基於微納米工藝技術的新型光縴模式乾涉器件原理與應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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羅海梅，李新碗 著

圖書標籤:

• 光縴器件
• 模式乾涉
• 微納米工藝
• 光學傳感器
• 光通信
• 集成光子學
• 生物傳感
• 新型光縴
• 乾涉原理
• 光縴光學

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030522382

版次：31

商品編碼：12182374

包裝：平裝

開本：32開

齣版時間：2017-04-01

頁數：144

正文語種：中文

內容簡介

本書論述瞭基於微納米結構和尺度的新型光縴模式乾涉器件的原
理、建模、製備和特性，包括具有微納米厚液晶塗敷層的長周期光縴光
柵和局部彎麯的微納米光縴模式乾涉儀。應用四層模型分析瞭具有高摺
射率微納米塗敷層的長周期光縴光柵中的模式遷移效應和調諧特性，采
用刷塗工藝在ＬＰＦＧ錶麵製備瞭不同厚度的液晶塗敷層，利用模式遷移
效應在實驗上實現瞭ＬＰＦＧ 的大範圍熱光／電光調諧；用階梯近似法和
直波導等效法分析瞭具有彎麯結構的錐形微納米光縴的傳輸特性，理論
研究並實驗驗證瞭基於此類結構的模式乾涉儀傳輸譜的溫度不敏感條
件，實現瞭高靈敏度摺射率傳感和微位移傳感。

目錄

第1章 緒論
1.1 研究背景與意義
1.2 典型光縴模問乾涉器件的研究現狀與發展趨勢
1.2.1 典型光縴模間乾涉器件一：光縴光柵
1.2.2 典型光縴模間乾涉器件二：錐形光縴
1.3 實現新型光縴模間乾涉器件的微納米工藝技術
1.3.1 光縴錶麵和錶層微納米薄膜工藝
1.3.2 微納米光縴的加工工藝
1.4 本書的研究思路與主要研究內容
1.4.1 研究思路
1.4.2 本書結構安排
參考文獻

第2章 覆蓋微納米高摺射率塗敷層的長周期光縴光柵的理論分析與模擬計算
2.1 四層模型LPFG的模式耦閤
2.1.1 各包層模的有效摺射率和傳輸常數
2.1.2 耦閤係數和耦閤常數
2.1.3 四層模型LPFG的模式耦閤方程
2.1.4 諧振條件
2.2 四層模型LPFG的數值計算和模擬分析
2.2.1 四層模型LPFG的透射譜的模擬計算方法
2.2.2 高摺射率微納米塗敷層對LPFG模場分布的影響
2.2.3 不同微納米塗敷層摺射率下的LPFG的頻譜和大範圍波長調諧
2.2.4 LPFG的包層半徑對諧振峰漂移量的影響
2.3 本章小結
參考文獻

第3章 具有彎麯結構的錐形微納米光縴的理論分析與模擬計算
3.1 錐形微納米光縴的結構模型
3.2 直錐形微納米光縴的傳輸特性
3.2.1 束腰區微納米光縴的基本特性
3.2.2 直錐形過渡區域的基本理論
3.2.3 直錐形微納米光縴傳輸譜的模擬計算
3.3 彎麯的錐形微納米光縴的傳輸特性
3.3.1 彎麯的錐形過渡區域的絕熱條件與非絕熱條件
3.3.2 非絕熱彎麯的錐形過渡區域的模式耦閤分析
3.3.3 非絕熱彎麯錐形微納米光縴的傳輸譜的模擬計算
3.4 本章小結
參考文獻

第4章 覆蓋微納米液晶塗覆層的長周期光縴光柵特性的實驗研究
4.1 液晶材料簡介及其摺射率測量
4.1.1 液晶的特點及分類
4.1.2 液晶摺射率的測量原理
4.1.3 不同溫度下液晶摺射率的測量方法
4.1.4 不同溫度下液晶摺射率的實驗測量結果
4.2 覆蓋微納米液晶塗覆層的LPFG器件的製備
4.2.1 器件結構參數優化計算
4.2.2 器件製備
4.3 覆蓋微納米液晶塗覆層的LPFG器件的調諧特性研究
4.3.1 熱光調諧特性
4.3.2 電光調諧特性
4.3.3 特定溫度下的大範圍電光調諧特性
4.4 本章小結
參考文獻

第5章 基於彎麯結構錐形微納米光縴的模間乾涉儀特性的實驗研究
5.1 微納米光縴拉伸係統及工藝簡介
5.2 微納米光縴獨特的物理特性
5.3 基於彎麯結構的錐形微納米光縴模間乾涉儀的製備及傳輸譜特性
5.4 基於彎麯結構的錐形微納米光縴模間乾涉儀的傳感特性研究
5.4.1 高靈敏度摺射率傳感特性
5.4.2 溫度特性
5.4.3 微位移傳感特性
5.5 本章小結
參考文獻

第6章 結束語
6.1 本書主要工作
6.1.1 覆蓋高摺射率微納米塗敷層的LPFG的理論分析與實驗研究
6.1.2 具有彎麯結構的錐形微納米光縴的理論分析與實驗研究
6.2 研究主要創新點
6.3 工作展望

微納光縴模式乾涉器件：精密調控光場的基石 在信息時代飛速發展的今天，光縴通信作為信息傳輸的“高速公路”，其性能的不斷提升至關重要。而要實現更高效、更豐富的光信號處理，精確調控光場至關重要。其中，基於微納光縴工藝技術的新型光縴模式乾涉器件，正以其獨特的優勢，為這一目標提供瞭強有力的技術支撐。本書旨在深入剖析這類器件的核心原理，探索其在光通信、光傳感、光計算等前沿領域的廣闊應用前景。 一、 微納光縴模式乾涉的基本原理 光縴模式乾涉的核心在於利用不同模式光在光縴中的傳播特性差異，通過耦閤與解耦，實現特定模式的激發、傳輸與相互乾涉，最終影響器件的輸齣光譜或功率。 1. 光縴模式： 在單模光縴中，隻有基模（LP01）傳播。然而，隨著光縴直徑的減小，或通過特定的結構設計，可以使光縴支持多模的傳播，形成高次模。不同模式的光場分布、傳播常數（或有效摺射率）均不相同，這是實現模式乾涉的基礎。 2. 模式耦閤與解耦： 模式乾涉器件的核心在於能夠實現不同模式之間的能量轉換。這通常通過以下幾種方式實現： 漸變區/收縮區： 將普通光縴逐漸收縮成微納光縴，或在微納光縴中製造漸變區域，可以有效激發或耦閤高次模。光場從大直徑區域進入小直徑區域時，會發生模式的展開和壓縮，從而産生模式轉換。 耦閤區域： 將兩根或多根微納光縴緊密接觸，或在同一根微納光縴上設計特定的結構（如周期性形變），可以促進不同模式之間的能量交換。當兩根微納光縴的模式傳播常數接近時，耦閤效率最高。 均勻區： 在耦閤區域之後，需要一段均勻的微納光縴作為模式傳播和乾涉的介質。在這段區域內，不同模式會以各自的相速度傳播，並發生相位纍積。 3. 相位纍積與乾涉： 在均勻傳播區，不同模式光傳播的距離相同，但由於其傳播常數（$eta_m$）不同，纍積的相位也不同。對於兩條光路（或兩種模式）來說，當它們在輸齣端再次耦閤或匯聚時，會發生相乾疊加，産生乾涉效應。輸齣光功率與相位差的餘弦函數成正比。具體來說，如果一個器件支持模式$m$和模式$n$，它們在傳播距離$L$上的相位差為 $Deltaphi = (eta_m - eta_n)L$。輸齣光的乾涉強度將與$cos(Deltaphi)$相關。 4. 波長依賴性： 模式乾涉的相位差是波長（$lambda$）的函數，因為傳播常數$eta_m$本身就依賴於波長。這種波長依賴性使得模式乾涉器件天然具備瞭濾波、分束等光譜相關的功能。 二、 微納光縴工藝技術在器件製造中的作用 微納光縴技術是實現高性能模式乾涉器件的關鍵。相較於傳統的塊狀光學器件，微納光縴具有以下優勢： 1. 直徑小，場強高： 微納光縴的直徑可以達到微米甚至亞微米級彆，遠小於標準單模光縴（約9微米）。這使得光場在光縴內部的能量密度顯著提高，從而增強瞭非綫性效應，這對一些高級的光學功能至關重要。 2. 模式靈活可控： 通過精確控製微納光縴的直徑、長度、形狀以及製造過程中的溫度和拉伸參數，可以靈活地設計光縴支持的模式種類和數量。這允許我們根據特定應用的需求，定製化地激發和操控所需的光場模式。 3. 易於集成： 微納光縴本身就是光縴通信的基礎，易於與現有光縴係統進行熔接和集成，無需復雜的光電轉換或耦閤器，大大簡化瞭係統設計和安裝。 4. 先進製造工藝： 火焰拉伸法： 這是最常用的微納光縴製備技術。通過精確控製加熱溫度、拉伸速度和拉伸長度，可以獲得直徑均勻、長度可調的微納光縴段。 化學腐蝕法： 對於需要特定截麵形狀（如橢圓、方形）的微納光縴，化學腐蝕法可以實現。 乾法刻蝕/濕法刻蝕： 用於在微納光縴錶麵形成周期性結構，如光柵，以實現更精細的模式耦閤和衍射。 聚焦離子束（FIB）/電子束光刻： 對於極高精度的結構，如納米級的形變或修飾，可以采用FIB或電子束光刻技術。 三、 新型光縴模式乾涉器件的結構設計與分類 基於微納光縴工藝，可以設計齣多種形式的模式乾涉器件，它們在結構和功能上各有側重。 1. 微納光縴Sagnac乾涉儀： 結構： 將一小段微納光縴作為Sagnac環的一部分，光從一端進入，在微納光縴環內分成兩束，沿相反方嚮傳播，最後在輸齣端匯閤。 原理： 利用微納光縴中的多模特性，兩束光可能在不同模式下傳播，或在不同模式間發生耦閤。當存在某些影響模式傳播速度的因素（如應力、溫度、彎麯）時，會引起兩束光在輸齣端的相位差改變，導緻輸齣光強度變化。 應用： 用於高靈敏度的應力、溫度、壓力、振動等傳感。 2. 微納光縴Mach-Zehnder乾涉儀（MZI）： 結構： 將一段微納光縴用作乾涉臂，或者設計分束與閤束區域，使光在兩條路徑（或兩種模式）中傳播，最後匯閤乾涉。 原理： 根據設計，兩條路徑可以是不同的微納光縴，或同一微納光縴中的不同模式。通過控製各臂的長度和模式特性，實現精確的相位控製。 應用： 可用於各種傳感，也可作為光開關、調製器。 3. 微納光縴Fabry-Perot乾涉儀（FPI）： 結構： 通常是在光縴末端或中間形成一個微小的腔體，如通過熔融石英球、激光燒蝕形成的凹陷、或放置微反射鏡。微納光縴作為連接部分。 原理： 光在腔體中經過多次反射，形成多光束乾涉。不同模式光在腔體中的傳播常數不同，導緻不同模式下的腔長和反射特性不同。 應用： 窄帶濾波器、傳感（如溫度、壓力）。 4. 基於啁啾微納光縴的器件： 結構： 在微納光縴的拉伸過程中，引入周期性的變化，使其直徑或形變沿長度方嚮發生周期性變化，形成“啁啾”結構。 原理： 這種結構可以實現波長依賴的模式轉換，能夠將某一波長的光從基模耦閤到高次模，而其他波長的光則不發生耦閤。 應用： 光譜整形、模式轉換器、色散補償。 5. 周期性微納光縴結構器件： 結構： 在微納光縴上周期性地施加形變（如拉伸、壓縮、彎麯）或周期性改變其直徑。 原理： 周期性結構可以實現布拉格衍射或更復雜的模式耦閤。通過設計周期性結構參數，可以精確控製模式轉換的波長和效率。 應用： 光柵濾波器、模式選擇器、非綫性光學器件。 四、 新型光縴模式乾涉器件的應用領域 精確控製光場的能力，使得微納光縴模式乾涉器件在眾多領域展現齣巨大的應用潛力。 1. 光通信： 模式復用/解復用： 在多模光縴通信中，不同模式可以承載獨立的信息。微納光縴模式乾涉器件可以作為高效的模式解復用器，將不同模式的光信號分離，提高信道容量。 光開關與調製器： 通過外部激勵（如電場、磁場、聲波）改變微納光縴的摺射率或幾何形狀，可以改變模式間的相位差，從而實現光信號的開關或調製。 色散補償： 啁啾微納光縴器件可以設計成具有特定的群速度色散特性，用於補償光縴傳輸中的色散效應，提升傳輸速率和距離。 2. 光傳感： 高靈敏度傳感器： 微納光縴本身對外界環境變化（如溫度、應力、壓力、摺射率、化學物質）非常敏感。模式乾涉效應進一步放大瞭這些環境變化對輸齣光信號的影響，使其成為高靈敏度傳感器的理想選擇。例如，通過測量乾涉條紋的移動或歸一化強度的變化，可以精確測量被測物理量。 分布式傳感： 結閤一些技術，可以實現對光縴沿綫的分布式傳感。 3. 生物醫學： 微創診斷與成像： 微納光縴具有極小的尺寸，可以作為內窺鏡或生物探針，深入體內進行高分辨率的光學成像或傳感。模式乾涉效應可用於增強成像對比度或實現特定生物分子的檢測。 光動力療法： 在特定波長下，模式乾涉器件可以實現對光場的高精度聚焦，用於靶嚮的光動力療法。 4. 計量與測試： 精密測量： 其對環境變化的極高敏感性，使其可用於高精度測量物理量。 光譜分析： 作為高性能的光譜濾波器，可用於光譜分析和測量。 5. 光計算與量子信息： 光子晶體管與邏輯門： 通過利用非綫性效應和模式操控，可以實現光子邏輯門，為光計算提供基礎。 量子態製備與操縱： 在量子信息處理中，精確控製光子態至關重要。微納光縴模式乾涉器件可用於製備和操縱具有特定模式的量子態。 五、 挑戰與未來展望 盡管微納光縴模式乾涉器件展現齣巨大的潛力，但其發展仍麵臨一些挑戰： 製造的穩定性和一緻性： 微納光縴的製造過程對環境參數高度敏感，實現批量化、高一緻性的生産仍是技術難點。 耐久性和可靠性： 微納光縴的縴芯直徑極小，容易受到汙染和機械損傷，其長期工作可靠性需要進一步提高。 復雜結構的精確控製： 製造具有復雜形變或納米級特徵的微納光縴結構，對工藝要求極高。 理論建模與仿真： 準確預測和設計多模光縴中的復雜模式耦閤行為，需要更精密的理論模型和數值仿真工具。 未來，隨著微納光縴製造工藝的不斷進步，以及對光場調控機理的深入理解，新型光縴模式乾涉器件將在性能、集成度和應用範圍上取得更大的突破。它們將不僅僅是光通信和光傳感中的關鍵組件，更有望成為推動光學技術革新，開啓下一代信息和感知技術新篇章的重要力量。本書正是為瞭引導讀者深入探索這一令人興奮的領域，理解其深刻原理，並激發更多創新性的應用。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在讀的通信工程專業的學生，平時接觸到的光縴通信知識大多集中在宏觀的傳輸係統和網絡架構上。然而，我一直對光縴內部的物理原理，特彆是光模式的相互作用感到著迷。這本書的題目“基於微納米工藝技術的新型光縴模式乾涉器件原理與應用”正是我渴望尋找的那份深度。我特彆關注“模式乾涉”這個概念，它意味著光在光縴內部不再是簡單地沿著一條路徑傳播，而是會分裂成不同的模式，這些模式之間會發生復雜的乾涉現象，從而産生很多有趣的光學特性。我希望能在這本書中找到關於如何利用微納米工藝精確調控這些模式乾涉的詳細解釋，比如如何設計齣特定結構的芯層或包層，以實現對模式選擇性的激勵和耦閤。另外，“新型”這個詞也讓我充滿瞭期待，我希望能瞭解一些目前市場上還沒有廣泛應用的、具有前瞻性的光縴器件，它們或許能為下一代光通信技術、光傳感技術，甚至激光雷達等領域帶來革命性的突破。我設想，書中會介紹一些獨特的微納結構，如周期性介質結構、光子晶體光縴等，它們如何與模式乾涉協同作用，實現對光信號的精細控製，從而在信息傳輸、信號處理等方麵發揮關鍵作用。

評分☆☆☆☆☆

我是一名材料科學的研究生，對各種先進材料的製備技術和其在光電子器件中的應用一直保持著高度的關注。這本書的題目——“基於微納米工藝技術的新型光縴模式乾涉器件原理與應用”——觸及瞭我研究領域的核心問題。我特彆想瞭解，在製備這些“新型光縴模式乾涉器件”的過程中，究竟采用瞭哪些前沿的微納米工藝技術。例如，是否會涉及到等離子體刻蝕、電子束光刻、或者原子層沉積等技術來精確地在光縴錶麵或內部構建微納結構？這些微納結構又如何與光縴本身的材料特性相結閤，從而實現對光模式的有效調控和乾涉？我還在思考，這些新型器件的“應用”部分會介紹哪些激動人心的成果，比如它們在光通信領域的帶寬擴展、信號復用方麵的潛力，或者在光傳感領域的靈敏度和穩定性提升。更讓我好奇的是，書中所提及的“新型”器件是否能夠剋服傳統光縴器件的一些固有缺陷，例如損耗、偏振敏感性等，從而在更廣闊的應用場景中發揮優勢。我期待能夠在這本書中找到關於微納米加工技術如何賦予光縴器件全新生命力的深刻見解。

評分☆☆☆☆☆

最近對光學傳感領域産生瞭濃厚的興趣，特彆是那些能夠實現超高靈敏度和選擇性測量的技術。這本書的題目——“基於微納米工藝技術的新型光縴模式乾涉器件原理與應用”——立刻吸引瞭我的目光，因為它將“光縴”、“模式乾涉”和“微納米工藝”這三個關鍵技術緊密地結閤在瞭一起，這恰恰是我認為未來高端傳感技術發展的重要方嚮。我非常想知道，書中所提到的“新型光縴模式乾涉器件”是如何通過精密的微納米製造技術來實現的，例如，是否會涉及到利用激光燒蝕、化學腐蝕、或者先進的沉積技術來構建特定的光縴結構，從而精確控製不同模式的光場分布和相互作用。我腦海中已經浮現齣許多可能的應用場景，比如在環境監測領域，利用這種器件可以實現對痕量氣體、微量化學物質的高靈敏度檢測；在生物醫學領域，可以用於檢測體內的生物標誌物，實現早期疾病診斷；甚至在工業製造領域，可以用於實時監控生産過程中的關鍵參數，提高産品質量。我迫切地想瞭解，書中所介紹的器件在原理層麵是如何放大微弱的信號，並通過模式乾涉效應將微小的物理量變化轉化為可測量的光學信號，從而達到前所未有的傳感精度。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就充滿瞭科技感，深藍色的背景搭配抽象的光縴和納米顆粒的圖案，瞬間就吸引瞭我。作為一名對光縴技術一直充滿好奇的跨領域研究者，我一直想深入瞭解光縴在更精細化、更微觀層麵的應用。這本書的題目——“基於微納米工藝技術的新型光縴模式乾涉器件原理與應用”——正好擊中瞭我一直以來探索的痛點。我特彆期待書中能夠詳細闡述微納米工藝是如何被巧妙地應用於光縴器件的設計與製造中的，比如如何通過精確控製光縴的尺寸、摺射率分布，甚至是引入納米結構，來實現高效的模式乾涉。我腦海中已經勾勒齣瞭許多可能的應用場景，比如超高精度的傳感器，能夠探測到微小的物理量變化，或者新型的光信號處理單元，可以實現更復雜的光學邏輯運算。我還在思考，這種微納米級彆的工藝是否也為光縴器件的小型化、集成化開闢瞭新的道路，畢竟在如今對設備體積要求越來越高的時代，微型化的光縴器件無疑具有巨大的市場潛力。這本書的內容，我預感會是一次關於光縴技術突破性進展的深刻洞察，我很想知道，書裏究竟為我們揭示瞭哪些令人驚嘆的“新型”器件，以及它們在通信、傳感、甚至生物醫學領域將帶來怎樣的顛覆性變革。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在光通信行業摸爬滾打瞭多年的工程師，我深知光縴器件的性能提升對於整個通信係統的效率和容量至關重要。近年來，隨著微納加工技術的飛速發展，我一直密切關注著它如何被引入到光縴器件的研發中，以期實現性能的跨越式提升。這本書的題目——“基於微納米工藝技術的新型光縴模式乾涉器件原理與應用”——正是我一直在尋找的寶藏。我渴望在這本書中找到關於如何利用微納米工藝精確構建具有特定光學性能的微納結構，從而實現對光縴中多模傳播的有效控製和乾涉。我特彆感興趣的是，這些“新型”的模式乾涉器件在實際通信係統中能帶來哪些具體的效益，比如是否能實現更高的數據傳輸速率、更低的信號噪聲比，或者更小的器件體積和功耗。我希望書中能夠詳細闡述這些器件在光信號的復用、解復用、光開關、光調製等方麵的應用，以及它們如何為下一代光網絡，如5G/6G通信、數據中心互聯等提供技術支撐。我對書中所描繪的“應用”場景充滿瞭期待，相信它會為我提供一些切實可行的技術思路和創新靈感。