用透射光谱法测光栅参数的数值模拟

本文基于光栅的严格理论,提出结合透射光谱和优化算法来测量光栅参数的新方法,首先,利用傅立叶模式理论和反射透射系数递推算法(RTCM) ,计算出在2 0 0 -90 0nm波段内的理论透射光谱图,通过在上面叠加不同偏差的高斯噪声来模拟光栅的实际测量曲线,接着在模拟曲线上任取若干个点作为实验测量值,最后利用优化算法进行反演搜索,找到待测光栅的结构参数。文中我们选择了三种类型的光栅对该法进行数值上的模拟,其结果是成功的。该法可能会给光栅参数的测量指明一条新的途径。     

基于模式理论光栅椭偏参数反演的数值模拟

将一种广泛用于求解系统优化问题的方法——正单纯形法，求解光栅的椭偏方程。首先，利用求解光栅的傅立叶模式理论对TE和TM波的复反射系数进行求解。然后计算出其相应的椭偏参数(△，Ψ)，并在该值的基础上加入不同偏差的随机高斯噪声，将加入噪声后的值(△m，Ψm)作为模拟测量值。最后使用优化算法进行反演。通过对几种常用面形光栅椭偏参数的数值模拟，一方面表明傅立叶模式理论计算光栅的椭偏参数不仅精度高。而且速度快；另一方面表明利用正单纯形法得到的光栅参数值很接近于正演时假设的参数值，从而从理论上证明了利用椭偏法测量光栅各种光学参数的可行性。     

椭偏法测光栅参数的可行性理论研究

提出一种新的光栅测试方法-利用椭偏仪测量光栅的基本参数，同时将求解优化问题的正单纯形法用来反演光栅的椭偏方程。首先假设一种光栅模型，计算出不同入射角的椭偏参数（△,φ),然后加入偏差量不同的高斯噪声，把加入噪声后的值（△m,φm）作为模拟测量值，采用正单纯形法进行求解，验斑点得知由这种方法求得的光栅参数接近假设的光栅参数值。反演结果表明，在扩大搜索范围时，仍可以在一定精度范围内得到准确解，这就在理论上验证了用椭偏仪测试光栅参数的可行性。     

基于透射光谱的类金刚石膜光学参数反演

本文采用透射光谱法测量Ge基底类金刚石薄膜（Diamond-like carbon,DLC）的光谱曲线。应用测量的光谱曲线,基于模拟退火算法,构建目标优化函数,通过光谱反演法得到薄膜的厚度、折射率、消光系数。该方法得到的Ge基底类金刚石膜的光学参数与椭偏仪测试结果比对,折射率误差小于1%,厚度误差小于2%。并且将薄膜的光学参数带入透过率理论计算模型,得到的Ge基底类金刚石薄膜透射光谱曲线和实际测试曲线的误差小于2%。该方法只需测量透射光谱曲线,通过计算就能得到薄膜光学参数,对光学薄膜设计和加工具有重要指导意义。     

介质膜光栅槽形无损检测方法的研究

为了从理论上探究介质膜基底光刻胶光栅掩模槽形的检测方法,对此种光栅掩模建立了以C方法为理论基础的衍射效率理论计算的数学模型,并将从实际光栅掩模的SEM照片得出的光栅槽形参数带入到该模型中,得到了一系列-1级衍射光的光谱分布曲线,这些曲线的变化趋势与一定光栅槽形相对应,提出了通过测量衍射光的光谱分布曲线判断光栅槽形的无损检测方法。分析表明,该方法在光栅槽形的检测过程中,可以较为有效地判断光刻胶是否到底,而这一点在掩模的制作工艺中至关重要。     

纳米薄膜的光学参数及厚度提取方法研究

采用磁控溅射法在玻璃基底上分别制备了不同厚度的单层TiO2、Au纳米薄膜和双层TiO2/Au纳米薄膜,并测量了这些薄膜的透射光谱.通过设计计算机程序拟合透射光谱;获取了薄膜的折射率和消光系数随波长的变化曲线以及薄膜的厚度.这种拟合方法是以非线性约束优化理论为基础的,具有透射光谱易测量、计算精度高等特点.     

一维金属光栅的透射光增强效应的物理机制

通过时域有限差分法模拟金属光栅狭缝中的光场分布随时间的演化及狭缝阵列参数对透射光谱的影响．进一步证明．一维金属光栅的透射光增强效应起源于狭缝中光场的类Fabry-Perot(F-P)共振。光栅参数变化产生的透射光谱的漂移是由于其对这种类F--P腔长度的调制。     

长周期手征光栅的光谱和传感特性研究

根据耦合模理论,分析了双螺旋型长周期手征光纤光栅(Chiral Long Period Fiber Gratings,CLPGs)的光谱特性和耦合特性,利用相位匹配条件,计算了特定谐振波长所对应的扭转周期及扭转率,模拟了相应的透射谱,并讨论了光栅的设计参数对透射谱的影响。最后分析了双螺旋型CLPGs的应变传感特性,研究表明其传感特性与传统的长周期光纤光栅类似,谐振波长受应变变化会发生偏移,并且波长的偏移量与应变呈线性关系,灵敏度为0.828 pm/με。     

分段磁光光纤光栅的光谱特性研究

分段磁光光纤布拉格光栅(MFBG)是指在同一根磁光光纤上依次写入不同周期的光栅而形成的级联磁光光栅系统。根据均匀MFBG的耦合模理论,利用电磁场边界连续性条件,研究了分段MFBG中圆偏振光的光谱特性。研究表明,单段光栅时,圆偏振光在分段MFBG中的反射或透射光谱特性与均匀MFBG一致,理论计算的偏振相关损耗(PDL)变化曲线与实验结果基本吻合。两段或多段MFBG段级联时,分析了在外加磁场的控制下采用不同光栅周期的多段MFBG结构实现可调色散补偿、分布式磁场传感等光子信息处理的功能原理。     

亚波长周期结构抗反射介质光栅的衍射特性

用严格耦合波理论(RCWA)计算了当折射率取一系列离散值时的二维亚波长周期结构介质光栅出现一级衍射透射波的周期值,进而利用最小二乘法拟合出临界周期点随折射率的变化规律;利用一维单台阶和多台阶光栅在TE、TM偏振状态以及二维单台阶圆柱状光栅和二维金字塔结构多台阶光栅进行验证,发现它们同样满足临界周期点的变化规律。结果证明,对于任意面形的亚波长周期结构介质光栅的一级衍射效率都有这一规律。     

基于双提升小波的自适应混沌信号降噪

根据信号和噪声的特性不同,本文提出了一种基于双提升小波的自适应混沌信号降噪方法.该方法结合奇异谱和梯度下降算法,分别对双提升小波变换后的近似部分和细节部分进行了分析.一方面,奇异谱分析更大程度的去除了代表噪声的较小奇异值;另一方面,神经网络对非线性阈值的自学习,实现了小波系数的自适应选取,提高了信号的定位精度.通过对Lorenz模型和月太阳黑子时序进行仿真,证实了本文所提方法能够对实际观测的混沌信号进行有效的降噪.     

透射光栅谱仪光谱法测量ICF辐射温度

辐射温度是间接驱动ＩＣＦ研究中一个非常重要的参量。利用透射光栅谱仪,结合光谱还原技术对辐射温度进行测量,并对辐射输运过程作细致的研究。本文介绍了透射光栅光谱还原技术的一般方法,以及在重复频率脉冲激光等离子体Ｘ射线光源上进行ＸＵＶ二极管标定和光栅标定的一般过程。     

基于累积量的二维DOA估计的特征向量算法

本文提出一种基于累积量的二维ＤＯＡ估计特征向量算法,算法能同时确定目标的仰角与方位角;空间平滑累量使算法能更有效抑制高斯空间有色噪声。本文证明了,通过对累积选择,算法还可抑制非高斯空间白噪声,仿真实验证明了该算法明显估于ＭＵＳＩＣ算法。     

传输矩阵法求解长短周期级联光纤光栅传输谱

基于光纤光栅的模式耦合理论,用传输矩阵法对长短周期级联光纤光栅的传输谱特性进行分析。先由耦合模方程分别得到长周期光纤光栅(LPFG)、连接光纤段和短周期光纤光栅(FBG)的传输矩阵,然后将它们相乘得到总的传输矩阵,最后再结合边界条件求得长短周期级联光纤光栅(CLBG)的传输谱。进一步对CLBG的传输谱进行了数值模拟,并通过实验进行了验证。实验结果表明,CLBG的传输谱中出现了由纤芯模和包层模耦合形成的两个谐振峰,与模拟计算的结果一致,证明了传输矩阵法求解CLBG传输谱的可行性,为CLBG在多参量传感和测量领域的广泛应用提供了理论支持。     

L波段掺铒光纤放大器的增益平坦滤波器设计

EDFA的增益平坦化是WDM系统中的重要问题．用成本低、插损小的光纤光栅实现该功能是一项有吸引力的方案，采用剥层法设计了基于啁啾光栅的增益平坦滤波器。基于时间因果律的剥层算法将光纤光栅看成一个分离的模型，由一系列长度为△的复反射器所组成，每个反射器的后端耦合系数都可由它的前端耦合系数递归地求出，从而能快速、精确地反演出光栅的耦合系数函数。啁啾光栅的目标反射谱由理想的增益平坦滤波器透射谱获得，利用与反射谱群时延有关的常数α可控制光栅的长度，α取值为0．0024cm。时，对应的光栅长度为3．5cm。用剥层法反演出耦合系数函数后，又通过解Riccati方程模拟了合成光栅的透射谱。数值模拟结果显示理想透射谱与合成光栅透射谱之间的峰峰值误差小于0．1dB．并且在工作带宽范围内，透射谱群时延的变化量小于0．6ps，表明该滤波器对系统没有额外的色散影响。     

基于小波变换的高斯曲线拟合在峰值定位中的应用

针对低速率解调仪采样获得光纤布喇格光栅反射光谱解调精度低的缺点,采用了一种基于小波变换的高斯(WTG)曲线拟合方法。利用小波变换对反射光谱信号进行分解,对小波细节分量进行阈值量化处理,在此基础上,运用处理后的细节分量和近似分量对信号进行重构;然后对重构后的信号插值并进行高斯曲线拟合,使用Levenberg-Marquardt(LM)算法优化高斯拟合系数。仿真实验结果表明:与直接寻峰算法、高斯拟合算法相比,WTG算法的峰值定位误差最小,解调精度更高。     

双层亚波长金属栅的电磁波透射抑制效应

基于传输矩阵法计算了完美电导体双层亚波长金属栅的透射谱,分析了其透射抑制现象,并结合场分布特点建立了等效的矩形腔模型,获得了透射抑制发生时的结构参数及波长的依赖关系.结果表明,透射抑制现象与组成的单栅厚度无关,不依赖于单栅的波导模式,主要取决于两栅间隔内的倏逝模耦合,场分布表明此时第二层栅的狭缝入口处为零场分布.基于完美电导体的矩形腔模型,给出了场分布的解析解,并进一步计算出与透射谱上透射抑制线较为吻合的结果.     

基于四阶累积量特征分解的空间谱估计测向方法

传统的空间谱估计测向方法大都是在二阶统计基础上提出的。而高阶累积量(cumulant)及其对应的高阶谱具有更加丰富的信息,而且对任何谱特性的高斯噪声都有很好的抑制能力。本文研究了基于四阶累积量特征结构分析的谱估计测向方法。从累积量的基本定义和性质出发,导出了基于特征分解的测向算法,并给出了模拟实验和测向系统外场实验结果。实验结果显示,基于四阶累积量方法的性能优于传统谱估计测向方法,特别是对于未知谱特性的色高斯噪声的情况。     

Design and nonlinearity compensation of Fabry-Perot type tunable optical filters for dynamic strain sensing systems

The collected spectrum of the fiber Bragg grating （FBG） and the loss of the detected optical power are discussed with respect to the 3-dB bandwidth of a Fabry-Perot （F-P） type tunable optical filter （TOF）, respectively. And the optimized parameters of the TOF are obtained consequently. It is demonstrated that the relationship between the transmission wave- length of the TOF and its drive voltage is nonlinear. A new method to compensate the nonlinearity of the TOF is proposed. The linear sweeping of the transmission wavelength of the TOF is achieved through modifying the drive voltage using interpolation algorithm. It is observed that the average error and the maximum error of the transmission wavelength are reduced sharply under linear fit. The dynamic strain sensing is realized by use of a reference FBG and moving averaging algorithm in this system.