Author Affiliations
Abstract
1 Department of Electrical, Electronic and Communications Engineering, Public University of Navarre, Pamplona 31006, Spain
2 Institute of Smart Cities, Public University of Navarre, Pamplona 31006, Spain
3 Department of Electronics, Carleton University, Ottawa (Ontario) K1S 5B6, Canada
Multiple mode resonance shifts in tilted fiber Bragg gratings (TFBGs) are used to simultaneously measure the thickness and the refractive index of TiO2 thin films formed by Atomic Layer Deposition (ALD) on optical fibers. This is achieved by comparing the experimental wavelength shifts of 8 TFBG resonances during the deposition process with simulated shifts from a range of thicknesses (T) and values of the real part of the refractive index (n). The minimization of an error function computed for each (n, T) pair then provides a solution for the thickness and refractive index of the deposited film and, a posteriori, to verify the deposition rate throughout the process from the time evolution of the wavelength shift data. Validations of the results were carried out with a conventional ellipsometer on flat witness samples deposited simultaneously with the fiber and with scanning electron measurements on cut pieces of the fiber itself. The final values obtained by the TFBG (n = 2.25, final thickness of 185 nm) were both within 4% of the validation measurements. This approach provides a method to measure the formation of nanoscale dielectric coatings on fibers in situ for applications that require precise thicknesses and refractive indices, such as the optical fiber sensor field. Furthermore, the TFBG can also be used as a process monitor for deposition on other substrates for deposition methods that produce uniform coatings on dissimilar shaped substrates, such as ALD.
tilted fiber Bragg grating (TFBG) mode transition ellipsometer 
Opto-Electronic Advances
2023, 6(10): 230048
杜超 1,*张斌 2赵爽 1王秋雨 1[ ... ]邓霄 1,**
作者单位
摘要
1 太原理工大学物理与光电工程学院,山西 太原 030024
2 空装驻太原地区军事代表室,山西 太原 030006
结合笼形分子(Cryptophane-E)对甲烷气体的选择性吸收特性,提出了一种基于双层薄膜的高灵敏度长周期光纤光栅(LPFG)甲烷体积分数传感器。通过减小包层直径使低阶包层模式LP06工作在色散转折点(DTP)附近,并在光纤表面涂覆厚度经过优化的TiO2薄膜,以确保包层模式LP06在模式转换(MT)区内与纤芯模式LP01耦合,从而显著提高了LPFG的折射率灵敏度。由于甲烷气体分子会改变最外层Cryptophane-E薄膜的材料折射率,进而改变包层模式的有效折射率,因此通过监测共振波长的移动即可实现对甲烷气体体积分数的测量。在DTP和MT效应的共同作用下,当甲烷气体体积分数从0%变化到3.5%时,所提的LPFG传感器平均灵敏度高达249.6 nm/%。此外,针对本传感器在不同甲烷体积分数下的非线性响应特征,设计了反向传播(BP)神经网络信号解调算法。研究结果表明:在甲烷气体体积分数变化范围内,其最大预测误差为0.008%,该传感器良好的性能使其在煤矿安全监测等领域具有潜在的应用价值。
光纤光学 甲烷体积分数 长周期光纤光栅 色散转折点 模式转换 反向传播神经网络 
激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0706009
作者单位
摘要
1 电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 成都 610054
2 电子科技大学 广东电子信息工程研究院, 广东 东莞 523808
对一种车用恒流/恒压模式的四开关Buck-Boost变换器的控制策略进行了研究。在输入输出电压接近时引入Buck-Boost模式,从而在不同输入输出电压大小关系下,通过检测功率管占空比大小,实现Buck模式、Boost模式和Buck-Boost模式之间的平滑切换,提高了系统的稳定性。通过设计最大值选择电路,使变换器在充电应用中自动从恒流模式切换到恒压模式,模式切换平滑稳定。仿真结果表明,在24 V输出电压下,变换器从Buck模式切换到Buck-Boost模式时,输出电压下冲为9.2 mV,变换器从Boost模式切换到Buck-Boost模式时,输出电压下冲为92 mV。变换器在Buck模式与Boost模式下均能实现恒流/恒压模式的自动平滑切换。
四开关Buck-Boost变换器 模式切换 恒流/恒压 four-switch buck-boost converter PWM PWM mode transition constant current and constant voltage 
微电子学
2022, 52(5): 790
作者单位
摘要
2Institute of Photonics Technology, Jinan University, Guangzhou, Guangdong 511443, China

基于平板波导近似模型构建了光纤基底圆环薄膜波导的模式方程,得到离散分布的薄膜波导模式,进一步结合全矢量模式理论,获得了光纤模式转换的新理解。按照从高阶至低阶(而不是广泛认知的从低阶至高阶)的模式顺序,具有一定厚度的圆环薄膜波导引起光纤包层模转变为相位匹配的薄膜包层模,继续增大圆环薄膜波导厚度,会破坏相位匹配条件而使该薄膜包层模再次转变为相邻的低阶光纤包层模,并依此形成周期的模式转换过程。最后,通过氧化铟锡镀膜倾斜布拉格光纤光栅的光谱变化验证上述机理,分析发现了正交偏振薄膜波导模(P和S偏振态)的同周期但非同步的激发过程及其对光纤偏振的周期调控规律,理论分析与前期实验结果一致。研究结果为光纤矢量参数传感(振动、扭转、压力、声场等)、光纤生物传感(体折射率与面折射率区分测量)及光通信偏振滤波等研究提供新思路。

光纤光学 薄膜波导 模式转换 偏振调控 倾斜布拉格光纤光栅 光纤传感 
光学学报
2021, 41(13): 1306018
作者单位
摘要
空军工程大学 等离子体动力学重点实验室, 西安 710038
为探究轴向磁场对纯Ar感应耦合等离子体放电模式转换的影响, 设计并搭建一整套等离子体产生装置展开实验研究, 引入阻抗分析法对放电模式转换进行判断, 并得到了朗缪尔探针法的验证。实验发现, 当气压为10 Pa时, 轴向磁场强度的增加使得E-H和H-E模式转换的阈值功率增大; 同时, 随着轴向磁场的增强, 放电中心区域的电子密度不断降低。初步分析认为, 这是由于带电粒子在洛伦兹力作用下做回旋运动, 导致高能电子在垂直磁场方向上的碰撞减少, 降低了电子密度以及感应耦合效率。进一步分析电子能量概率函数(EEPF)发现, 在E模式下, 轴向磁场对电子运动的约束作用更加明显, 高能电子(>27 eV)所占比例增多, 电子能量分布更加均匀。
感应耦合等离子体 轴向磁场 模式转换 阻抗分析 电子密度 inductively coupled plasma axial magnetic field mode transition impedance analysis electron density 
强激光与粒子束
2019, 31(2): 022002
作者单位
摘要
上海理工大学 理学院光电功能薄膜实验室, 上海 200093
依据包层模有效折射率的概念及包层模场的光功率密度分布, 重新审视了镀膜长周期光纤光栅“模式转换”现象, 对“模式转换”给出了新的物理图像.通过修正镀膜长周期光纤光栅包层模有效折射率的范围, 指出有效折射率呈现的台阶式增长是各次包层模自身属性的反映, 不存在高次模式替代低次模式的过程, 并将“模式转换区”重命名为“模式垒区”.通过分析包层模场的光功率密度分布, 指出“模式转换区”较低次包层模式进入薄膜层传输说法的不合理性.研究表明, 当薄膜厚度达到一定厚度时, 包层模场光功率分布将愈加集中在薄膜层内部, 但并非沿着薄膜层传输.讨论了镀膜长周期光纤光栅传感器薄膜参数优化的问题, 在修正的包层模有效折射率范围和未修正的包层模有效折射率范围的情况下分别进行优化, 并对优化结果进行比较, 结果表明两种情况下的优化结果存在较大的偏差.从机理上解释了修正薄层模有效折射率范围后的优化结果的正确性, 为设计高灵敏镀膜长周期光纤光栅传感器提供了新的理论指导.
光纤光学 镀膜长周期光纤光栅 模式转换 有效折射率 功率密度分布 灵敏度 Fiber optics Coated long-period fiber grating Mode transition Effective refractive index Power density distribution Sensitivity 
光子学报
2018, 47(6): 0606002
作者单位
摘要
1 电子科技大学能源科学与工程学院, 四川 成都 611731
2 电子科技大学物理电子学院, 四川 成都 610054
3 桂林电子科技大学信息与通信学院, 广西 桂林 541004
基于弯曲圆波导耦合理论和规则圆波导突变结构模式匹配法, 利用MATLAB软件编写的相关数值计算程序得到波导模式转换结构的优化参量, 最终使用CST软件对模型进行了仿真和验证.该系统主要由三部分组成: 一个TE01-TE01的过渡器, TE01-TE11和TE11-HE11的圆波导模式转换器.计算结果表明, 该TE01-HE11模式转换系统在24.13 GHz的频率有5%的带宽、转换效率超过了99%.计算结果、仿真结果和实物冷测结果是一致的.
TE01-TE01过渡器 TE01-TE11模式转换器 TE11-HE11模式转换器 耦合波理论 模式匹配法 TE01-TE01 mode transition TE01-TE11 mode conversion TE11-HE11 mode conversion coupled wave theory mode matching method 
红外与毫米波学报
2017, 36(1): 24
作者单位
摘要
1 上海理工大学光电功能薄膜实验室, 上海 200093
2 上海电力学院数理学院, 上海 200090
利用镀自组装薄膜的双峰谐振长周期光纤光栅(LPFG)实现了高灵敏的折射率传感,给出了提高镀膜双峰谐振光纤光栅对环境折射率(SRI)灵敏度的途径。确定最佳镀膜厚度,使光纤包层模位于模式转换区附近;调整光纤半径,使镀膜后光栅的双峰位于相位匹配转折点(PMTP)附近,给出了确定最优膜厚和光纤半径的方法。将不同半径的双峰光栅镀自组装聚丙烯胺盐酸盐(PAH)/聚丙烯酸 (PAA)薄膜后,放入不同浓度的葡萄糖溶液中进行折射率传感实验。结果表明:通过优化光纤半径和薄膜厚度,镀膜后工作于模式转换区附近和PMTP附近的双峰光栅对1.333~1.372范围内折射率的灵敏度高达3985 nm/RIU(RIU为单位折射率),明显高于不在模式转换区或PMTP附近的光栅,亦高于已报道的非双峰镀膜长周期光纤光栅。
光纤光学 光纤折射率传感 长周期光纤光栅 双峰谐振 模式转换 
中国激光
2016, 43(5): 0505003
作者单位
摘要
上海理工大学理学院光电功能薄膜实验室, 上海 200093
基于耦合模理论, 首先研究了镀膜长周期光纤光栅(LPFG)高阶包层模的模式转换, 划分了高阶包层模的非模式转换区及模式转换区。 分析了高阶包层模有效折射率随薄膜厚度增加的响应特性, 包层模谐振波长在模式转换区的偏移量要大于非模式转换区。 在此基础上, 研究了不同包层半径下高阶包层模谐振波长随光栅周期的变化情况, 结果表明, 相同包层半径下模式转换区内双峰间距的偏移量大于非模式转换区;无论在模式转换区还是非模式转换区, 包层半径的减小将增加双峰间距的偏移量。 最后分析了不同包层半径下的高阶包层模双峰透射谱在模式转换区及非模式转换区内的折射率响应, 进而提出了薄包层镀膜LPFG的优化设计方案, 当选定敏感膜层厚度及折射率处于镀膜LPFG的模式转换区内, 光栅周期靠近相位匹配转折点时, 将得到灵敏度高于传统LPFG双峰传感器的镀膜LPFG折射率型双峰传感器;而减小包层半径, 将进一步提高传感器的分辨本领。
薄包层镀膜长周期光纤光栅 透射谱 模式转换 双峰谐振效应 灵敏度 Coated cladding-reduce long-period fiber grating Transmission spectra Mode transition Dual-peak resonant Sensitivity 
光谱学与光谱分析
2015, 35(11): 3230
作者单位
摘要
上海理工大学理学院光电功能薄膜实验室, 上海 200093
基于耦合模理论,研究了镀金属两层膜系长周期光纤光栅(LPFG)的模式转换及其折射率响应特性。从表面等离子体共振(SPR)的激励条件和模式转换发生条件出发,指出镀金属两层膜系LPFG中的SPR和模式转换不会同时发生,在此基础上分析了镀金属两层膜系LPFG包层模有效折射率随敏感薄膜厚度的变化,发现镀金属两层膜系LPFG的模式转换区域比镀膜LPFG的转换区域要宽,且模式转换区域内第一次转换时的有效折射率变化斜率比镀膜LPFG的大,意味着在该区域其对敏感膜层的变化有更高的响应。考察了金属薄膜厚度对镀金属两层膜系LPFG包层模有效折射率的影响,结果表明,随着金属薄膜厚度的增加,第一次转换时有效折射率的变化斜率逐渐增加。分析了第一次转换时镀金属两层膜系LPFG透射谱对敏感薄膜折射率变化的响应特性,结果表明,镀金属两层膜系LPFG传感器对敏感薄膜折射率的灵敏度明显高于镀膜LPFG,对敏感薄膜折射率的灵敏度的分辨率可达10-6。
光纤光学 镀膜长周期光纤光栅 模式转换 灵敏度 
光学学报
2014, 34(4): 0406005

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