基于变电站巡检机器人的耦合器设计

采用典型的金属-介质-金属中刻蚀2条紧邻的缝隙结构,设计了一种新型的定向耦合器。分析本征模式的波导方程、反转粒子数与时间关系得到了定向耦合器的耦合条件。耦合器特性表明:设计的缝隙结构表面等离子能够通过缝隙1向缝隙2渗透,实现表面等离子在缝隙间的周期性传播,表面等离子传播在2 mm左右;耦合距离与缝隙大小表现为线性的关系,当缝隙设计成小于100 nm时,能够实现更高的耦合效率,更短的耦合距离;设计的定向耦合器可以通过减小缝隙间隔提高表面等离子传播的耦合效果。     

基于计算机软件的光子晶体光纤电磁场分析

采用典型的金属-介质-金属结构中刻蚀周期缝隙的光子晶体光纤(PCF)结构,设计了一种新型的定向耦合器,建立了PCF的H传输模型,得到了模型整体反射系数和透射系数的数学模型。基于计算机软件的偏振耦合特性分析表明,设计的PCF通过缝隙向缝隙渗透,能够实现缝隙周期性传播。周期缝隙的影响分析得出,缝隙小于金属层厚度时,能够实现更高的耦合效率,更短的耦合距离。由时间响应分析可以看出,模型具备了fs时间响应,时间动态特性有较高的非线性,能利用增益能量变换控制光子的弛豫率,实现PCF的耦合输出控制。     

新型激光模型实现SPP增益补偿的数学分析

设计了有机染料分子的球形波导结构,采用最内层金属金(Au)、外层Si介质的多层球形结构,在环形介质中植入有机染料分子作为增益耦合介质。理论上分析了模型的的受激辐射磁场能量、辐射谱以及有机染料分子增益效果。特性分析结果表明:光波在有机染料分子增益区能够与内层金属实现耦合,发生了多层电场局域化现象,增益对金属-介质间的表面等离子有一定的补偿效果,从增益的高折射区与低折射率区间发生了全反射,实行了表面等离子传播的增益补偿效果。能够通过调节波导参数实现损耗-补偿控制,高折射区能够实现SPP补偿,有机染料分子距离核区越近补偿效果更好,损耗更小。     

定向耦合器耦合长度与波导结构的关系

以图解方式阐明光通信开关（光波导型光开关）中定向耦合器的耦合长度与波导结构——波导间距、波导折射率、介质折射率、两波导间介质折射率及光波长的关系．     

基于电子实验室平台下的LED发光优化

结合表面等离子(SP)的特性,研制了砷化镓材料沉积金膜以及Ga N发光层模型,通过金膜-介质间产生的SP增强作用来显著提高LED的出光效率。理论上采用SP的周期光栅传播与耦合强度模型,分析得出SP对发光效率放大倍数都能满足耦合辐射与发射源自身辐射效率的比。发光实验结果得出:通过金属膜结构的沉积实现了反射率显著下降,结果能够将一部分损耗能量变化为光发射,改进模型能够显著提高发光效率。参数分析得出:模型设计为占空比0.81左右光栅周期能够实现吸收率最大,此时能够较好地实现SP增强LED出光效果;SP的增强作用实现了用于显著改善弱光致发光的发光效率和非线性过程,且非线性过程能够用来检测不同衬底介质少量辐射。     

基于半导体技术的新型激光谐振腔研究

引入微纳光纤、采用绝缘硅(SOI)波导材料,设计了一种多耦合点的谐振腔滤波器。该滤波器工作方式:当光从入射端输入,经过耦合区时一部分光会因为倏逝波的存在发生耦合,耦合进入环形腔的光在满足谐振条件时在环形腔内发生谐振,光在环形腔中传播一周后,再次从耦合区从环形腔耦合到微纳光纤直至输出。性能分析表明:自耦合系数的变化不会对光强最大峰值产生影响,可以通过改变传输系数的大小从而实现耦合效率的调整,品质因数能达到10 000以上,衰减能够有效控制;通过SOI材料热膨胀现象实现设计滤波器的性能控制和光开关性能。     

光纤耦合器拉锥耦合比与波长相关性实验研究

通过分析2×2熔融拉锥型光纤耦合器耦合模理论与制作工艺特征,实验研究了熔融拉锥耦合比与波长的相关性,结果表明拉锥耦合比与波长近似成线性关系。     

一种虚实结合的高定向耦合器实验设计研究

以平行耦合微带线定向耦合器为例,结合虚拟电磁仿真软件及实物加工测试平台,提出了具有产品设计理念的虚实结合实践教学方法。从工程应用角度出发,采用锯齿状结构,改善了耦合器的定向性,采用新型射频接地,降低了实物加工的复杂性,获得了较好的实验结果。通过理论分析、仿真设计、制作测试和优化等训练,提高射频微波工程技术人才的培养质量。     

光时域反射型传感器网络的设计

提出了一种基于光时域反射(OTDR)的反射式光路拓扑结构,该结构使用了一根光纤,多个气室通过光耦合器连接在光纤上,每个气室输入的光信号通过分光器分配,基于该结构可以实现光谱吸收型远距离多点气体浓度的检测。与传统时分复用(TDM)结构相比,实现了单根光纤测量多点气体的系统,减少了光纤和耦合器的衰减损耗。实验结果表明,该网络提高了远距离多点气体浓度检测的精度,同时增大了检测距离。针对该结构以及户外测量的要求,设计了开放反射吸收型气室,相比于现有光纤气体传感器所采用的气室,结构更加小巧紧凑,更适合于传感信息耦合入单根光纤网络进行传输。     

基于远程抄表通信技术的新型波导设计

为了解决表面等离子器件尺寸过大、不能通用集成的问题,采用对称梯形、金属-介质-金属结构,设计了一种新型的能够光电集成的硅基波导。设计波导的芯层面积越大局域化强度更高,梯形波导顶角145°时局域因子能够达到96.8%;内部芯层越宽电场局域化程度越高,传输距离越长;当芯宽50nm时,梯形波导间距大于900nm能提高耦合效率、降低干扰的影响。