手性光学波导元件及其材料研究

论文题目: 手性光学波导元件及其材料研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 光学工程

作者: 陶卫东

导师: 陆祖康

关键词: 手性材料,溶胶凝胶,旋光特性,圆二色性,红外光谱,光纤

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 近年来,手征介质材料中电磁波传输研究成为国内外一个新的热点。有关研究表明,由于波导中添加的手征介质对波的传播特性产生的影响,类似于各向异性材料的作用结果,其本构关系中电场和磁场是交叉耦合的,在其中能传播具有不同传播速度的左旋和右旋电磁波,因此,手征波导具有许多特有的性质,根据这些效应,完全有可能研制出许多新器件,例如消偏振器、极化仪、双讯器、传感器、新型开关及调制器等。本课题旨在对手性光学波导元件及其材料进行研究。 在实验研究方面,主要完成以下几方面的研究工作: 研制出含手性分子葡萄糖和灰黄霉素的硅基溶胶—凝胶材料,发现无论是在液态的溶胶,还是在固态的凝胶,它们均表现出相似的光学活性。 研制出含手性分子灰黄霉素的PMMA溶胶—凝胶材料,发现也能得到上述类似的光学活性结果。通过傅立叶红外谱进行测试发现,手性分子填充于凝胶基质的介质孔中,而并未与基质成键。 研制出含微米手性晶粒的凝胶玻璃,发现其表现出消偏振的效应。而将微米手性晶粒替换成同样尺寸粒径的玻璃粉体,以同样方法制成的相同厚度的含微米玻璃粉体的凝胶玻璃,却表现出线偏振保持的性能。 采用标准水溶液法生长出各向同性的手性氯酸钠微小品粒,并采用溶胶—凝胶法获得含手性氯酸钠晶粒的凝胶材料,发现氯酸钠可与溶胶—凝胶体系构成有旋光特征的手征材料。首次从实验上证实,在紫外区域,氯酸钠晶体在各个方向上均表现出相同的圆二色性:在可见光区域,氯酸钠晶体在各个方向上均表现出相同的旋光色散特性,这一现象与另外一种手性晶体水晶显然是不同的。 研制出固体手性圆波导,通过对手性圆波导和非手性圆波导的偏振特性进行测试,并与块状手性材料进行比较,发现固体手性圆波导具有特有的光学偏振特性。 为实现上述材料的特性测量,自行试制了一套偏振特性测量装置、一套以超高亮度LED为光源的四波段旋光色散仪以及一套基于光栅光谱仪的旋光色散装置,获得的测量结果具有较高的精度,较好的重复性、稳定性。 在理论研究方面,主要完成以下几方面的研究工作: 研究了纤芯和内外包层都有手征的双包层手征光纤中的半漏模,发现双包层手征光纤中的半漏模特性与单包层手征光纤中的相比有很大不同。当只有包层中有手征时,单包层手征光纤中也存在半漏模。 研究了双包层手征光纤纤芯和内外包层的手征参数及内包层厚度对模式色散特性的影响,发现在双包层光纤的纤芯和内外包层中引入手征,可以极大地改变光纤中基模的色散特性,特别是内包层厚度不同时,色散特性也极为不同。

论文目录:

第一章 绪论

1.1 手性材料的基本概念及特征

1.2 手性物质的合成途径

1.3 手征波导器件研究

1.3.1 复杂媒质的分类

1.3.2 媒质参数和模型

1.3.3 手征波导研究

1.3.3.1 平板手征波导

1.3.3.2 圆手征波导

1.3.4 复杂手征媒质波导

1.4 本论文的选题及结构

参考文献

第二章 电磁特性分析

2.1 手征媒质的本构关系及其基本性质

2.2 旋光角与手征参数的关系

2.3 双包层手征光纤中的半漏模

2.4 双包层手征光纤的色散特性

参考文献

第三章 光学活性测量装置的研制

3.1 引言

3.2 偏振曲线测试装置

3.3 基于高亮度高纯度LED旋光色散仪

3.4 利用光谱仪构成旋光色散仪

3.5 三腔镜法测量手性材料的旋光角

参考文献

第四章 溶胶-凝胶法合成固体手性材料

4.1 溶胶-凝胶工艺简介

4.2 含葡萄糖分子的硅基凝胶材料的制作及特性研究

4.2.1 制备过程

4.2.2 材料特性的测试

4.2.3 结果和讨论

4.3 含灰黄霉素分子的硅基凝胶材料的制作及特性研究

4.3.1 材料的制备

4.3.2 材料特性的测试

4.3.3 结果和讨论

4.4 含灰黄霉素分子的PMMA凝胶材料的制作及特性研究

4.4.1 材料的制备与测试

4.4.2 结果和讨论

4.5 含微米手性晶粒的凝胶玻璃的制备及其特性研究

4.5.1 材料的制备

4.5.2 结果和讨论

4.6 含手性氯酸钠晶粒的光学环氧树脂凝胶材料的制备及其特性研究

4.6.1 材料的制备与测试

4.6.2 结果和讨论

4.7 固体手性圆波导及其偏振特性测试

4.7.1 固体手性圆波导制备

4.7.2 结果和讨论

参考文献

第五章 结论

附录A 国内外现有旋光仪、圆二色光谱仪

附录B 博士期间主持课题、发表及录用论文、专利

致谢

发布时间: 2005-07-27

相关论文

• [1].手性的阶跃剖面及布拉格光纤模式分析[D]. 曹雨生.哈尔滨工业大学2014
• [2].光学超材料与手性超材料的电磁特性研究[D]. 宋坤.西北工业大学2014
• [3].基于可调谐手征结构负折射率材料的数值研究[D]. 丁玉斌.华中师范大学2013
• [4].平面波导光耦合器及基于耦合器的光器件的研制[D]. 肖悦娱.浙江大学2005
• [5].光纤Bragg光栅应变传感技术及其应用研究[D]. 吴晓冬.浙江大学2005
• [6].溶胶-凝胶制备Sn-SiO2光波导材料的基础研究[D]. 邢华.吉林大学2005
• [7].电磁波在光子晶体和手征媒质中的传输特性[D]. 肖中银.上海大学2005
• [8].手性分子介质光学非线性的三振子耦合模型[D]. 王晓鸥.哈尔滨工业大学2006
• [9].手性分子识别新方法研究[D]. 王云侠.复旦大学2006
• [10].近红外手性光开关有机/聚合物的设计、合成、与性质研究[D]. 邓建.兰州大学2008

标签：手性材料论文;  溶胶凝胶论文;  旋光特性论文;  圆二色性论文;  红外光谱论文;  光纤论文;