摘要：为了压窄梳状滤波器单信道带宽,提高有限频带资源利用率,本文提出一种表面等离激元(surface plasmon polaritons,SPPs)干涉型梳状滤波器。在单信道带宽被压窄的同时,伴随通带透射率和信道数大幅提升。利用时域有限差分(finite difference time domain,FDTD)法数值模拟了梳状滤波器设计参数对透射光谱的影响,探究了产生机理,优化了设计结构。研究结果证明,梳状透射光谱单信道超窄带宽是SPPs和石墨烯微腔双重干涉的结果。梳状透射光谱主要集中在1—1.24μm近红外波段,单信道带宽最优值可达4.2 nm,信道数高达18个。同时可通过调控顶层二氧化硅(SO)的宽度实现相邻信道间距、单信道带宽和信道数的需求选择,尤其梳状光谱是由滤波器结构材料自身耦合共振激发的,结构简单,更易于片上集成。

摘要：介绍了利用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术实现乙炔浓度在线监测的研究。该系统通过复合调制信号调制近红外分布反馈式二极管激光器(DFB LD)作为光源,光纤耦合器将激光分为两束,分别通过0.5 m封闭短光程气体吸收池和参考光路,双路接收采集含有气体浓度信息的测量光信号和参考光信号送后级处理,应用快速傅里叶变换(FFT)得到含有气体浓度信号的各次谐波检测分量,实现乙炔浓度信息反演,其中多次平均、数字滤波及背景扣除等数字信号处理技术被用于提高系统信噪比。通过理论分析和试验系统实验证明,该系统在软、硬件上的设计可以满足乙炔气体的在线监测,且系统体积小,光路调试和标定简单,便于实际应用。

摘要：基于交替光栅和石墨烯设计了一种近红外波段电磁超材料多通道吸收器。采用时域有限差分法(FDTD)数值模拟了结构设计参数对吸收光谱的影响规律,获得了最佳结构。同时探究了各通道吸收率对入射光源角度的依赖性。仿真结果表明,基于法布里-珀罗(F-P)腔共振、磁激元共振和相消干涉形成的吸收光谱主要集中在0.95~1.15μm近红外波段。交替光栅的结构参数和介质层厚度对光谱特性影响较大,当光栅高度增大或周期减小时,腔共振模迅速右移,并伴随各干涉峰小幅度右漂,吸收率大幅改变;介质层厚度对干涉谱影响强烈,当介质层厚度达40 nm以上时,干涉谱几乎消失。各通道吸收峰对光源入射角不敏感,但当入射角在10°以上时,低端吸收率随入射角线性增大,线性拟合度高达0.9931。

摘要：为了消除折射率动态检测中环境温度漂移的干扰,提出了一种基于交替光栅和石墨烯复合结构的超材料传感器。利用时域有限差分法数值模拟了传感器结构设计参数对共振光谱的影响规律并研究了耦合机理,同时优化了设计结构。研究结果证明,复合结构传感器具有多通道和超窄线宽双重光谱特性,且近红外频段高吸收光谱是由F-P腔共振效应、磁激元共振效应和相消干涉耦合激发产生的。基于不同共振模式下折射率和温度敏感度的差异性,选择两个共振峰峰位波长作为信息载体,借助矩阵方程获得的温度补偿后的折射率传感灵敏度可达358.6 nm/RIU。结果表明,所提传感器可对1~1.6 RIU超大折射率范围的样品进行实时动态监测,同时能消除温度漂移的影响,更具实用性。

摘要：利用传输矩阵法和有限元法分析了光栅周期、调制深度、锥腰直径和不同设计区段长度比等光栅制作参量和结构设计参量对双锥型光纤布喇格光栅光谱特性的影响.软件仿真结果表明:限定相关参量后,光栅周期增大,双锥型光纤布喇格光栅整体反射谱右移,与均匀分布光纤布喇格光栅光谱变化规律一致;调制深度增强,两主反射峰基本不变,而两主反射峰中间的次级峰个数增多,光强增大;锥腰直径减小,激发更多包层模,干涉峰个数增多,强度提升;整根光栅长度保持1cm不变,锥腰区,标准光栅区和渐变光栅区长度比直接影响次级峰的数量和幅值,随着渐变光栅区长度占比的增大,次级峰的幅值增大,同时个数减少.双锥型光纤布喇格光栅可在多参量传感器、多通道滤波器、多通道半导体激光器、色散补偿和光上下载分插复用等方面广泛应用.

摘要：基于不同材料和尺寸的三光栅级联顶层结构设计了一种太阳能超宽带吸收器。采用时域有限差分法FDTD数值模拟了铬膜厚度、缓冲层折射率和厚度、吸收器单元周期及三光栅宽度比和高度比等结构设计参数对共振吸收光谱带宽和吸收率的影响规律。同时借助选取波长下的电磁场分布规律、结合局域表面等离子体共振探究了宽光谱、高吸收率产生的物理机制。仿真结果表明,材料和结构参数不同的三个单光栅级联可明显拓宽入射光的吸收光谱带宽;优化吸收器结构设计参数后,获得了横跨部分紫外光、全部可见光和部分红外波段的宽频带,高达2.2μm的吸收谱宽,近1μm红外频段的吸收率可达完美吸收;并且吸收器在较宽的入射角范围内依然能保持良好的吸收性能和极化的敏感特性。本文所设计的吸收器结构简单,尺寸小,易与芯片集成,可在光伏发电、太阳能热处理和光探测等方面均具有潜在的应用前景。

摘要：为了解决光纤光栅传感器同时测量多个参量的难题,结合锥形光纤技术和光纤光栅技术,设计了一款新型双锥形光纤光栅。采用传输矩阵法,借助二层和三层单模光纤纤芯基模有效折射率的色散方程及标量有限元法理论建模,数值分析了均匀腐蚀区直径为3μm时双锥形光纤光栅的反射谱特性。采用氢氟酸渐变腐蚀法实验制备了双锥形光纤光栅,均匀腐蚀区直径为3μm时,呈现12个反射峰,2个主峰和10个次峰,与理论分析结果基本吻合。同时选取其中3个反射峰测量了温度、折射率和液位,同步测量灵敏度分别为9.63nm/℃、1975.96nm/RIU、26.07nm/cm。双锥形光纤光栅制作简单,作为传感器可同时测量多个参量,不但能有效降低成本,还能拓宽光纤光栅传感器的设计思路。

摘要：为提高光谱仪的探测灵敏度,采用了单光子计数器作为光谱仪的探测元件,建立了单光子计数光谱仪的探测系统.在该系统中,主机通过通用串行总线控制连接在开发板串口上的单光子计数器并采集相应的探测结果.设计了通用串行总线开发板的固件程序和主机的应用程序.应用赛普拉斯公司的通用串行总线开发套件中的模板以及美国国家仪器公司的虚拟仪器软件的驱动程序向导,生成了相应的驱动程序和安装信息文件.安装运行了探测系统并测试了探测系统的基本性能.结果表明:每10ms暗记数值为0到10个,满足其性能指标范围;测量计数值与积分时间有很好的线性关系,误差在0.3%以内;测量获得了人体皮肤的光辐射计数值.

摘要：本文基于哑铃型光栅设计了基底/金膜/二氧化硅/石墨烯/光栅五层结构近红外宽带吸收器。采用时域有限差分法(FDTD)数值模拟了不同结构参数下吸收光谱带宽的变化规律,优化了结构设计。结果证明,吸收器在近红外波段呈现完美吸收特性,且当二氧化硅层厚度为200 nm、哑铃型光栅函数取0.2x^2+0.07,厚度为300 nm,周期在0.89-0.95μm范围内,吸收谱带宽最大可达300 nm;同时在缓冲层与光栅之间引入单层石墨烯可以明显增大吸收率。本结构吸收器在医药安全、宽带通信和隐身技术等领域具有许多潜在的应用价值。

摘要：以多模光纤作为光波导,利用多层膜传输矩阵理论详细分析了光纤直径和外界环境折射率等结构设计参数对传感器光谱特性的影响规律。仿真结果表明,光纤直径越小,共振谱深度越强;且共振谱波长随膜层材料厚度的增大,按指数规律增大,在30~40nm左右效果最优;在1.33~1.40外界环境折射率范围内,随着折射率增大,共振谱波长右漂,深度加大。同时利用实验初步验证了理论分析的正确性。