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加速度地震检波器中光弹波导特性研究

作　者: 冯捷逾
导　师: 恩德
学　校: 河南理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 光弹波导 3dB耦合器 双M-Z干涉仪
分类号: TN252
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着三分量地震勘探技术的迅速发展，为探明复杂地质环境，查明储层中的油气田，增加可采储量，接收地震波信号的三分量加速度地震检波器的性能对整个地震记录和地震资料的解释工作至关重要。本课题来源于国家自然科学基金，结合三分量地震勘探技术和集成光学理论，提出基于光弹效应的三分量加速度地震检波器。以单分量加速度地震检波器敏感元件的结构和工作原理为基础，说明三分量加速度地震检波器的结构和工作原理。分析加速度作用下，三分量加速度地震检波器基底LiNbO3晶体的光弹效应。设计三分量加速度地震检波器的敏感元件双M-Z干涉仪的对称双Y分支波导，以及用于实现光功率均分的3dB耦合器；分析计算分支波导的弯曲损耗，模拟仿真分支波导的传输以及弯曲损耗随长度的变化。采用有限差分光束传播法设置3dB耦合器和双M-Z干涉仪的结构参数和计算参数，并对其光场传输进行仿真分析。对质子交换和Ti扩散技术进行比较，阐述质子交换退火原理及过程。基于以上方法设计的三分量加速度地震检波器敏感元件中的分支波导具有低损耗、分光比好的优点。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
1 引言  10-18
  1.1 课题研究背景及意义  10-11
  1.2 国内外三分量加速度地震检波器的发展历史和研究现状  11
  1.3 微光机电系统的发展及其在三分量加速度地震检波器中的应用  11-12
  1.4 光波导在三分量加速度地震检波器中的应用  12-15
    1.4.1 平面介质光波导的发展及应用  13-14
    1.4.2 光波导材料——铌酸锂  14-15
  1.5 本文主要工作  15-18
2 三分量加速度地震检波器系统理论  18-24
  2.1 介质的光弹效应  18
  2.2 耦合模理论  18-22
    2.2.1 模式耦合  18-19
    2.2.2 平面介质光波导的耦合模微扰理论  19-20
    2.2.3 导模之间的同向耦合理论  20-22
  2.3 M-Z 干涉仪基本原理  22-23
  2.4 本章小结  23-24
3 三分量加速度地震检波器光弹波导特性分析  24-42
  3.1 三分量加速度地震检波器敏感元件的结构  24-25
  3.2 应变场作用下 LiNbO_3晶体的折射率椭球方程  25-27
  3.3 折射率椭球的主轴方程  27-30
  3.4 光在 LiNbO_3基底中的传播  30-36
    3.4.1 麦克斯韦方程组和菲涅耳公式  30
    3.4.2 光在单轴晶体中的传播  30-34
    3.4.3 光在双轴晶体中的传播  34-36
  3.5 LiNbO_3条形光波导的波动方程分析  36-40
    3.5.1 单模传输和弱导条件  36
    3.5.2 马卡梯里近似方法分析 LiNbO_3条形光波导的波动方程  36-40
  3.6 本章小结  40-42
4 双 M-Z 干涉仪中 Y 分支波导设计  42-50
  4.1 分支波导  42
  4.2 S 形弯曲波导  42-44
  4.3 对称双 Y 分支 S 形弯曲波导结构设计  44-45
  4.4 分支波导弯曲损耗分析  45-46
  4.5 3dB 耦合器中光功率转换分析  46-47
  4.6 本章小结  47-50
5 3dB 耦合器和双 M-Z 干涉仪光场传输分析  50-68
  5.1 光束传播法  50-55
    5.1.1 缓变包络近似  50
    5.1.2 BPM 微分方程  50-52
    5.1.3 克朗可-尼科尔森（Crank-Nicholson）方法和结构参数  52-53
    5.1.4 BPM 边界条件  53
    5.1.5 透明边界条件  53-54
    5.1.6 透明边界条件的有限差分光束传播法  54-55
    5.1.7 广角光束传播法（WA-BPM）  55
  5.2 采用 FD-BPM 模拟仿真 3dB 耦合器的光场传输  55-62
  5.3 采用 FD-BPM 模拟仿真双 M-Z 干涉仪的光场传输  62-66
  5.4 本章小结  66-68
6 LiNbO_3光波导的制作  68-76
  6.1 质子交换和 Ti 扩散技术的比较  68-69
  6.2 质子交换退火过程  69-73
    6.2.1 质子交换  69-70
    6.2.2 质子交换对 LiNbO_3晶体的影响  70-73
    6.2.3 退火  73
  6.3 本章小结  73-76
7 总结及展望  76-78
  7.1 论文完成的主要工作  76
  7.2 进一步工作计划  76-78
参考文献  78-82
作者简历  82-84
学位论文数据集  84

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 波导光学与集成光学 > 光波导
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