CaF2光学微谐振腔中基于光热振荡的热耗散率测量 下载: 1043次
Measurement of Heat Dissipation Rate Based on Optic-Thermo Oscillations in CaF2 Optical Micro-Cavity
1 浙江工业大学信息工程学院, 浙江 杭州 310023
2 中国科学技术大学量子信息与量子科技前沿协同创新中心, 安徽 合肥 230026
3 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
图 & 表
图 1. CaF2 WGM谐振腔的结构图以及不同热耗散率时的传输波形图。(a) CaF2 WGM谐振腔的结构示意图; (b) γr=0.15 s-1时的传输波形; (c) 不同γr下的传输波形; (d) 图(c)第一个振荡周期的传输波形放大图
Fig. 1. Structural diagram of CaF2 WGM micro-resonator and transmission waveforms at different heat dissipation rates. (a) Structural diagram of CaF2 WGM micro-resonator; (b) transmission waveform at γr=0.15 s-1; (c) transmission waveforms under different γr; (d) enlarged diagram of transmission waveform within first oscillation period in (c)
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图 2. 等效的微谐振腔光热振荡反馈回路
Fig. 2. Equivalent feedback loop of thermo-optic oscillation in micro-resonator
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图 3. 不同的热耗散率下振荡周期随周期序列号的变化
Fig. 3. Oscillation period versus cycle index under different heat dissipation rates
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图 4. 基于BP神经网络的传感数据测量模型
Fig. 4. Measurement model of sensing data based on BP neural network
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图 5. 不同参数对BP-ANN测量结果的影响。(a) 隐含层结点数; (b) 训练目标误差; (c) 学习率; (d) 固定测试数据时的训练数据组数
Fig. 5. Influence of each parameter on BP-ANN measurement results. (a) Number of neurons in hidden layer; (b) training goal error; (c) learning rate; (d) number of training datasets when detected datasets are fixed
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图 6. BP-ANN测量结果与实际热耗散率的对比。(a) A组; (b) 图(a)中虚线区域的放大图; (c) B组; (d) 图(c)中虚线区域的放大图
Fig. 6. Comparison between measurement results by BP-ANN and actual heat dissipation rate. (a) Group A; (b) enlarged diagram of dotted area in (a); (c) group B; (d) enlarged diagram of dotted area in (c)
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表 1CaF2微谐振腔参数
Table1. Parameters for CaF2 micro-cavity
Parameter | Value |
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Intrinsic Q of resonator (Q0) | 7×108 | Coupling Q(Qc) | 8×108 | Resonator diameter (d) /(10-3 m) | 9 | Kerr coefficient (nkerr) /(m2·W-1) | 3.2×10-20 | Mode cross area (A) /m2 | 2×10-9 | Mode volume (Vm1) /m3 | 6.3×10-11 | Resonator volume (Vm2) /m3 | 7.85×10-8 | Thermo-optic coefficient (nt1) /K-1 | -1.14×10-5 | Thermal expansion coefficient (nt2) /K-1 | 1.87×10-5 | Heat dissipation rate from optical mode to rest of resonator (γm) /s-1 | 2750 | Absorption rate of optical mode (γabs) /(K·J-1) | 3250×10-4 | Speed of light (c) /(m·s-1) | 299792458 | Frequency of light (fr) /Hz | 2.819×1014 | Refractive index (n1) | 1.43 | Cavity resonant frequency without nonlinear effects (f0) /Hz | 2.819×1014 |
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表 2BP-ANN参数
Table2. Parameters of BP-ANN
Parameter | Value |
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Number of neurons in input layer | 18 | Number of neurons in hidden layer | 15 | Number of neurons in output layer | 1 | Learning rate | 4×10-3 | Training goal | 1×10-9 |
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表 3两组测试数据集
Table3. Two groups of test datasets
Group index | Original value of heat dissipation rate /s-1 |
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A | [0.0649∶0.0010∶0.1639] | B | [0.0648∶0.0040∶0.1638] |
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郭栋, 邹长铃, 任宏亮, 卢瑾, 覃亚丽, 郭淑琴, 胡卫生. CaF2光学微谐振腔中基于光热振荡的热耗散率测量[J]. 光学学报, 2019, 39(5): 0512004. Dong Guo, Changling Zou, Hongliang Ren, Jin Lu, Yali Qin, Shuqin Guo, Weisheng Hu. Measurement of Heat Dissipation Rate Based on Optic-Thermo Oscillations in CaF2 Optical Micro-Cavity[J]. Acta Optica Sinica, 2019, 39(5): 0512004.