线性光学和量子光学的应用。 |
| 第四，开发中红外“分子指纹区”的光谱和传感应用。 |
（3）硅基片上偏振调控器件研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1. 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 硅基集成光电子器件概述 |
| 1.3 硅基片上偏振的研究 |
| 1.3.1 偏振分束器(PBS) |
| 1.3.2 偏振旋转器(PR)与偏振旋转分束器(PSR) |
| 1.3.3 实际应用:偏振复用系统 |
| 1.3.4 偏振调控器件总结 |
| 1.4 本文工作及创新点 |
| 1.4.1 章节安排 |
| 1.4.2 创新点 |
| 2. 硅基集成光电子器件的理论,制备及测试方法 |
| 2.1 光波导模式分析 |
| 2.2 使用算法介绍 |
| 2.2.1 时域有限差分算法(FDTD) |
| 2.2.2 本征模展开算法(EME) |
| 2.2.3 粒子群优化算法 |
| 2.3 耦合模理论 |
| 2.3.1 基于“微扰”理论求解耦合系数 |
| 2.3.2. 基于模式干涉理论求解耦合系数 |
| 2.4 集成光波导器件制备工艺 |
| 2.5 器件的测试 |
| 2.6 本章小结 |
| 3. 偏振分束器件 |
| 3.1 使用弯曲定向耦合器结合槽型波导结构的偏振分束器 |
| 3.1.1 研究现状 |
| 3.1.2 结构和设计 |
| 3.1.3 实验及测试结果 |
| 3.2 使用亚波长光栅结构的异常耦合状态PBS |
| 3.2.1 研究现状 |
| 3.2.2 原理及设计思路 |
| 3.2.3 仿真性能 |
| 3.2.4 SiN平台拓展 |
| 3.3 本章小结 |
| 4. 偏振旋转器件 |
| 4.1 使用nano-slot结构的偏振旋转器 |
| 4.1.1 研究现状 |
| 4.1.2 结构和设计 |
| 4.1.3 实验及测试结果 |
| 4.1.4 性能提升方式 |
| 4.2 基于粒子群算法的超紧凑结构偏振旋转-分束器(PSR) |
| 4.2.1 研究背景 |
| 4.2.2 结构和设计 |
| 4.2.3 器件加工与应用场景 |
| 4.3 本章小结 |
| 5. 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 攻读硕士专业学位期间发表的论文 |
（4）采用逆向设计的新型高集成度光子器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 硅基光电子学 |
| 1.2 逆向设计的基本思想 |
| 1.3 论文的结构安排 |
| 第二章 硅基光微腔混沌源 |
| 2.1 研究背景 |
| 2.2 硅基微腔光机械基本原理 |
| 2.2.1 光子晶体微腔 |
| 2.2.2 机械谐振器 |
| 2.2.3 光机械耦合原理 |
| 2.3 一种新型微腔光机械混沌源 |
| 2.3.1 混沌理论 |
| 2.3.2 光子晶体腔光机械系统的设计 |
| 2.3.3 光机械耦合 |
| 第三章 可调四通道波分复用器 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 多模干涉耦合器的原理 |
| 3.2.1 自镜像效应 |
| 3.2.2 多模干涉耦合器的性能指标 |
| 3.3 基于逆向设计的可调四通道波分复用器 |
| 3.3.1 逆向设计算法的原理 |
| 3.3.2 器件的设计及仿真 |
| 3.3.3 结果的分析及讨论 |
| 第四章 基于表面等离激元的波分复用器 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 表面等离激元SPPs的原理 |
| 4.2.1 金属的Drude模型 |
| 4.2.2 表面等离激元的色散关系 |
| 4.2.3 表面等离激元的激发方式 |
| 4.3 基于DBS算法的SPPs波分复用器 |
| 4.3.1 DBS算法原理 |
| 4.3.2 器件的设计与仿真 |
| 4.3.3 结果的分析与讨论 |
| 第五章 基于表面等离激元的结构性彩色滤波器 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 CIE颜色空间 |
| 5.3 等离激元彩色滤波器 |
| 第六章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间发表的学术论文 |
| 攻读硕士期间参与的科研项目 |
（5）基于石墨烯增强型全光纤谐振腔激光与传感器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 石墨烯研究现状 |
| 1.2.2 光学微结构传感器 |
| 1.2.3 超快激光器和光频梳器件 |
| 1.2.4 基于石墨烯的光纤信息器件 |
| 1.3 本课题的研究意义和创新点 |
| 第二章 基于石墨烯的全光纤谐振腔理论分析和制备工艺 |
| 2.1 石墨烯的光电性质 |
| 2.1.1 石墨烯的电学性质 |
| 2.1.2 石墨烯的光学性质 |
| 2.2 光纤谐振腔原理分析 |
| 2.3 基于石墨烯的全光纤谐振腔的制备工艺 |
| 2.3.1 基于功能化的部分还原的氧化石墨烯的光纤谐振腔制备工艺 |
| 2.3.2 基于双极结型二极管结构的石墨烯光纤谐振腔制备工艺 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 石墨烯增强型微光纤谐振腔选择性超敏生化传感器 |
| 3.1 研究背景和关键科学性问题 |
| 3.2 理论分析 |
| 3.2.1 腔内模场分布仿真 |
| 3.2.2 腔内多模拍频作用分析 |
| 3.2.3 传感信号提取分析 |
| 3.2.4 腔内荧光共振转移化学选择性分析 |
| 3.3 实验测试结果与数据分析 |
| 3.3.1 传感测试系统搭建 |
| 3.3.2 基于荧光共振转移的选择性测试 |
| 3.3.3 待测物浓度传感测试 |
| 3.3.4 腔内分子间动态相互作用响应 |
| 3.3.5 超敏生化传感器应用讨论 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 石墨烯电可调高重频光纤激光光梳 |
| 4.1 研究背景与关键科学性问题 |
| 4.2 器件设计 |
| 4.3 理论分析及仿真 |
| 4.3.1 石墨烯电学调制原理分析及仿真 |
| 4.3.2 基于热效应的波长调制原理及物理仿真 |
| 4.3.3 腔内激光演变过程分析及物理仿真 |
| 4.4 实验测试 |
| 4.4.1 锁模激光演变过程 |
| 4.4.2 电学调控测试 |
| 4.4.3 锁模脉冲调控结果及分析 |
| 4.4.4 稳定激光光梳输出 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 未来展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（6）基于双芯光纤的双锥角MZI型传感器的研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光纤传感器原理及分类 |
| 1.2.1 光纤传感器原理 |
| 1.2.2 光纤传感器分类 |
| 1.2.3 光纤应力传感器 |
| 1.3 光纤传感器的发展现状 |
| 1.4 双芯光纤的介绍 |
| 1.5 本文的主要研究内容 |
| 2 双芯光纤耦合模式理论分析 |
| 2.1 双芯光纤结构与分类 |
| 2.2 光纤模式理论分析 |
| 2.3 双芯光纤耦合模方程 |
| 2.4 双芯光纤耦合特性分析 |
| 2.4.1 理想耦合 |
| 2.4.2 非理想耦合 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 双芯MZI传感分析 |
| 3.1 单模光纤与双芯光纤的熔接 |
| 3.1.1 光纤拉锥方法 |
| 3.1.2 光纤拉锥的仿真分析 |
| 3.1.3 光纤偏置熔接方法与模拟分析 |
| 3.2 双芯MZI传感理论分析 |
| 3.2.1 光的相干原理 |
| 3.2.2 MZI传感原理 |
| 3.2.3 应力传感原理 |
| 3.3 双芯光纤结构参数对传输谱的影响 |
| 3.3.1 纤芯距对双芯光纤传输谱的影响 |
| 3.3.2 光纤长度对双芯光纤传输谱的影响 |
| 3.3.3 纤芯直径对双芯光纤传输谱的影响 |
| 3.3.4 纤芯包层折射率差对双芯光纤传输谱的影响 |
| 3.4 双芯光纤偏置结构的研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 基于双芯光纤的双锥角结构传感特性研究 |
| 4.1 传感结构设计与实验装置的搭建 |
| 4.1.1 双芯光纤与单模光纤偏接 |
| 4.1.2 双芯光纤与单模光纤锥接 |
| 4.1.3 实验装置搭建 |
| 4.2 双锥角结构传感原理分析 |
| 4.3 实验验证与结果分析 |
| 4.3.1 偏接实验结果讨论 |
| 4.3.2 锥接实验结果讨论 |
| 4.4 多种应力传感结构的对比分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（7）基于硅基集成波导的前向受激布里渊效应研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 微结构光器件中SBS效应的国内外研究动态 |
| 1.3 本论文主要内容 |
| 1.4 本课题的来源及受资助情况 |
| 2 波导中FSBS效应的理论基础 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 FSBS效应的基本原理 |
| 2.3 SBS的相位匹配条件 |
| 2.4 FSBS效应的理论模型 |
| 2.5 FSBS增益系数的全矢量理论 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 基于声光子晶体波导的慢光增强的FSBS效应研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 器件结构设计 |
| 3.3 PXC波导中FSBS效应的理论模型 |
| 3.4 PXC波导中FSBS效应的光场和声场研究 |
| 3.5 仿真结果分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 基于声光混合波导的FSBS效应研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 器件结构设计 |
| 4.3 声光混合波导中FSBS效应的声光耦合方程 |
| 4.4 声光混合波导中FSBS效应的仿真研究 |
| 4.5 声光混合波导的加工制作 |
| 4.6 实验测试方案和结果 |
| 4.7 本章小结 |
| 5 基于部分悬空跑道微环谐振腔的FSBS效应研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 器件结构设计 |
| 5.3 跑道微环中的谐振加强效应 |
| 5.4 FSBS效应中的光场和声场仿真研究 |
| 5.5 跑道微环的制作 |
| 5.6 实验测试结果 |
| 5.7 本章小结 |
| 6 基于矩型螺旋微环谐振腔的前向级联布里渊激光器研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 螺旋微环中级联布里渊效应的基本原理 |
| 6.3 器件的设计和制作 |
| 6.4 实验测试结果 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 总结和展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间发表论文目录 |
| 附录2 论文中缩略词的含义 |
（8）声光子晶体结构中的波传播及声光耦合作用研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 声光子晶体的概念 |
| 1.3 声光子晶体的研究现状 |
| 1.3.1 光子和声子能带结构的计算方法 |
| 1.3.2 光子和声子带隙的调控 |
| 1.3.3 声光子晶体结构中的声光耦合作用 |
| 1.3.4 声光子晶体器件设计 |
| 1.4 本文的研究目的和研究内容 |
| 1.4.1 本文的研究目的 |
| 1.4.2 本文的研究内容 |
| 2 基于有限元方法的光子和声子晶体能带结构计算 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 电磁波基本方程 |
| 2.3 弹性波基本方程 |
| 2.4 光子和声子晶体能带结构计算 |
| 2.4.1 二维体系 |
| 2.4.2 三维体系 |
| 2.4.3 二维声光子晶体板 |
| 2.5 声光子晶体缺陷态的计算 |
| 2.6 传输响应的计算 |
| 2.7 群速度与群速度色散 |
| 2.8 本章小结 |
| 3 二维声光子晶体的波动特性 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 二维声光子晶体的体波模式 |
| 3.2.1 正方晶格体系 |
| 3.2.2 三角晶格体系 |
| 3.2.3 蜂窝晶格体系 |
| 3.3 二维声光子晶体的表面波模式 |
| 3.4 二维声光子晶体谐振腔的声光耦合效应 |
| 3.4.1 计算声光耦合的准静态方法 |
| 3.4.2 声光子晶体表面模式谐振腔 |
| 3.4.3 含空气狭缝的声光子晶体谐振腔 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 二维声光子晶体板的波动特性 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 声光子晶体板中的板波 |
| 4.3 声光子晶体板中的侧表面波 |
| 4.3.1 光子偶模与声子模式 |
| 4.3.2 光子奇模与声子模式 |
| 4.3.3 光子偶模、奇模与声子模式 |
| 4.4 含空气狭缝的声光子晶体板谐振腔的声光耦合效应 |
| 4.4.1 光力耦合系数的计算 |
| 4.4.2 谐振腔设计与声光耦合效应分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 本章附录 声光子晶体板侧表面模式谐振腔 |
| 5 三维声光子晶体的波动特性 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 三维声光子晶体的体波模式 |
| 5.3 三维声光子晶体的表面波模式 |
| 5.4 三维声光子晶体的棱波模式 |
| 5.5 三维声光子晶体的点缺陷态 |
| 5.6 三维声光子晶体的线缺陷态 |
| 5.6.1 体波模式 |
| 5.6.2 表面波模式 |
| 5.7 本章小结 |
| 6 声光子晶体器件设计 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 二维声光子晶体液体传感器 |
| 6.2.1 传感器单胞设计 |
| 6.2.2 谐振腔结构设计 |
| 6.2.3 传感器的性能 |
| 6.3 声光子晶体单向传输效应结构 |
| 6.3.1 单向传输结构模型 |
| 6.3.2 单向传输效应分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 本章附录 声光子晶体单谐振腔传感器 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 进一步的工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（9）光纤/石墨烯复合光波导特性研究与器件实现（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 缩略词表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 石墨烯光电子学特性概述 |
| 1.1.1 石墨烯的基本电学特性 |
| 1.1.2 石墨烯的线性光学特性 |
| 1.1.3 石墨烯的非线性光学特性 |
| 1.1.4 石墨烯的表面等离激元（SPP）特性 |
| 1.2 基于石墨烯的光电子器件研究进展 |
| 1.2.1 基于石墨烯的偏振器 |
| 1.2.2 基于石墨烯的光学传感器 |
| 1.2.3 基于石墨烯的高速调制器 |
| 1.2.4 基于石墨烯的脉冲激光器 |
| 1.2.5 基于石墨烯的信号转换器 |
| 1.3 光纤/石墨烯复合波导研究进展 |
| 1.3.1 石墨烯材料复合波导的必要性和可行性 |
| 1.3.2. 光纤/石墨烯复合波导和硅基石墨烯光波导 |
| 1.3.3 光纤/石墨烯复合波导的分类和研究进展 |
| 1.4 本论文的工作 |
| 1.4.1 本课题的研究意义 |
| 1.4.2 本论文章节安排 |
| 第二章 光纤/石墨烯复合光波导理论基础 |
| 2.1 石墨烯波导的建模和基本传输理论 |
| 2.2 光纤/石墨烯复合波导的稳态分析和模式理论 |
| 2.2.1 光纤/石墨烯复合波导的建模和有效折射率法 |
| 2.2.2 FEM方法和基于COMSOL的复合波导模态分布仿真 |
| 2.3 光纤/石墨烯复合波导的导波理论基础 |
| 2.3.1 光纤/微光纤的基本传输理论 |
| 2.3.2 FDTD方法和基于CST Studio的传输场仿真 |
| 2.4 基于石墨烯的光纤干涉理论基础 |
| 2.5 光纤/石墨烯复合波导的光学非线性理论基础 |
| 2.5.1 基于光纤/石墨烯复合波导的二阶非线性和DFG理论基础 |
| 2.5.2 基于光纤/石墨烯复合波导的三阶非线性和FWM理论基础 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 光纤/石墨烯复合光波导的制备和表征 |
| 3.1 用于复合光波导实现的光纤元件制备 |
| 3.1.1 由石英SMF制备微光纤 |
| 3.1.2 D形光纤 |
| 3.1.3 制备无包层的大芯径光纤 |
| 3.2 石墨烯薄膜的制备和向波导上转移 |
| 3.2.1 CVD单层石墨烯薄膜的制备和湿法转移技术 |
| 3.2.2 还原法多层石墨烯薄膜的制备和液相沉积技术 |
| 3.3 基于石墨烯复合波导的深加工 |
| 3.4 光纤/石墨烯复合光波导的表征 |
| 3.4.1 电子显微镜成像和光学显微镜成像 |
| 3.4.2 拉曼光谱表征石墨烯 |
| 3.4.3 XPS表征功能基团 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 光纤/石墨烯复合光波导生化敏感特性和传感器件研究 |
| 4.1 光纤/石墨烯复合波导传感原理 |
| 4.2 基于石墨烯-微光纤复合结构的气体传感器 |
| 4.2.1 强度解调型丙酮气体传感器 |
| 4.2.2 MZI型干渉型氨气传感器 |
| 4.2.3 GMFBG氨气/二甲苯传感器 |
| 4.2.4 GMMI氨气/湿度传感器 |
| 4.3 基于石墨烯-D形光纤复合结构的生化传感器 |
| 4.3.1 多模干涉型化学气体传感器 |
| 4.3.2 PMMA光子晶体光纤FBG血红细胞传感器 |
| 4.4 基于石墨烯-大芯径光纤复合波导的FRET/干涉双踪生化传感器 |
| 4.4.1 结构设计和实验策略 |
| 4.4.2 基于FRET技术和进行传感参量的选择性判断 |
| 4.4.3 基于GSMS的高灵敏度测量 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 光纤/石墨烯复合光波导饱和吸收特性和激光器研究 |
| 5.1 基于单模光纤的GDF复合波导及其饱和吸收特性 |
| 5.1.1 GDF的结构和表征 |
| 5.1.2 对GDF偏振相关饱和吸收过程的理论分析 |
| 5.1.3 对GDF偏振相关饱和吸收的实验测量 |
| 5.2 基于GDF的大范围可调谐脉冲随机激光器 |
| 5.2.1 科学问题 |
| 5.2.2 实验设计 |
| 5.2.3 可调的随机激光脉冲 |
| 5.3 基于有源光纤的GDFB复合波导腔及其调Q脉冲光纤激光器 |
| 5.3.1 科学问题 |
| 5.3.2 GDFB复合波导的结构和表征 |
| 5.3.3 理论分析：GDFB中，激光产生和调Q的动态过程 |
| 5.3.4 实验测试：窄线宽的调Q脉冲 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 光纤/石墨烯复合光波导的三阶非线性效应及FWM研究 |
| 6.1 在微光纤/石墨烯贴附型波导上激发连续光泵浦的四波混频 |
| 6.2 在微光纤/石墨烯包裹型波导上激发脉冲光泵浦的级联四波混频 |
| 6.3 基于飞秒激光泵浦，在GCM上实现大波长失配的级联FWM |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 有源可调石墨烯复合光波导及其片上光电子器件研究 |
| 7.1 基于DFG的石墨烯半导体片上SPP调控 |
| 7.1.1 科学问题 |
| 7.1.2 石墨烯-Al2O3-石墨烯异质结半导体复合波导 |
| 7.1.3 实验设计 |
| 7.1.4 全光激发、电光调控的石墨烯SPP测试 |
| 7.1.5 讨论：RPA和色散分布 |
| 7.2 基于石墨烯电光可调的微谐振腔克尔频率梳 |
| 7.2.1 科学问题 |
| 7.2.2 调控原理，结构设计和制备表征 |
| 7.2.3 GMR的光学特性电调控 |
| 7.2.4 电压调控的克尔频率梳 |
| 7.3 本章小结 |
| 第八章 总结与展望 |
| 8.1 本文的研究内容及主要贡献 |
| 8.2 后续工作的展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的研究成果 |
（10）高功率全固态单频激光器的实验研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 DPSS激光器发展简史 |
| 1.2 研究意义 |
| 1.3 现有的工作基础 |
| 1.4 本文的工作 |
| 参考文献 |
| 第二章 高功率全固态单频激光器的一般理论 |
| 2.1 Nd：YVO_4晶体 |
| 2.1.1 Nd：YVO_4晶体的特性 |
| 2.1.2 Nd：YVO_4晶体的热效应 |
| 2.2 泵浦源 |
| 2.3 谐振腔分析 |
| 2.3.1 四镜环形腔 |
| 2.3.2 像散自补偿 |
| 2.4 倍频理论 |
| 2.4.1 角度相位匹配 |
| 2.4.2 温度相位匹配 |
| 2.4.3 LBO倍频晶体 |
| 2.5 光学单向器 |
| 2.5.1 空间烧孔效应 |
| 2.5.2 光学单向器和环形腔 |
| 2.5.3 TGG晶体的特性 |
| 2.5.4 TGG晶体的热效应 |
| 2.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 TGG晶体的热透镜效应对激光器工作状态的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 理论分析 |
| 3.2.1 TGG晶体的热焦距的计算 |
| 3.2.2 TGG晶体的热透镜效应对激光器工作状态的影响 |
| 3.3 实验装置 |
| 3.4 实验结果 |
| 3.5 结论 |
| 参考文献 |
| 第四章 利用DKDP晶体动态补偿TGG晶体的热透镜效应 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 理论分析 |
| 4.2.1 TGG晶体的热透镜效应补偿前后激光器的工作状态 |
| 4.2.2 利用DKDP晶体动态补偿TGG晶体的热透镜效应 |
| 4.3 实验装置 |
| 4.4 实验结果 |
| 4.5 结论 |
| 参考文献 |
| 第五章 腔镜曲率半径对高功率单频激光器工作状态的影响 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 理论计算 |
| 5.3 实验装置 |
| 5.4 实验结果和分析 |
| 5.5 结论 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 个人简况及联系方式 |
四、光弹效应在光电子器件中的应用（论文参考文献）
- [1]利用液体超声驻波演示光弹效应的实验研究[J]. 刘彧希,杨晓彤,郭庆宇,张頔,李春燕. 物理通报, 2021(12)
- [2]中红外锗基集成光电子研究进展[J]. 郭荣翔,高浩然,程振洲,刘铁根. 中国激光, 2021(19)
- [3]硅基片上偏振调控器件研究[D]. 刘芯雨. 浙江大学, 2021(09)
- [4]采用逆向设计的新型高集成度光子器件研究[D]. 韩晶慜. 西南大学, 2020(01)
- [5]基于石墨烯增强型全光纤谐振腔激光与传感器件研究[D]. 曹忠旭. 电子科技大学, 2020(07)
- [6]基于双芯光纤的双锥角MZI型传感器的研究[D]. 呼媛媛. 北京交通大学, 2019(01)
- [7]基于硅基集成波导的前向受激布里渊效应研究[D]. 张芮闻. 华中科技大学, 2018(05)
- [8]声光子晶体结构中的波传播及声光耦合作用研究[D]. 马天雪. 北京交通大学, 2017(06)
- [9]光纤/石墨烯复合光波导特性研究与器件实现[D]. 姚佰承. 电子科技大学, 2016(01)
- [10]高功率全固态单频激光器的实验研究[D]. 尹祺巍. 山西大学, 2016(05)