一、Dynamic Gain-Clamped Amplifier with Backward-Injection of a Fabry-Perot Laser(论文文献综述)
刘杨洋[1](2021)在《基于里德堡相互作用的两原子纠缠的实现》文中研究指明相互作用可控、相干时间长的中性单原子体系具备提供成千上万个量子比特的规模化集成的优势,是进行量子模拟、实现量子计算的有力候选者之一。近几年中性单原子体系在实验上取得了快速地发展,完成了包括上百个单原子的确定性装载、二维和三维阵列中单个原子的寻址和操控、量子比特相干时间的延长、基于里德堡态的两比特量子门的实现和原子态的高效读出等,这些工作极大地推动了该体系在量子模拟和量子计算方面的应用。这些成果为单原子体系用于量子计算和量子模拟的研究奠定了坚实基础,但是普适量子计算机的实现还需克服很多挑战和问题,包括实现高保真度的纠缠门操作,实现原子态的非破坏性测量以及实现阵列中原子的低串扰制备与探测。本文主要研究了基于里德堡相互作用下实现两比特纠缠门的物理限制,提出使用Off-Resonant Modulated Driving(ORMD)方案实现两比特受控相位门来克服该物理限制的影响,并在此基础上实现了两原子纠缠,为下一步基于中性单原子体系的量子模拟和量子计算打下坚实的基础。本文取得的主要研究成果如下:1.实现了窄线宽、低噪声、高稳定的里德堡激发激光源我们定制了一个高细度的腔长可调谐的超稳法布里珀罗腔(FP腔)。通过Pound-Drever-Hall(PDH)频率稳定的方法,我们将腔的长度锁定在商用的碘稳激光器上面,碘稳激光器频率的长期漂移在几个小时内小于1kHz/0.5℃,使得一个月内的激光频率长漂小于46kHz。然后通过PDH稳频方法将780nm和960nm激光的频率稳定到腔上,同时用该法布里-珀罗腔作为一个低通滤波器来过滤激光由于锁定环路有限的反馈带宽引起的相位噪声,使得距离载频0.75 MHz处的噪声被压制了 30dB,然后腔过滤光用以注入锁定实现激光功率的放大。这样我们最终获得窄线宽(<1 kHz)、极低的相位噪声和良好的长期稳定性的激光光源。2.实现了单原子高效率、长寿命的里德堡相干激发单个原子的里德堡相干激发是实现量子模拟和量子纠缠的基础。在780nm激光和960nm激光进行频率稳定后,我们通过双光子跃迁实现基态到里德堡态的相干激发,780nm激发光耦合基态|g>和中间态|p>,而480nm激发光(960nm激光倍频得到)耦合中间态|p>和里德堡态|r>,780nm激发光与中间能级失谐-5.7GHz,通过激发光对射构型我们实现了基态到里德堡态效率高达98.5%的相干激发。然后我们研究了单个原子的基态和里德堡态之间的相干耦合的物理和技术上的限制因素。我们为每个检测误差和退相因素建立了模型,根据相应模型得到的模拟值与实验观测值能够很好地符合。最后,我们通过优化这些参数,实现了退相时间高达67μw的Rabi振荡。3.控制比特相干性对两比特纠缠门的影响我们通过分析现阶段‘π-gap-π’两比特逻辑门方案的特点,发现除了实验上的技术因素外,另一个影响两比特逻辑门保真度的因素是单个比特的相干性。首先,我们在实验上分别测量了单个原子基态和里德堡态之间的相干时间Tgr并分析了退相因素的来源。然后,我们测量了控制比特在纠缠过程中的相干时间tcont,在实验上该时间与单个原子相干时间τgr是一致的。因此,我们得出结论,在不考虑纠缠过程制备的其他误差时,纠缠保真度实际上受到exp(-tgap/τgr)的限制,其中tgap是π-gap-π脉冲序列之间的间隔时间。4.单脉冲ORMD方案实现Cz门并实现两原子纠缠在分析了通用的两比特逻辑门方案的保真度受限于控制比特的相干性后,我们使用一种ORMD方案来实现受控相位门(Cz门),该方案在制备两比特门时不会将原子完全布居到里德堡态,大大降低了对于单个原子ground-Rydberg态的相干时间的要求。基于此方案,我们实现了保真度为0.875的两原子纠缠态。我们认为在对实验中不完美因素进行改进的情况下,保真度可以达到0.95以上。
马德正[2](2021)在《表面周期性电注入实现增益耦合半导体激光器的研究》文中研究说明二十一世纪是信息时代,信息学科和信息产业的迅猛发展离不开微电子技术、光电子技术、通信技术、计算机科学与技术以及自动化、精密机械等科学技术综合发展。分布反馈(DFB)半导体激光器作为微电子器件的重要元件,以其单模成品率高、光电转化效率高、窄线宽、易于单片集成、可直接调谐的特性逐步成为光纤通信、医疗、材料加工等日常生活领域不可或缺的重要光源。传统的折射率耦合(Index-Coupled)DFB半导体激光器存在模式简并的问题,尽管引入λ/4相移光栅可以实现单模、窄线宽的激光输出,但在激光器内部不均匀的光子分布会导致空间烧孔效应,大大影响激光器的输出特性。另一种方案为增益耦合(GC,Gain-Coupled)DFB半导体激光器,其主要优势在于高的增益对比、单模成品率高以及由于驻波效应带来的高稳定性,但是传统的增益耦合DFB半导体激光器需要高精度的光栅刻蚀技术以及二次生长外延技术,这使得激光器的制作成本与工艺难度大幅增加,不利于其大批量生产和广泛应用。因此,本论文创新性的提出采用普通i-line光刻技术和等离子刻蚀技术,利用较为简单的芯片制造工艺,设计并制备1045 nm纯增益耦合DFB半导体激光器,实现了低阈值、高效率、高稳定性的单模激光输出。由于纯增益耦合激光器的内部增益耦合效应系数较小,激光器内部F-P效应显着,容易加剧激光器内部的模式竞争,导致激光器的输出模式不稳定,出现多模输出的现象。为了实现波长的精准锁定,创新性的提出了基于不同倾斜角度的795 nm纯增益耦合半导体激光器倾斜波导阵列。通过物理模型的建立、模拟仿真以及器件制备,从实验和理论上分析并验证了倾斜波导增益耦合半导体激光器的输出特性与对应的倾斜角度之间的关系,并且通过改变倾斜角度实现了一定的可调谐性能,对未来倾斜波导的结构设计有着重要意义。具体的研究内容及研究成果如下:(1)建立具有增益耦合机制的半导体激光器物理模型,根据耦合模理论与传输矩阵的方法对激光器内部原理进行分析,通过COMSOL Multiphysics、Rsoft、Matlab等商业软件进行模拟仿真,计算激光器内部的载流子分布、增益曲线、耦合系数以及光场分布,并根据仿真的结果对激光器的相关参数进行优化,获得了器件结构的优化方案。(2)设计并制备了表面周期性电注入实现激射波长在1045 nm的纯增益耦合分布反馈半导体激光器。利用周期性电极实现了有源区内部载流子的周期性分布,进而实现了较大的增益对比,对折射率的虚部进行了调制,最终实现了纯增益耦合机制。器件的阈值电流为40 m A,在240 m A的电流下的输出功率达51.9m W(HR和AR镀膜),远超过文献中报道的单模增益耦合DFB半导体激光器(单腔面输出功率15.42 m W)。斜率效率达0.24 W/A,超过钛金属表面光栅增益耦合分布反馈半导体激光器(约0.11 W/A)的2倍。单模区间的范围内,最大边模抑制比超过35 d B,最窄线宽为1.12 pm,远低于文献报道的侧向耦合光栅的结构(约160 pm)以及高阶表面光栅型(线宽小于40 pm)增益耦合分布反馈半导体激光器。器件采用了和法布里-珀罗激光器几乎同样的工艺流程,大幅简化了增益耦合DFB半导体激光器的制作方法,对其大规模制造加工和广泛应用有着重要的推动作用。(3)设计并建立了倾斜脊形波导的物理模型,通过改变脊形波导的倾斜角度来改变有效光栅周期。通过COMSOL Multiphysics软件进行模拟仿真,得到了倾斜角度与激光器腔面反射率的关系,计算了倾斜波导所带来的激光器腔面损耗,进一步分析由于倾斜波导所引起的对激光器性能的影响。与传统的分布反馈激光器不同,倾斜波导纯增益耦合半导体激光器的输出特性与腔面反射率相关,倾斜角度越大,腔面反射率越小,也就意味着激光器的输出峰值功率随着倾斜角度的增加而减小,阈值电流随倾斜角度的增加而增大。(4)制备倾斜脊形纯增益DFB半导体激光器,来验证倾斜波导所带来的对激光器输出性能的影响。通过设计不同的倾斜角度来实现不同光栅周期,不同角度的光栅周期对应于激光器不同的激射波长,从而实现了激光器的可调谐特性。器件被解理成2 mm腔长,包含设计的5种倾斜角度,分别为0°、0.39°、1.86°、2.60、3.65°。在20℃的测试结果表明,5种倾斜角度的波导所制成的激光器的输出功率均超过了30 m W,输出光谱的边模抑制比均超过30 d B,波长的覆盖范围从789.392 nm到798.048 nm,共8.656 nm,覆盖了铷原子泵浦的吸收峰。验证了倾斜波导纯增益耦合半导体激光器输出峰值功率随着倾斜角度的增加而减小,阈值电流随倾斜角度的增加而增大的分析结果。另外测试的结果还表明倾斜波导的应用会降低激光器的波长随电流的漂移系数,提高激光器稳定性。本文提及的表面周期性电注入实现的增益耦合半导体激光器均是采用与FP激光器相似、较为简单的工艺制备技术。与目前采用精密光刻技术或二次外延制备方式相比,其优点在于制备工艺简单、容差大、可重复性高,能够满足工业化批量生产的需求。本文提及的表面周期性电注入增益耦合分布反馈半导体激光器的性能参数指标满足应用需求,但是其成本低和生产周期较短,在军事国防、工业生产加工、光通信、医疗美容等领域具有巨大的商业价值和应用前景。
韦达[3](2021)在《新型无源复合谐振腔滤波的窄线宽波长扫描光纤激光器研究》文中研究指明随着激光技术的逐渐发展与成熟,光纤激光器被广泛应用于光通信、高精度测量、原子钟、基础物理量测量等领域,而波长扫描光纤激光器在光纤传感、生物医学以及光谱学等领域尤其具有重要的应用价值。目前,波长扫描光纤激光器的研究发展方向主要集中在扫描速度、扫描范围、输出功率和瞬时线宽等性能的不断提升方面。本文对新型无源复合谐振腔滤波器及其波长扫描光纤激光器应用展开工作,主要创新点和研究内容如下:1、针对各种复杂结构复合谐振腔滤波器,提出一种基于光路传输分析的矩阵解法,用节点和传输光路的形式简化了滤波器结构分析过程,使用矩阵解法可以在不推导解析解的情况下直接数值解得复合谐振腔滤波器的滤波光谱,极大地降低了其分析和仿真难度。例举并分析了几种复杂结构复合谐振腔滤波器,给出了仿真分析方法和滤波光谱,发现双耦合器环级联复合谐振腔(Dual-coupler ring based compound-cavity,DCR-CC)滤波器的滤波效果具有明显优势,并详细地分析了DCR-CC滤波器的滤波特性,给出滤波光谱评价标准、参数选取方法,最终确定了实验用滤波器参数。2、研制了一种基于DCR-CC滤波器和C+L波段掺铒光纤放大器(Erbium-doped fiber amplifier,EDFA)的单纵模窄线宽波长扫描光纤激光器。使用DCR-CC滤波器结合可调光纤F-P滤波器(Fiber Fabry-Pérot tunable filter,FFP-TF)实现了C+L波段超过80 nm瞬态SLM振荡的波长扫描激光输出,且在150 Hz扫描频率下可稳定运行。利用相同带宽的光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,FBG)代替FFP-TF对激光器的静态激光性能进行测量,激光波长在1530 nm、1550 nm、1570 nm和1590 nm处均具有>66 d B的光信噪比、<-(16)(20)(18)(13)(18)(18)d B/Hz的相对强度噪声、<625 Hz的激光线宽、<0.704 d B的功率波动且在20min内无跳模发生。通过对激光纵模持续时间进行计算,可知激光器在扫描运行状态下,瞬时输出激光能够达到静态输出激光的线宽和光束质量。3、以掺铒光纤激光器为例,从傅里叶域锁模(Fourier domain mode locking,FDML)的运行原理出发,系统地分析了FDML波长扫描激光器瞬时线宽展宽的机理,同时,分析了双耦合器环(Dual-coupler ring,DCR)滤波器在快速波长扫描状态下的滤波特性,提出使用DCR滤波器的带阻滤波通道可以在不破坏FDML动态平衡的情况下对激光器进行滤波。首次演示了以掺铒光纤为激光增益介质且波长扫描范围为3.072 nm、光信噪比为57.31 d B、扫描速率为62.918 k Hz、瞬时线宽为4.28 GHz的高质量FDML波长扫描光纤激光输出。在加入DCR滤波器后,从光谱上可以明显看出由于滤波引起的不同波长成分强度发生改变。而在拍频谱上观察到间隔为340.60 MHz的一系列拍频峰,间隔与DCR的60.00 cm的腔长对应。
袁伟超[4](2021)在《拉曼光纤放大器和光时域反射仪光信号检测与处理电路研究》文中指出光接收器是光纤传输系统的重要组成部分,接收器的性能决定了传输质量。因此,本文将基于低噪声、低干扰角度,对拉曼光纤放大器(Raman Fiber Amplifier,简称RFA)和光时域反射仪(Optical Time Domain Reflectometer,简称OTDR)两者的光信号接收模块的电路进行研究。RFA利用泵浦光源对在光纤中传输的光信号进行放大,多路泵浦激光器能够同时对光纤内传输的多波长复合光进行放大。但是,RFA存在针对不同波长光信号有不同增益的现象。为了实现对各信道的光信号进行平坦放大,有必要对各信道的光信号进行功率检测,得到不同信道之间的增益平坦度,反馈给泵浦光源从而实现多波长光信号平坦放大。OTDR是用于了解光纤链路性能的仪器,利用OTDR可以得到光纤特性沿距离长度的分布情况,以及对传输信号的衰减情况、耦合器和熔接头损耗等信息,方便用户找到光纤链路发生故障的地方。本文主要研究内容与成果如下:(1)介绍RFA和OTDR的背景和研究现状;(2)介绍RFA的基本原理,RFA多波长功率检测系统的搭建,OTDR基本原理和相关参数,跨阻放大电路的工作原理和噪声模型分析,低通滤波电路及电源设计理论;(3)介绍RFA多波长功率检测系统的软件流程、硬件电路设计,重点对buck降压、光电转换、增益调节等电路,Labview上位机以及多波长功率检测、增益调节检测等算法进行设计;(4)介绍OTDR接收模块的软件流程、硬件电路设计,重点对boost升压、光电转换、高速ADC等电路进行设计,以及完成基于FPGA高速等效采样算法设计;(5)经测试,RFA多波长功率检测系统在增益固定时,能够实现7.02d Bm功率范围的多波长峰值功率检测;加入增益调节电路后,检测范围扩大为14.66d Bm,最低检测光功率为3.31n W;系统测得各通道峰值电压与第一通道峰值电压的比值,跟光谱仪测得各通道峰值功率与第一通道峰值电压的比值之间最大误差为0.1。OTDR光信号接收模块实现用两片50MSPS采样率的ADC达到100MSPS的等效采样率。
胡春霞[5](2021)在《外部扰动下弱谐振腔法布里—珀罗激光器混沌动力学特性及其在安全通信中应用研究》文中研究说明混沌的遍历性,以及对初始条件的极度敏感性,相空间中的不规则运动等标志性特征适用于保密通信、混沌密码学、图像加密、多媒体版权保护等领域。半导体激光器(SL)是一种非线性器件,在外部扰动下所产生的混沌光信号具有随机性高、带宽大等优点,受到人们的青睐,被广泛用于混沌雷达、物理随机数的获取及混沌光通信等领域。基于SL的混沌光通信技术旨在从通信网络的物理层进行数据的保密传输,安全性更高,且能够与目前的商用光通信系统良好兼容,具有宽带、高速、低衰减等显着优势。为此国内外已投入了大量的人力和物力进行研究,但由于还处于初级阶段,即使已经取得了一定的成果,仍然还有许多问题值得探讨,比如如何提高信息传输能力等。弱谐振腔法布里-珀罗激光器(WRC-FPLD)是在传统法布里-珀罗激光器(FP-LD)基础上进行改进,研发出的一种新型半导体激光器。与FP-LD相比,WRC-FPLD具有相对较长的腔长和较低的前端面反射率,从而具有更小的模式间隔及更宽的增益谱。因此,在一定的波长范围内WRC-FPLD可以激发更多模式。在多信道物理随机数的获取、多信道混沌雷达、多信道混沌光通信及其他多信道相关应用领域具有广泛的应用前景。因此研究在外部扰动下,WRC-FPLD的混沌动力学特征具有重要意义。目前,虽然已有研究报道基于WRC-FPLD产生混沌信号的初步研究工作,但将该混沌信号应用于安全通信还有一些关键问题尚未解决。其中包括针对不同外部扰动下WRC-FPLD产生适合混沌光通信的优质混沌信号,合理构建基于WRC-FPLD的混沌同步系统,掌握同步质量对通信性能的影响,保密通信中其它关键参量对传输能力的影响等亟待解决的问题。基于上述分析,本文以WRC-FPLD为激光源,围绕WRC-FPLD在外部扰动下混沌信号的获取、基于混沌同步的混沌光通信系统的构建,对混沌光通信系统的同步质量和安全光通信的性能进行系统研究。主要研究内容如下:1.基于多模速率方程模型,采用数值方法研究了WRC-FPLD在光纤布拉格光栅(FBG)滤波反馈下的混沌动力学特征;采用Lang-Kobayashi方程结合FBG,建立描述FBG滤波反馈WRC-FPLD动力学行为的速率方程。通过调节FBG的布拉格频率和反馈因子k,WRC-FPLD不同的纵模可以成为激射模,通过进一步调节反馈因子,所选的激射模呈现混沌状态。固定FBG布拉格频率之后,通过改变反馈因子k,系统地研究了k的变化对混沌带宽的影响。结果显示混沌带宽随着k的增加先增大后减小。所得的结果与我们之前的实验结果进行了对比,发现混沌带宽随着k的变化趋势与实验得到的结果相似。此外,进一步系统研究了FBG的3 d B反射带宽和FBG布拉格频率与自由运转WRC-FPLD各纵模之间的频率失谐Δf对混沌带宽的影响,结果表明通过调节合适的反馈参数FBG,滤波反馈WRC-FPLD可以输出波长可调、带宽可控的宽带混沌信号。2.提出并实验验证了一种基于两个模式间隔相同的单向耦合WRC-FPLDs(主WRC-FPLD和从WRC-FPLD)同时产生多信道宽带混沌信号的方案。将自由运行主WRC-FPLD的输出注入到另一个从WRC-FPLD。由于主WRC-FPLD与从WRC-FPLD模式间距相同,因此他们对应模式的频率失谐一致。通过设定适当的注入功率和频率失谐,从WRC-FPLD的多个纵模可以被激发到混沌状态,从而提供多信道混沌信号。利用一个中心波长可调谐光滤波器(TOF),实验检测了9个信道混沌信号的性能。实验结果表明,在不同的注入条件下(Δf=5 GHz和Pin=1.08 m W,Δf=1 GHz,Pin=276.04μW,Δf=5 GHz和Pin=1.27 m W)9个信道混沌信号的混沌带宽略有不同,分布在8~15 GHz的范围内。此外,在功率谱中可以看到,与总混沌信号相比,每个单信道混沌信号位于低频区域的能量都要比总混沌输出的能量高。随后,进一步系统研究了注入参数对单个信道混沌信号带宽的影响,首先固定频率失谐Δf,改变注入功率Pin。结果显示随着注入功率Pin的增加,混沌信号的带宽表现出先增大,然后降低的趋势。锁定注入功率Pin的情况下,随着Δf在-30 GHz到30 GHz之间的变化,单信道混沌信号带宽的变化呈现出了一个近似M形对称分布。最后,基于Lang-Kobayashi模型,给出了用于描述两个单向耦合WRC-FPLDs动力学态的速率方程,采用四阶Rung-Kutta算法数值模拟。通过计算不同模式时序的互相关函数,揭示了单模混沌信号功率谱中低频能量比总模混沌信号功率谱中低频能量低的物理本质是激光器内部的模式竞争。具有反相关系的模式叠加时,低频能量相互抵消。由于该方案结构相对简单,且具有同时生成多信道混沌信号的能力,可为WDM混沌光通信和多路高速随机数生成等相关应用领域提供多信道混沌源;3.提出并实验验证了一种利用两个具有相同模式间隔的WRC-FPLDs实现可切换载波波长的混沌保密通信方案。该方案中,一个滤波反馈WRC-FPLD(T-WRC-FPLD)被用作为发射器,另外一个具有相同模式间隔的WRC-FPLD(R-WRC-FPLD)作为接收器。通过调节可调光滤波器(TOF)的中心波长,然后配合适当的反馈功率,可以在T-WRC-FPLD中选择所需的模式成为激射模,并输出混沌信号。TOF的中心波长可以用来选择该混沌信号的中心波长。因此,在滤波反馈下T-WRC-FPLD可以提供具有可切换中心波长的混沌载波。T-WRC-FPLD输出的混沌信号被注入R-WRC-FPLD,并驱动R-WRC-FPLD以产生同步的混沌信号。在适当的注入强度下,T-WRC-FPLD与R-WRC-FPLD之间可以实现高质量混沌同步,实现载波波长可切换的混沌光通信。以T-WRC-FPLD中三个不同模式提供的三种不同混沌信号作为混沌载波为例,检测了该通信系统的性能。在优化系统工作参数后的实验中,三种情况中T-WRC-FPLD与R-WRC-FPLD之间的互相关函数都可以达到0.94以上。利用T-WRC-FPLD和R-WRC-FPLD之间的高质量混沌同步,在三种情况下,5 Gb/s的信息都可以被成功的加密解密,误码率显着低于3.8×10-3。该方案为密集WDM(DWDM)混沌光通信网络提供了一种潜在的方法。
范志强[6](2020)在《光电振荡器及其应用研究》文中进行了进一步梳理具有低相位噪声、高频率稳定度的微波信号源是现代通信、雷达、导航及测量等电子系统的核心器件。光电振荡器是一种通过光电反馈环路将光能量转换为微波能量的微波光子信号产生技术,具有相位噪声低、频率稳定度高、频率调谐范围大的优点。该技术突破了电子技术产生微波信号的技术瓶颈,对提高电子系统性能具有重要意义,已经成为微波光子学的研究热点。本论文对光电振荡器进行了系统的理论与实验研究,包括基础理论、测试方法、新型结构及其应用研究。主要研究内容及创新点如下:1.光电振荡器基础理论研究研究了注入锁定光电振荡器的基础理论。通过推导时域相位差微分方程,建立了注入锁定OEO的理论模型,明晰了注入锁定OEO的锁定条件,解释了频率牵引现象,分析了相位噪声特性的影响因素。并通过实验验证了理论分析结果,该结果为注入锁定光电振荡器的研发提供了理论依据。2.光电振荡器相位噪声测试方法研究提出了基于波分复用结构的光延迟互相关微波信号相位噪声测量方法。在传统光延迟互相关相位噪声测量技术中,引入波分复用技术使两个测量通道共享数公里长延时光纤,降低了系统复杂度和双通道延时匹配的难度。搭建测试平台,实现了4-11GHz微波信号的相位噪声测量,在10GHz频点处的系统噪底为-152.6d Bc/Hz@10k Hz。该测量方法为宽带、低相噪微波信号源提供了一种相位噪声测量手段。基于光延迟互相关相位噪声测量系统,提出采用波分复用技术将光电振荡器与相位噪声测量系统相融合的光电振荡器相位噪声测量方法。搭建了共享光纤的双环路光电振荡器,边模抑制比达到82.4d B,并采用上述测量方法建立了相位噪声测试平台,在10.66GHz频点处测得相位噪声为-122d Bc/Hz@10k Hz,与商用相位噪声测量仪器的测试结果一致,降低了光电振荡器相位噪声测量的技术难度。3.新型结构光电振荡器研究研制了基于注入锁定和延时补偿技术的光电振荡器,通过延时补偿系统实时补偿由于温度等因素引起的环路延时变化,将振荡频率维持在注入信号的锁定范围内,实现了稳定的单模振荡。该光电振荡器在1000s时间内,温度波动范围22-31℃时,10.66GHz频点处实现了±0.1ppb的频率稳定度,边模抑制比达到78d B,频率调谐步进为10Hz。该成果提高了光电振荡器的边模抑制比和频率稳定度。研制了基于宇称-时间对称原理的可调谐光电振荡器。利用硅基集成微盘振荡器的互易性实现了宇称-时间对称结构,其强大的模式选择能力大大降低了对滤波器的带宽要求。利用硅基集成微盘振荡器的热调谐性,实现了可调谐光电振荡器。建立了实验系统,实现了15d Bm、2GHz至12GHz可调谐微波频率输出。当反馈环路长度约1km时,在10k Hz频率处的相位噪声达到了-117.3d Bc/Hz。该方法降低了对滤波器带宽的要求和实现了宇称-时间对称光电振荡器的调谐。研制了基于微波非线性放大技术的双频输出光电振荡器。实现了含有基频信号和三次谐波信号的双频输出。基频信号的频率调谐范围为6.68GHz至10.6GHz,调谐步进为50MHz/m A,输出功率为12.774±0.8d Bm;三次谐波信号的频率调谐范围为20.04GHz至31.9GHz,调谐步进为150MHz/m A,输出功率为-5.41±1.47d Bm。为实现高性能双频微波源提供了一种有效解决方案。4.光电振荡器应用研究基于互参考结构光电振荡器,提出了温度不敏感型应变和位移测量方法,其中互参考结构采用波分复用技术实现。分别研制了基于光电振荡器的应变和位移测量系统,其中应变测量系统测量范围大于600με,测量误差优于±0.3με,且不受温度影响;位移测量系统在模拟待测目标距离约为8km,采样时间为1ms时,位移测量误差为±11.14μm,速度测量误差为±3.90μm/ms,结果也不受温度影响。该方法克服了温度对测量系统的影响,同时兼有测量精度高、速度快的优点。
杨广泽[7](2020)在《基于光注入VCSEL的光学混沌计算研究》文中研究表明近年来,混沌垂直腔表面发射激光器(VCSEL)被广泛应用于混沌保密通信、混沌雷达测距、混沌光子储备池计算、物理随机数的产生和混沌神经网络等方面。最近,混沌VCSEL又扩展到一个新的领域:混沌计算,这为逻辑光路的实现开辟了一个新的途径。与基于非线性光学效应实现的光学计算装置相比,基于混沌VCSEL的光学混沌计算具有更好的安全性、更灵活的控制手段、更好的抗噪声能力和更低的功耗等优势。然而,光学混沌计算的发展仍处于初始阶段,相关研究工作主要关注于基本逻辑运算的实现(如:AND,OR,NOR等),对于光学组合逻辑计算和光学时序逻辑计算关注较少,其逻辑输入编码、逻辑输出的阈值判断机制、可重构特性和可靠性等方面还存在许多关键技术难题需要被进一步研究。针对这些问题,本课题主要对如下两个方面进行了探索:(1)研究了光注入VCSEL中两个偏振分量的非线性动力学行为演化,同时探究了偏振双稳态、频率失谐和注入强度之间的相互作用。通过对来自采样光栅分布布拉格反射激光器的两个逻辑输入和一个时钟输入编码,以及对VCSEL的两个偏振分量的逻辑响应输出进行解码,本方案实现了双路并行的光学混沌数据选择计算。通过对注入强度的优化,两个偏振分量输出的正确逻辑响应比特位时间可达100 ps,其中y偏振分量输出的正确逻辑响应比特位时间可达67 ps。输出的成功概率受比特位时间、注入强度和噪声强度的共同影响,研究表明这一方案在较大范围的注入强度和噪声强度内其逻辑响应输出成功率为1。这一基于光注入VCSEL的混沌数据选择计算在噪声不可避免以及需要较快响应速率的应用中具有广阔前景。该部分内容见第三章。(2)研究了保偏光注入下VCSEL的注入强度和偏振双稳性之间的关系,并探究了其两个偏振输出的非线性动力学行为演化。提出了一种新的阈值机制来评判保偏光注入下VCSEL两个偏振部分的逻辑响应输出,实现了时钟同步下的双路并行光学混沌复位-置位(RS)触发和双路并行光学混沌转换(T)触发,其比特位时间为1 ns,并通过控制高幅值复位(转换)触发信号的持续时间,进一步探究了这两种时钟同步触发操作之间的重构。这两种触发操作的触发输出成功概率由复位(转换)信号的持续时间和自发辐射噪声强度相互影响,当复位(转换)信号的持续时间较长,其范围在480 ps到592 ps之间时,RS触发操作的成功概率等于1;当复位(转换)信号的持续时间较短,在116 ps到170 ps之间时,T触发操作的成功概率为1。此外,这两种触发操作对噪声具有很强的鲁棒性。本方案提出的具有时钟同步功能的可重构光学混沌触发操作在噪声不可避免和需要多重触发功能的应用中具有较大潜力。该部分内容见第四章。
蔡瑶[8](2020)在《基于拉曼增益的分布反馈随机光纤激光器》文中研究表明近年来,随机激光器成为了快速增长的一类光源,其中常规的光学谐振腔被无序增益介质(例如激光晶体或半导体粉末)中的多散射反馈所替代,这种类型的激光器具有稳定性好、体积小、价格低廉等突出优点。尽管随机激光器具有许多有趣的特性,但是它们中大部分都缺乏激光的一些基本特质,如方向性和高功率。为克服其不足之处,研究者们相继提出了基于多层结构、空芯光子晶体光纤结构以及波导阵列等低维结构的随机激光器。而基于光纤的随机激光器被认为优于其他类型的随机激光器,因为光纤波导结构几乎是一维的,可以很好的限制光的径向散射,并将输出光控制在光纤轴上,因此,随机光纤激光器具有方向性好和输出功率高的特性,从根本上解决了传统随机激光器的问题。基于拉曼增益的分布反馈随机光纤激光器的输出特性在许多方面已经超过了常规拉曼光纤激光器的输出特性,特别是其一阶效率十分高,尤其是在级联产生方面,具有调谐范围更大、多波长产生光谱平坦度更高、带宽更窄和非线性晶体倍频转换效率更高等特性。基于拉曼增益的分布反馈随机光纤激光器的独特性能为激光物理、非线性光学、无序系统理论等多种科学研究领域提供了新的平台,并且为它们在先进技术中的应用打开了大门,例如长距离无放大器传输和传感、低相干红外和无斑点生物成像的可见光源、激光显示器等。本论文对基于拉曼增益的分布反馈随机光纤激光器进行了实验研究,利用高非线性光纤,解决了激光阈值和腔长之间的矛盾,对基于拉曼增益的分布反馈随机光纤激光器的腔体设计、输出特性进行了一系列的研究。此外,利用高非线性光纤的超高非线性以及拉曼增益,还在拉曼光纤激光器中,首次通过实验演示了h态脉冲随功率及偏振态变化的演化规律。最后,为探究脉冲泵浦和连续光泵浦产生随机激光的机理和输出特性的不同之处,设计了通信波段处基于黑磷的亚微秒调Q光源。本论文的几项研究成果如下:1、设计了一个简单而紧凑的单模高功率Er/Yb共掺杂的全光纤激光器作为基于拉曼增益的分布反馈随机光纤激光器的泵浦源。利用高非线性光纤,解决了其激光阈值和腔长之间的矛盾。基于拉曼增益的半开腔分布反馈随机光纤激光器的激光阈值低至0.408 W,为迄今为止报道的最小阈值;其工作波长为1658 nm,是第一次在此波长下运行的基于拉曼增益的分布反馈随机光纤激光器。研究了高非线性光纤在不同长度下其输出特性。当高非线性光纤不超过850 m时,激光阈值和光学转换效率随着光纤长度的增加都呈现出下降的趋势。而当高非线性光纤为950 m时,输出特性将变得完全不同,光谱演化过程和基于拉曼增益的全开腔分布反馈随机光纤激光器类似,其激光阈值为1.111 W,斜率效率为32%。为实现基于拉曼增益的短腔低阈值分布反馈随机光纤激光器提供了新的思路和依据。2、研究了基于拉曼增益的环形腔分布反馈随机光纤激光器。当高非线性光纤不超过850 m时,只有环形腔的谐振效应形成反馈,即输出激光传统的连续拉曼激光。而当高非线性光纤为950 m时,其激光反馈完全由随机分布瑞利散射提供。基于拉曼增益的环形腔分布反馈随机光纤激光器的激光阈值为0.284 W,约为全开腔(1.111 W)的1/4。与线性腔相比,由瑞利散射引起的随机分布反馈和谐振腔效应引起的反馈将共存于环形腔分布式反馈随机光纤激光器中,从而导致其激光阈值大大降低。然而,两种腔结构的光功率分布不同,导致自发辐射概率存在一定的差异,基于拉曼增益的环形腔分布反馈随机光纤激光器的光学效率(15%)低于全开腔光学效率(32%)。实验结果表明,基于拉曼增益的环形腔分布反馈随机光纤激光器可为低阈值的随机激光提供了一种新的思路。3、基于拉曼增益的分布反馈随机光纤激光器和拉曼光纤激光器的增益都是通过光纤中的受激拉曼散射获得的。通过实验发现,环形腔随机光纤激光器的输出无模式。为了解受激拉曼效应对脉冲激光的影响,展开了对脉冲拉曼光纤激光器的研究。通过实验证明了运用非线性偏振旋转锁模技术在拉曼光纤激光器中首次产生了h态脉冲。激光腔的总长度为632 m,激光器以-2.47 ps2的负色散运行。h态脉冲显示了与泵浦功率和偏振态有关的演变。h态脉冲可以展宽到270 ns,而不会发生分裂。h态脉冲的峰值功率逐渐减小并趋于固定值,这表明峰值功率钳位效应不断增强。此外,通过改变偏振态,h态脉冲也可以谐波运行。实验加深了对h态脉冲的理解,并提供了一种在拉曼光纤激光器中实现高能量脉冲的方法。4、为探究脉冲泵浦和连续光泵浦产生随机激光的机理和输出特性的不同之处,但实验室缺乏通信波段的窄脉冲源,因此,进行了基于黑磷的亚微秒级调Q光纤激光光源的研究。通过一种紧凑型的掺饵全光纤环形腔激光器实现了亚微秒调Q脉冲。采用机械剥离法制备了层状黑磷材料,并利用平衡同步双检测法测量了剥离后的层状黑磷的非线性光学特性,证明了黑磷具有良好的可饱和吸收特性。利用这一特性制备了基于黑磷的可饱和吸收体。在光纤激光器中实现了中心波长为1557.9 nm,最短脉冲持续时间为742 ns的稳定调Q脉冲输出。实验结果表明,层状黑磷可以作为产生亚微秒调Q脉冲的有效的可饱和吸收体,而且此调Q光源经过放大之后可用来泵浦高非线性光纤优化拉曼阈值,探究利用通信波段处脉冲泵浦来产生长波长处的随机激光。
侯绍冬[9](2020)在《基于受激布里渊散射的自稳定调Q光纤激光器》文中指出被动调Q光纤激光器具有结构紧凑、稳定可靠的特点,在工业加工、激光雷达以及测距遥感等领域具有重要作用。其中受激布里渊散射自调Q光纤激光器以无波长限制、低成本、全光纤结构的优势受到研究人员的广泛关注,但是其随机输出特性严重限制了此类激光器的发展。本文为克服受激布里渊散射自调Q激光器的随机输出缺陷,从仿真和实验方面研究了基于受激布里渊散射的自稳定调Q光纤激光器及其输出调谐特性。本文首先从基本原理出发,介绍了被动调Q技术及其实现手段。通过数值仿真,讨论了被动调Q激光器内部反转粒子数的变化过程以及脉冲序列的产生原理。分析了与受激布里渊散射调Q激光器相关的物理效应,讨论了这些效应的起源和物理过程。在此基础上,建立了完善的受激布里渊散射调Q激光器数值仿真模型。通过耦合的偏微分方程组对受激布里渊散射引起的调Q过程进行了详细分析。通过传统的边界条件成功复现并分析了传统受激布里渊散射调Q激光器的随机脉冲及其相关特性。最后基于分析提出了改进的边界条件,使得模型输出了稳定的调Q脉冲序列。仿真表明,采用改进的边界条件后,输出脉冲重复频率的不稳定性从8.24%降低至0.86%,峰值功率的不稳定性由43.42%降低至1.36%。基于数值仿真结果的指导,提出了采用两根端面未接触的光纤跳线组成法布里珀罗干涉仪来产生合适边界条件的方案。在传统的受激布里渊散射调Q激光器的结构基础上加入上述的法布里珀罗干涉仪,实验时通过调节法布里珀罗干涉仪的腔长,成功使得受激布里渊散射调Q激光器输出了重复频率、峰值功率均相当稳定的脉冲序列。与传统SBS自调Q激光器的稳定方法相比,在腔内加入FP干涉仪能以低廉的成本高效地实现输出脉冲的稳定,此外全光纤结构提升了激光器整体的稳定性,并且方便与其他系统集成。实验测得输出脉冲射频谱的信噪比可高达68.12 d B,证明该类激光器具有较高的稳定性。在600 mW的泵浦下,激光器实现了55 mW的平均功率、3.5μJ的单脉冲能量输出。此外,论文还设计并实现了环形结构的自稳定受激布里渊散射调Q激光器,并分析了输出脉冲的光谱特性。最后,研究了自稳定的受激布里渊散射调Q激光器的调谐特性。在固定的泵浦功率下,精细调节法布里珀罗干涉仪的腔长可以使得激光器输出调Q脉冲的重复频率产生连续显着的变化。实验表明,泵浦功率越高,输出脉冲重复频率的调谐范围也越大。在600 mW的泵浦下,法布里珀罗干涉仪的腔长调节长度小于3μm,重复频率可从12.38 kHz连续变化到35.32 kHz。如此显着的重复频率变化表明,自稳定的SBS调Q激光器可以应用于应力传感、环境监测以及气体探测等领域。论文还分析了在法布里珀罗干涉仪腔长调节过程中重复频率和脉冲宽度的相对稳定性,并讨论了单脉冲能量和脉冲宽度的线性变化关系。
唐曦[10](2020)在《基于半导体激光混沌熵源获取高速物理随机数的相关理论和实验研究》文中指出随着网络技术的迅速发展和广泛应用,人类社会已迈入信息时代。信息既是时间,也是财富,是国家发展的重要战略资源。然而信息在通信网络的传输过程中,随时都可能受到非授权的访问、篡改或破坏,必须加以保护。保障信息安全的核心技术是密码技术。而在密码学领域,无论是加密技术、数字签名、身份认证还是各种安全协议等都要用到随机数,因此随机数是密码学领域的基石,随机数的质量决定了密码技术的安全性。按随机数的产生方法可以将随机数发生器划分为两大类:伪随机数发生器和物理随机数发生器。伪随机数发生器利用种子序列和确定性算法通过计算机能方便地产生速率达Gbits/s的随机数序列。由于这种发生器具有成本低廉、输出速率主要受限于处理器主频速率瓶颈较易打破、序列统计特性优良等优点使其广泛应用于蒙特卡洛模拟、统计抽样等科学计算领域。然而这种发生器的确定性本质使其输出随机序列存在不可避免的周期性、可用的序列长度有限,本质上不具有真正的随机性。这种特征使得伪随机数发生器用于保密通信领域时存在安全隐患,且随着量子计算、云计算等领域的快速发展,计算资源的快速提升使得基于计算复杂度的伪随机数发生器越来越难以保障信息安全的需求。事实上,正如着名应用密码学家Schneier所说:采集大量随机数的最好方法是选取真实世界的自然随机性。物理随机数发生器正是基于真实物理世界中的随机现象作为熵源来产生随机数。这种随机数发生器产生的随机数是非周期性、不可预测的,具有真正的随机性。然而,受限于选用的物理机制,传统的物理随机数发生器的典型速率仅为Mbits/s量级,无法满足面向未来的高速保密通信网络的速率需求。近年来,基于半导体激光混沌熵源的随机数发生器方案受到了人们的广泛关注。半导体器件输出的宽带混沌激光信号带宽能可达到几个GHz以上,且具有大范围的强度起伏,易于提取,非常适合用于产生速率达Gbits/s量级以上的高速随机数,在高速保密通信领域展现出了巨大的应用潜力。本论文围绕半导体激光混沌熵源获取高速物理随机数的课题开展研究工作,主要研究内容及结论如下:1.提出基于互耦分布反馈式半导体激光器(DFB-SLs)系统输出的混沌激光产生多路随机数的技术方案。首先,基于Lang-Kobayashi速率方程对该互耦DFB-SLs系统进行建模。利用四阶Runge-Kutta法求解速率方程,并通过适当选取合理的耦合强度和耦合延迟时间让系统输出信号处于混沌态。数值模拟了系统在不同参数条件下输出的时间序列,并利用相关函数、互信息对互耦DFB-SLs系统中两激光器混沌输出的时延特征进行提取和量化评估。在固定耦合延迟时间条件下,分析了在不同耦合强度下两激光器混沌输出时间序列的自相关函数时延特征峰值的演变规律,以及频率失谐对系统输出时延特征的影响。以上述理论研究为基础,构建互耦DFB-SLs实验系统,首先通过时延特征抑制技术获取到两组时延特征得到充分抑制的高质量混沌熵源信号,以欠采样的方式通过8位模数转换器(ADC)对熵源进行采样量化,通过简单后处理得到两路通过NIST统计检验套件全部项目检测的速率达50Gbits/s的随机数以及合并得到100Gbits/s的随机数。随后,实验研究了系统输出光谱、频谱和混沌信号带宽随耦合强度变化的演化情况。评估了混沌熵源时域波形样本的振幅概率密度分布、自相关曲线及其时延特征峰值随耦合强度变化的演化趋势。以过采样的方式对熵源进行采样量化,并通过复杂后处理方法最终获得双路符合严苛质量评估标准且速率达0.48Tbits/s的随机数,并通过按位交错合并处理得到速率达0.96 Tbits/s的随机数。2.提出基于主从垂直腔面发射激光器(VCSEL)系统获取多路随机数的技术方案。首先搭建了基于光纤环形外腔反馈混沌光注入VCSEL实验系统。通过引入平行光反馈并优选反馈参数,使主VCSEL的两正交偏振模式同时激发并处于混沌态,再将主VCSEL输出的两路混沌光注入到从VCSEL中使从VCSEL的两正交偏振模式也被激发到混沌态。研究了注入功率和频率失谐对从VCSEL两偏振模式输出混沌信号的有效带宽、排列熵以及最大互相关系数的影响情况。在最佳参数条件,将从VCSEL两偏振模式输出的混沌信号分别作为熵源来产生随机数。比较了采用不同后处理方法对输出序列统计特性、时延特征等的影响,最终得到两路速率为160Gbits/s的随机数。针对上述实验方案进行改进,提出了基于光纤布拉格光栅(FBG)外腔混沌光注入VCSEL获取多路随机数的方案。首先基于自旋反转模型对系统进行建模,利用四阶Runge-Kutta法求解速率方程,理论研究了FBG外腔反馈强度、FBG与主VCSEL的频率失谐对主VCSEL两正交偏振模式输出信号的有效带宽、时延特征等的影响,分析了双路偏振保持混沌光注入下从VCSEL输出偏振分解混沌信号带宽的分布情况。在理论分析的基础上搭建相应的实验系统,在双模共存条件下研究了FBG外腔反馈强度对主VCSEL两偏振模式混沌输出的有效带宽和时延特征的影响。在双路平行光注入下研究了从VCSEL两偏振模式混沌输出的时延特征、有效带宽随频率失谐和注入强度的变化情况。在优选参数条件下提取的两路混沌熵源经并行提取结合交错合并等后处理技术,最终生成20路符合NIST检验标准的速率达160Gbits/s的随机数。3.提出基于FBG外腔弱谐振腔法布里-珀罗激光器(WRC-FPLD)获取高速随机数的技术方案。通过数字示波器、光谱仪和电谱分析仪对滤波反馈下WRC-FPLD的时间序列、光谱和功率谱进行采集和分析,实验研究了WRC-FPLD输出的动力学演化路径。随着反馈功率的增大,WRC-FPLD输出呈现由稳态、过渡到单周期、再进入混沌、最后回到稳态的演化过程。评估了滤波带宽分别在60GHz、80GHz、100GHz的3种情况下,20nm波长范围内35个纵模各自输出的混沌信号有效带宽随反馈功率的变化情况。分析表明,在3种滤波带宽下,通过调节FBG的中心波长并合理地选择反馈功率均可以使WRC-FPLD的35个纵模分别进入混沌态,且随着滤波带宽的增大,纵模输出混沌信号带宽也会有所增强。在100GHz的滤波带宽下,各个纵模的混沌信号有效带宽均可达20GHz以上且频谱较为平坦。选取有效带宽为23.9GHz的混沌输出作为熵源,通过适当的后续处理获得了符合严苛质量评估标准且速率达240Gbits/s的随机数。
二、Dynamic Gain-Clamped Amplifier with Backward-Injection of a Fabry-Perot Laser(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Dynamic Gain-Clamped Amplifier with Backward-Injection of a Fabry-Perot Laser(论文提纲范文)
(1)基于里德堡相互作用的两原子纠缠的实现(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 引言 |
1.1 中性原子量子计算 |
1.2 里德堡原子基本特性 |
1.2.1 里德堡原子的能级结构 |
1.2.2 里德堡原子的波函数 |
1.2.3 跃迁矩阵元 |
1.2.4 里德堡态原子寿命 |
1.2.5 里德堡态的斯塔克效应 |
1.2.6 里德堡态原子间的相互作用 |
1.3 单原子体系量子计算进展 |
1.3.1 里德堡激发的实现 |
1.3.2 量子逻辑门和两原子纠缠的的实现 |
1.3.3 中性原子的规模化实现 |
1.3.4 原子比特的相干时间 |
1.3.5 量子比特的探测 |
1.4 研究内容 |
第2章 单原子囚禁及内态操控 |
2.1 磁光阱系统 |
2.1.1 磁光阱相关激光光路系统 |
2.1.2 磁光阱结构 |
2.2 单原子囚禁 |
2.2.1 红失谐光偶极阱 |
2.2.2 红失谐光偶极阱的实验实现 |
2.2.3 单原子的探测 |
2.3 单原子的性质 |
2.3.1 原子在偶极阱中的寿命 |
2.3.2 原子的谐振频率 |
2.3.3 原子温度 |
2.4 单原子量子比特的制备与操控 |
2.4.1 原子的初态制备-光泵过程 |
2.4.2 单比特操控-微波跃迁 |
2.5 激光系统 |
2.5.1 激光的频率稳定 |
2.5.2 激光的移频系统 |
2.5.3 激光功率稳定 |
2.6 本章小结 |
第3章 激发光的频率稳定及相位噪声过滤 |
3.1 频率稳定简介 |
3.1.1 闭环锁相环路简介 |
3.1.2 闭环锁相环路的稳定性 |
3.1.3 伺服凸起(Servo-Bumps) |
3.2 PDH稳频方法简介 |
3.2.1 法布里珀罗腔的反射峰信号 |
3.2.2 PDH信号的得到-调制与解调 |
3.3 激光频率稳定的实现 |
3.3.1 法布里珀罗腔的腔长锁定 |
3.3.2 激发光的频率稳定 |
3.3.3 法布里珀罗腔过滤相位噪声及注入锁定 |
3.3.4 腔的加热效应 |
3.4 本章小结 |
第4章 基态到里德堡态的相干激发 |
4.1 双光子对射构型试验方案 |
4.1.1 780nm激发光 |
4.1.2 480nm激发光 |
4.1.3 里德堡激发的吸收峰和Rabi振荡 |
4.1.4 激发光的频率稳定性 |
4.2 里德堡激发过程的探测误差 |
4.2.1 基态探测误差 |
4.2.2 里德堡态探测误差 |
4.2.3 探测误差的测量 |
4.3 Rabi振荡退相因素分析 |
4.3.1 Doppler效应 |
4.3.2 中间能级的自发辐射 |
4.3.3 单光子Rabi频率起伏 |
4.3.4 激光相位噪声 |
4.3.5 其他因素 |
4.3.6 优化后的Rabi振荡 |
4.4 本章小结 |
第5章 受控非门及两原子纠缠保真度损失研究 |
5.1 里德堡阻塞效应 |
5.1.1 里德堡阻塞效应原理 |
5.1.2 里德堡阻塞效应的实验观测 |
5.2 基于里德堡阻塞效应的受控非门及两原子纠缠 |
5.3 控制比特相干性对两原子纠缠的影响 |
5.3.1 单原子量子比特相干性分析 |
5.3.2 纠缠过程中控制比特相干性测量 |
5.4 本章小结 |
第6章 ORMD脉冲方案实现两原子纠缠 |
6.1 ORMD脉冲方案简介 |
6.2 ORMD脉冲方案的实现 |
6.3 两原子纠缠的制备 |
6.3.1 受控相位门实现两原子纠缠的理论推导 |
6.3.2 两原子纠缠的实现 |
6.4 本章小结 |
第7章 总结和展望 |
参考文献 |
附录A 物理学中的基本参数 |
附录B Rb原子能级图 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(2)表面周期性电注入实现增益耦合半导体激光器的研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 半导体激光器的应用与发展历程 |
1.1.1 半导体激光器的应用 |
1.1.2 半导体激光器的发展历程 |
1.2 增益耦合分布反馈半导体激光器的研究进展 |
1.2.1 国外研究进展 |
1.2.2 国内研究进展 |
1.3 本论文主要研究内容 |
第2章 半导体激光器理论与分析 |
2.1 半导体激光器的工作原理 |
2.1.1 增益介质内部的粒子数反转与光增益 |
2.1.2 电泵浦与光泵浦 |
2.1.3 光学谐振腔 |
2.2 半导体激光器的基本特性 |
2.2.1 光电特性 |
2.2.2 光谱特性 |
2.2.3 空间模式特性 |
2.2.4 温度特性 |
2.2.5 调制特性 |
2.2.6 退化与灾变特性 |
2.3 增益耦合分布反馈半导体激光器的原理 |
2.3.1 半导体激光器的模式特征 |
2.3.2 耦合模理论 |
2.4 本章小结 |
第3章 表面周期性电注入增益耦合半导体激光器的制备与封装 |
3.1 半导体激光器制备技术 |
3.1.1 半导体材料外延生长技术 |
3.1.2 光刻技术 |
3.1.3 材料刻蚀技术 |
3.1.4 介质薄膜生长技术 |
3.1.5 欧姆电极制备技术 |
3.1.6 腔面薄膜生长技术 |
3.2 半导体激光器的解理与封装 |
3.2.1 半导体激光器的解理 |
3.2.2 半导体激光器的封装 |
3.3 表面周期性电注入增益耦合半导体激光器制备流程 |
3.4 本章小结 |
第4章 周期性电注入1045 nm纯增益耦合半导体激光器 |
4.1 引言 |
4.2 结构设计 |
4.3 器件制备与封装 |
4.4 实验结果与分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 基于倾斜波导的795 nm增益耦合半导体激光器 |
5.1 引言 |
5.2 器件结构与制作步骤 |
5.3 实验结果与分析 |
5.4 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 本文结论 |
6.2 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(3)新型无源复合谐振腔滤波的窄线宽波长扫描光纤激光器研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 选题背景与意义 |
1.2 窄线宽激光技术的研究与发展 |
1.3 波长扫描激光器的研究与应用 |
1.4 本论文结构安排 |
第二章 新型无源复合谐振腔滤波器理论与仿真分析 |
2.1 简单复合谐振腔滤波器传输特性 |
2.2 复杂复合谐振腔滤波器传输特性 |
2.3 用于快速激光波长扫描的复合谐振腔滤波器特性 |
2.4 本章小结 |
第三章 C+L波段单纵模窄线宽波长扫描光纤激光器 |
3.1 DCR-CC搭建与表征 |
3.2 C+L波段激光增益范围的实现 |
3.3 单波长运行实验 |
3.4 波长扫描运行实验 |
3.5 本章小结 |
第四章 窄线宽FDML波长扫描光纤激光器 |
4.1 FDML理论分析 |
4.1.1 FDML工作原理 |
4.1.2 腔长匹配和色散管理 |
4.1.3 滤波器选择和性能表征 |
4.1.4 增益介质特性分析 |
4.1.5 激光器实验系统设计与搭建 |
4.2 激光扫描特性实验与讨论 |
4.2.1 极限锁模范围 |
4.2.2 单向扫描性能 |
4.2.3 色散和滤波器驱动频率偏移 |
4.2.4 激光瞬时线宽 |
4.2.5 应用于FDML扫描激光器的DCR滤波效果 |
4.3 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间完成论文目录 |
(4)拉曼光纤放大器和光时域反射仪光信号检测与处理电路研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 研究背景与意义 |
1.2.1 拉曼光纤放大器 |
1.2.2 光时域反射仪 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 RFA国内外研究现状 |
1.3.2 OTDR国内外研究现状 |
1.4 本课题主要研究内容 |
1.5 课题来源 |
1.6 本章小结 |
第二章 RFA和 OTDR理论基础 |
2.1 RFA拉曼光纤放大器基本理论 |
2.1.1 RFA基本原理 |
2.1.2 RFA特性 |
2.1.3 RFA分类 |
2.2 RFA检测系统搭建 |
2.2.1 激光源 |
2.2.2 光探测器 |
2.2.3 波分复用器 |
2.2.4 解调器 |
2.3 OTDR基本原理 |
2.3.1 OTDR系统组成 |
2.3.2 OTDR基本原理 |
2.3.3 OTDR性能指标 |
2.3.4 OTDR事件定位算法 |
2.4 噪声分析与处理 |
2.4.1 噪声分类 |
2.4.2 跨阻放大电路噪声模型分析 |
2.4.3 运算放大器偏置影响 |
2.4.4 低通滤波理论 |
2.5 电源设计理论 |
2.6 本章小结 |
第三章 RFA检测系统电路及软件设计 |
3.1 系统硬件结构 |
3.2 电源电路 |
3.3 手动调节电路 |
3.4 扫描电压产生电路 |
3.5 减法电路 |
3.6 功率放大电路 |
3.7 增益调节电路 |
3.8 光电转换电路 |
3.9 ADC检测电路 |
3.10 串口通信电路 |
3.11 系统软件设计 |
3.11.1 主程序 |
3.11.2 数字滤波 |
3.11.3 峰值电压检测 |
3.11.4 增益调节检测 |
3.11.5 Labview上位机设计 |
3.12 本章小结 |
第四章 OTDR接收模块电路及软件设计 |
4.1 系统硬件结构 |
4.2 APD光电转换电路 |
4.3 偏置电压产生电路 |
4.4 高速模数转换电路 |
4.5 微控制器 |
4.6 片内BRAM |
4.7 系统软件设计 |
4.7.1 MMCM时钟信号产生 |
4.7.2 ADC采样存储 |
4.8 本章小结 |
第五章 测试结果分析 |
5.1 RFA检测系统PIN响应度测试 |
5.2 RFA检测系统驱动信号效果测试 |
5.3 RFA检测系统驱动电压步进大小影响测试 |
5.4 RFA检测系统测试 |
5.5 RFA检测系统增益切换电路测试 |
5.6 OTDR系统APD响应度与偏置电压关系测试 |
5.7 OTDR系统等效采样算法测试 |
5.8 本章小结 |
结论与展望 |
参考文献 |
攻读学位期间取得与学位论文相关的成果 |
致谢 |
(5)外部扰动下弱谐振腔法布里—珀罗激光器混沌动力学特性及其在安全通信中应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 论文的研究背景和意义 |
1.2 混沌概述 |
1.2.1 混沌的定义 |
1.2.2 混沌的基本特征 |
1.2.3 通向混沌的道路 |
1.2.4 混沌在确定系统中常见的研究方法 |
1.3 混沌同步及混沌保密通信的研究进展 |
1.3.1 混沌同步的定义及研究进展概述 |
1.3.2 混沌保密通信研究进展概述 |
1.4 基于SL的混沌同步及保密通信研究进展 |
1.4.1 基于SL的混沌同步研究概述 |
1.4.2 基于SL混沌同步的保密通信研究现状综述 |
1.5 论文的主要研究内容 |
第2章 基于半导体激光器的混沌及通信模型 |
2.1 引言 |
2.2 自由运行SL的理论模型 |
2.2.1 边发射激光器的理论模型 |
2.2.2 垂直腔面发射激光器的理论模型 |
2.2.3 弱谐振腔法布里-珀罗激光器的理论模型 |
2.3 Runge-Kutta算法 |
2.4 基于外部扰动下SL产生混沌模型 |
2.4.1 基于光反馈SL产生混沌模型 |
2.4.2 基于光注入SL产生混沌模型 |
2.4.3 基于光电反馈SL产生混沌模型 |
2.5 基于SL的混沌同步系统理论模型 |
2.5.1 基于SL的单向注入混沌同步系统 |
2.5.2 基于SL的双向互注入混沌同步系统 |
2.5.3 基于SL的相同混沌光驱动混沌同步系统 |
2.5.4 基于SL混沌同步的保密通信方式 |
2.6 本章小结 |
第3章 基于FBG滤波反馈WRC-FPLD产生波长可调带宽可控混沌信号 |
3.1 引言 |
3.2 FBG的理论模型 |
3.3 FBG滤波反馈WRC-FPLD系统模型和原理 |
3.4 数值计算结果与讨论 |
3.5 本章小结 |
第4章 基于两个单向耦合WRC-FPLDs同时产生多信道宽带混沌信号 |
4.1 引言 |
4.2 实验装置 |
4.3 实验结果和讨论 |
4.3.1 两个自由运行WRC-FPLDs的输出特性 |
4.3.2 S-WRC-FPLD总模混沌输出特性 |
4.3.3 S-WRC-FPLD输出的单信道混沌信号特性 |
4.4 理论模型和数值分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 基于两个WRC-FPLDs载波波长可切换混沌保密通信系统实验研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验系统结构 |
5.3 实验结果与讨论 |
5.3.1 自由运行WRC-FPLDs输出特性 |
5.3.2 T-WRC-FPLD滤波反馈下的输出特性 |
5.3.3 两个WRC-FPLDs的混沌同步质量 |
5.3.4 系统的通信性能 |
5.4 本章小结 |
第6章 总结和研究展望 |
6.1 研究总结 |
6.2 研究展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间工作情况 |
致谢 |
(6)光电振荡器及其应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 微波光子信号产生技术概述 |
1.2.1 非线性调制倍频 |
1.2.2 光学拍频 |
1.2.3 光电振荡器 |
1.3 光电振荡器发展现状 |
1.3.1 光电振荡器典型技术 |
1.3.2 光电振荡器典型应用 |
1.4 主要研究内容和章节安排 |
1.4.1 主要研究内容 |
1.4.2 章节安排 |
第二章 光电振荡器理论基础 |
2.1 引言 |
2.2 光电振荡器技术指标 |
2.2.1 相位噪声 |
2.2.2 频率稳定度 |
2.2.3 噪声谱与阿伦方差之间的关系 |
2.3 单环结构光电振荡器振荡特性研究 |
2.3.1 单环结构光电振荡器频谱特性 |
2.3.2 单环结构光电振荡器相位噪声特性 |
2.4 注入锁定结构光电振荡器振荡特性研究 |
2.4.1 注入锁定结构光电振荡器频谱特性 |
2.4.2 注入锁定结构光电振荡器相位噪声特性 |
2.5 本章小结 |
第三章 光电振荡器的相位噪声测试方法研究 |
3.1 引言 |
3.2 微波源相位噪声测试方案 |
3.2.1 相位噪声测试方案概述 |
3.2.2 光子延时互相关相位噪声测试方案 |
3.2.3 基于波分复用技术的光子延时互相关相位噪声测试方案 |
3.3 光电振荡器相位噪声测试 |
3.3.1 基于波分复用技术的光电振荡器 |
3.3.2 基于光子延时互相关技术的光电振荡器相位噪声测试方案 |
3.4 本章小结 |
第四章 新型光电振荡器 |
4.1 引言 |
4.2 基于注入锁定和延时补偿的光电振荡器 |
4.2.1 模型及工作原理 |
4.2.2 实验结果分析 |
4.3 基于宇称-时间对称原理的光电振荡器 |
4.3.1 宇称-时间对称的选模机制 |
4.3.2 宇称-时间对称光纤激光器 |
4.3.3 宇称-时间对称光电振荡器 |
4.4 双频输出光电振荡器 |
4.4.1 模型及工作原理 |
4.4.2 实验结果分析 |
4.5 本章小结 |
第五章 光电振荡器应用研究 |
5.1 引言 |
5.2 光电振荡器应变传感研究 |
5.2.1 模型及工作原理 |
5.2.2 实验结果分析 |
5.3 光电振荡器远距离位移传感研究 |
5.3.1 模型及工作原理 |
5.3.2 实验结果分析 |
5.4 光电振荡器准分布式传感结构 |
5.5 本章小结 |
第六章 全文总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 论文的主要创新点 |
6.3 工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的成果 |
(7)基于光注入VCSEL的光学混沌计算研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 课题来源 |
1.2 课题研究背景及意义 |
1.3 本文主要工作及结构安排 |
2 垂直腔表面发射激光器理论模型 |
2.1 垂直腔表面发射激光器基本结构 |
2.2 VCSEL的自旋反转模型 |
2.3 光注入VCSEL的速率方程 |
2.4 光反馈VCSEL的速率方程 |
2.5 本章小结 |
3 基于外部光注入VCSEL的光学混沌数据选择逻辑计算 |
3.1 引言 |
3.2 理论模型与实现方案 |
3.3 结果与讨论 |
3.4 本章小结 |
4 基于外部保偏光注入VCSEL的时钟同步光混沌多重触发计算 |
4.1 引言 |
4.2 理论模型与实现方案 |
4.3 结果与讨论 |
4.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
(8)基于拉曼增益的分布反馈随机光纤激光器(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 随机光纤激光器的发展历程 |
1.3 随机光纤激光器的分类 |
1.3.1 根据反馈类型分类 |
1.3.2 根据增益类型分类 |
1.4 随机光纤激光器的结构及输出特性 |
1.4.1 随机光纤激光器的结构 |
1.4.2 随机光纤激光器的输出特性 |
1.5 本论文的研究意义和结构安排 |
第二章 基于拉曼增益的分布反馈随机光纤激光器的相关原理与理论模型 |
2.1 光纤中的散射 |
2.2 基于拉曼增益的分布反馈随机光纤激光器的原理 |
2.3 基于拉曼增益的分布反馈随机光纤激光器的理论模型 |
2.3.1 平均功率平衡模型 |
2.3.2 基于非线性薛定谔方程的动力学模型 |
2.4 本章小结 |
第三章 基于拉曼增益的超低阈值半开短腔分布反馈随机光纤激光器 |
3.1 引言 |
3.2 1545nm泵浦源的搭建 |
3.3 实验装置与工作原理 |
3.4 实验结果与分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 基于拉曼增益的环形腔分布反馈随机光纤激光器 |
4.1 引言 |
4.2 实验装置与工作原理 |
4.3 实验结果与分析 |
4.3.1 传统环形腔拉曼光纤激光器 |
4.3.2 基于拉曼增益的环形腔分布反馈随机光纤激光器 |
4.4 本章小结 |
第五章 h态脉冲拉曼光纤激光器 |
5.1 引言 |
5.2 实验装置与工作原理 |
5.3 实验结果与分析 |
5.3.1 传统锁模拉曼光纤激光器 |
5.3.2 h态脉冲锁模拉曼光纤激光器 |
5.4 本章小结 |
第六章 基于黑磷的亚微秒调Q光纤激光光源 |
6.1 引言 |
6.2 黑磷可饱和吸收体的制备和表征 |
6.3 实验装置与工作原理 |
6.4 实验结果与分析 |
6.5 本章小结 |
第七章 工作总结和展望 |
7.1 本文工作总结 |
7.2 未来工作展望 |
参考文献 |
指导教师对研究生学位论文的学术评语 |
答辩委员会评议书 |
致谢 |
攻读博士学位期间的研究成果 |
(9)基于受激布里渊散射的自稳定调Q光纤激光器(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 调Q光纤激光器及调Q手段 |
1.3 基于受激布里渊散射的光纤调Q激光器 |
1.4 本论文研究内容 |
2 基于受激布里渊散射的调Q激光器理论基础 |
2.1 光纤激光器调Q技术 |
2.2 受激布里渊散射效应 |
2.3 瑞利散射效应 |
2.4 本章小结 |
3 受激布里渊散射自调Q激光器的数值仿真 |
3.1 受激布里渊散射自调Q激光器的仿真模型 |
3.2 仿真模型的随机脉冲输出 |
3.3 仿真模型的稳定脉冲输出 |
3.4 本章小结 |
4 基于受激布里渊散射的自稳定调Q光纤激光器 |
4.1 受激布里渊散射自稳定调Q光纤激光器的实现 |
4.2 受激布里渊散射自稳定调Q光纤激光器的输出特性分析 |
4.3 环形腔结构的受激布里渊散射自稳定调Q激光器 |
4.4 本章小结 |
5 基于受激布里渊散射自稳定调Q激光器的调谐运转 |
5.1 被动调Q光纤激光器的调谐及应用 |
5.2 受激布里渊散射自稳定调Q激光器的调谐实验装置 |
5.3 受激布里渊散射调Q激光器的调谐输出 |
5.4 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录1 攻读博士学位期间发表论文及申请专利目录 |
(10)基于半导体激光混沌熵源获取高速物理随机数的相关理论和实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 随机数的定义 |
1.2 随机数发生器的分类 |
1.2.1 伪随机数发生器 |
1.2.2 物理随机数发生器 |
1.3 随机数发生器的质量评估 |
1.3.1 基于p值的检验 |
1.3.2 NIST SP800-22检验套件 |
1.4 随机数发生器的研究现状 |
1.4.1 伪随机数发生器的研究现状 |
1.4.2 物理随机数发生器的研究现状 |
1.5 论文的主要工作 |
第2章 基于DFB-SL产生多路随机数 |
2.1 基于互耦DFB-SLs系统获取多路混沌熵源的理论研究 |
2.1.1 系统结构和理论模型 |
2.1.2 仿真结果 |
2.2 基于互耦DFB-SLs系统产生多路随机数的实验研究 |
2.2.1 熵源系统架构 |
2.2.2 基于欠采样简单后处理方案 |
2.2.3 基于过采样复杂后处理方案 |
2.3 本章小结 |
第3章 基于VCSEL产生多路随机数 |
3.1 基于光纤环形外腔反馈混沌光注入VCSEL产生多路随机数 |
3.1.1 实验装置 |
3.1.2 实验结果分析 |
3.2 基于FBG外腔反馈混沌光注入VCSEL产生多路随机数 |
3.2.1 理论仿真 |
3.2.2 实验研究 |
3.3 本章小结 |
第4章 基于FBG外腔WRC-FPLD系统获取高速随机数 |
4.1 实验架构 |
4.2 实验结果分析 |
4.3 本章小结 |
第5章 研究总结与展望 |
5.1 研究总结 |
5.2 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间工作情况 |
四、Dynamic Gain-Clamped Amplifier with Backward-Injection of a Fabry-Perot Laser(论文参考文献)
- [1]基于里德堡相互作用的两原子纠缠的实现[D]. 刘杨洋. 中国科学院大学(中国科学院精密测量科学与技术创新研究院), 2021(01)
- [2]表面周期性电注入实现增益耦合半导体激光器的研究[D]. 马德正. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(01)
- [3]新型无源复合谐振腔滤波的窄线宽波长扫描光纤激光器研究[D]. 韦达. 河北大学, 2021(11)
- [4]拉曼光纤放大器和光时域反射仪光信号检测与处理电路研究[D]. 袁伟超. 广东工业大学, 2021
- [5]外部扰动下弱谐振腔法布里—珀罗激光器混沌动力学特性及其在安全通信中应用研究[D]. 胡春霞. 西南大学, 2021(01)
- [6]光电振荡器及其应用研究[D]. 范志强. 电子科技大学, 2020(03)
- [7]基于光注入VCSEL的光学混沌计算研究[D]. 杨广泽. 五邑大学, 2020
- [8]基于拉曼增益的分布反馈随机光纤激光器[D]. 蔡瑶. 深圳大学, 2020
- [9]基于受激布里渊散射的自稳定调Q光纤激光器[D]. 侯绍冬. 华中科技大学, 2020(01)
- [10]基于半导体激光混沌熵源获取高速物理随机数的相关理论和实验研究[D]. 唐曦. 西南大学, 2020(01)