本文選題：諧振腔 + 馬赫曾德干涉儀��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：環(huán)形諧振腔由于其高集成度、高分辨率和易加工等優(yōu)點受到研究人員的廣泛關(guān)注。它可以用于實現(xiàn)光學(xué)濾波器、光開關(guān)、光學(xué)延遲器、光學(xué)傳感器等多種光學(xué)器件。溫度傳感器和磁場傳感器是它的兩個典型的應(yīng)用。本文研究了光學(xué)環(huán)形諧振腔的溫度和磁場傳感特性,具體內(nèi)容如下:第一,介紹了幾種常見諧振腔的光學(xué)特性和傳感應(yīng)用的研究現(xiàn)狀。其中包含波導(dǎo)環(huán)形諧振腔及其耦合馬赫曾德干涉儀結(jié)構(gòu)和不同種類的回音壁模式諧振腔。隨后介紹了基于環(huán)形諧振腔的溫度和磁場傳感器研究進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上,總結(jié)了這個領(lǐng)域中需要進(jìn)一步補充和改進(jìn)的研究內(nèi)容,作為本論文的主要研究內(nèi)容。第二,以單環(huán)諧振腔及其耦合馬赫曾德干涉儀結(jié)構(gòu)為例,介紹了傳輸矩陣?yán)碚撁枋鼋Y(jié)構(gòu)傳輸特性的方法。并對該結(jié)構(gòu)的溫度傳感特性研究步驟進(jìn)行介紹。同時,介紹了回音壁模式諧振腔的光學(xué)和機械模式計算理論及計算方法,并模擬了回音壁模式諧振腔的光學(xué)和機械模式,給出評價模式優(yōu)劣的指標(biāo)。隨后提出了簡易的描述回音壁模式諧振腔磁場傳感特性的理論,預(yù)測了回音壁模式諧振腔的磁場靈敏度。為選取合適的實驗參數(shù),理論上對棱鏡與諧振腔的耦合系統(tǒng)中光入射角度進(jìn)行計算,確定了實驗中光學(xué)元件的位置;同時介紹了Pound-Drever-Hall穩(wěn)頻理論,確定后續(xù)實驗系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)頻時所需的調(diào)制頻率。第三,對上下話路單環(huán)諧振腔耦合馬赫曾德干涉儀結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。理論分析了上下話路單環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)兩輸出端口的色散和透射特性。在此基礎(chǔ)上,提出利用這兩個端口的正反常色散特性提高干涉儀靈敏度的方案。理論分析得到上下話路單環(huán)諧振腔耦合馬赫曾德干涉儀結(jié)構(gòu)的色散靈敏度,確定了在不同耦合區(qū)域內(nèi)如何選取上下話路單環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)參數(shù)才能獲得最佳色散靈敏度。并在其中選取一組參數(shù)進(jìn)行驗證,得到與理論基本一致的實驗結(jié)果。最后,計算了利用上下話路單環(huán)諧振腔耦合馬赫曾德干涉儀結(jié)構(gòu)進(jìn)行溫度傳感時的傳感精度,與傳統(tǒng)馬赫曾德干涉儀的傳感結(jié)果進(jìn)行比較,揭示了色散靈敏度的意義。第四,利用單環(huán)鑲嵌諧振腔耦合馬赫曾德干涉儀結(jié)構(gòu)獲得傳感實驗所需的非對稱法諾諧振。理論計算了該結(jié)構(gòu)在參考臂上引入不同的相位偏置時兩個輸出端口的透射譜線,選取兩個端口能夠產(chǎn)生光強變化相反的非對稱法諾諧振的結(jié)構(gòu)參數(shù),進(jìn)行溫度傳感研究。通過數(shù)值模擬的方法討論了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對溫度傳感特性的影響。第五,實驗上研究了回音壁模式諧振腔的光學(xué)和磁場傳感特性。利用COMSOL數(shù)值模擬諧振腔機械模式頻率來確定諧振腔在何種尺寸才能實現(xiàn)在千赫茲范圍內(nèi)較靈敏的磁場探測。利用腔衰蕩法和掃頻法分別測試了兩個諧振腔的光學(xué)品質(zhì)因數(shù)。搭建穩(wěn)頻系統(tǒng),將激光器輸出頻率穩(wěn)定在諧振腔的諧振頻率處。隨后,對所加工的諧振腔的磁場特性進(jìn)行測試,獲得千赫茲頻率范圍內(nèi)的磁場傳感精度。通過改變二氟化鈣光學(xué)腔在磁致伸縮介質(zhì)外的縱向位置和選取合適的磁致伸縮介質(zhì)高度來優(yōu)化回音壁模式諧振腔的機械模式,確定了改進(jìn)型諧振腔結(jié)構(gòu)參數(shù)。隨后在穩(wěn)頻系統(tǒng)中進(jìn)行磁場傳感實驗測量改進(jìn)型諧振腔的磁場探測精度和頻率范圍,獲得了比未改進(jìn)前諧振腔更寬的頻率探測范圍。這兩個諧振腔在低頻范圍內(nèi)均獲得了比微腔更高的靈敏度,不必利用材料的非線性特性就可以實現(xiàn)磁場的直接測量,降低了測量難度。對諧振腔的磁場特性測試為后續(xù)進(jìn)行核磁共振研究奠定了實驗基礎(chǔ)。本文的研究工作改進(jìn)了已有的提高干涉儀相位靈敏度的方式,為干涉儀式傳感器的應(yīng)用提供更多選擇。獲得了低頻范圍內(nèi)室溫下工作的高靈敏度諧振腔磁場傳感器,提升了諧振腔在光學(xué)傳感方面的實用價值。
[Abstract]:In this paper , the research progress of the optical and mechanical modes of the resonant cavity with single ring resonator and its coupling Mach - Zehnder interferometer is presented .
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 任菁圃,張德偉,牛忠霞,周東方;一種同軸諧振腔的溫度特性研究[J];信息工程大學(xué)學(xué)報;2005年04期

2 姚志成;放大器和振蕩器諧振腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J];現(xiàn)代雷達(dá);1998年06期

3 郭俊平,李育德,劉靜倫;矩形諧振腔的失調(diào)分析[J];激光與紅外;2004年03期

4 楊明濤;董孝義;盛秋琴;崔國琪;;全光光纖諧振腔設(shè)計[J];紅外與激光技術(shù);1993年03期

5 龐拂飛;;一種新穎的復(fù)合環(huán)形諧振腔的理論分析[J];光通信研究;2008年02期

6 王又青,安承武,丘軍林,陳清明;環(huán)形增益氣體激光器中諧振腔的研究進(jìn)展[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;1998年05期

7 全亞民;丁耀根;王樹忠;;外加載諧振腔的理論計算與分析[J];強激光與粒子束;2008年05期

8 李宏棋;熊少華;程祖海;;高功率激光器抗失調(diào)諧振腔的實驗研究[J];光學(xué)與光電技術(shù);2013年02期

9 杜志剛;賀學(xué)鋒;;帶諧振腔的微型壓電風(fēng)能采集器[J];傳感技術(shù)學(xué)報;2012年06期

10 魏光輝;;固體激光器諧振腔的設(shè)計方法[J];激光與紅外;1981年01期

相關(guān)會議論文 前6條

1 謝興娟;董玉和;黃傳祿;;抑制同軸諧振腔高次極化模式方法的研究[A];2011年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2011年

2 黃傳祿;董玉和;謝興娟;;漂移頭尺寸對同軸諧振腔模式參數(shù)的影響[A];2011年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2011年

3 溫丹丹;趙建林;李東;姜亞軍;;異面諧振腔中光軸擾動對陀螺性能的影響[A];2010年西部光子學(xué)學(xué)術(shù)會議摘要集[C];2010年

4 溫丹丹;李東;趙建林;;異面激光諧振腔內(nèi)光軸擾動特性分析[A];2011西部光子學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2011年

5 何峰;王歡;褚慶昕;;調(diào)諧結(jié)構(gòu)對介質(zhì)諧振腔模式的影響[A];2005'全國微波毫米波會議論文集（第一冊）[C];2006年

6 洪瑋;于兵;劉旭;肖金標(biāo);孫小菡;;環(huán)形諧振腔性能研究[A];全國第十三次光纖通信暨第十四屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前8條

1 李霞;微環(huán)諧振腔在硅基光子集成器件中應(yīng)用的研究[D];浙江大學(xué);2016年

2 于長秋;光學(xué)環(huán)形諧振腔溫度和磁場傳感特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

3 錢江波;諧振腔介質(zhì)微擾技術(shù)測量蒸汽濕度的理論與實驗研究[D];華北電力大學(xué);2012年

4 郭俊旺;輻射劑量在體測量電子順磁共振諧振腔研究[D];中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院;2015年

5 許志廣;貓眼諧振腔氦氖激光器及其位移傳感器[D];清華大學(xué);2006年

6 庫進(jìn)鋒;基于飛秒激光微納加工的回音壁模式諧振腔的研究[D];吉林大學(xué);2015年

7 尉偉;微盤光諧振腔的制作研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

8 魏青;大激勵區(qū)激光器諧振腔模場控制與光束質(zhì)量改善研究[D];中國科學(xué)院研究生院（上海光學(xué)精密機械研究所）;1999年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 梅勇;用于光緩存的狹縫微環(huán)諧振腔研究[D];華中科技大學(xué);2014年

2 郭凱麗;硅基微環(huán)諧振腔的設(shè)計與制作[D];北京交通大學(xué);2016年

3 曾志敏;微波強電磁場產(chǎn)生技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2016年

4 雷龍海;光學(xué)微環(huán)諧振腔應(yīng)力調(diào)制研究[D];中北大學(xué);2015年

5 張美鳳;諧振腔微擾法測量蒸汽濕度的誤差分析[D];華北電力大學(xué);2013年

6 宋媛;異面環(huán)形諧振腔損耗儀的研究[D];西安電子科技大學(xué);2009年

7 王勇;基于角錐棱鏡諧振腔的理論研究[D];西北大學(xué);2012年

8 王志強;諧振腔微擾法在線測量透平油微水含量的實驗研究[D];華北電力大學(xué)（河北）;2007年

9 張玉玲;基于微波滅菌的諧振腔設(shè)計研究[D];電子科技大學(xué);2013年

10 吳昊;雙環(huán)耦合諧振腔中的慢光研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

，

本文編號：1922143