医用CO_2激光传输空芯波导的研制

医用CO_2激光传输空芯波导的研制

一、医用CO_2激光传输用空芯波导的研制(论文文献综述)

张豪,郭海涛,许彦涛,李曼,马文超[1](2022)在《用于红外激光传输的硫系玻璃光纤研究进展》文中认为随着红外光学的不断发展,国防安全、生物医疗、先进制造等领域对红外激光传输的需求越来越迫切,基于非氧化物玻璃的红外传能光纤日益受到重视。硫系玻璃作为一种优秀的红外材料,具有透过范围广、物化性能稳定、易于成纤等特点,是制备红外传能光纤的理想材料之一。介绍了国内外有关红外激光传输用硫系光纤(包括阶跃型光纤和微结构光纤)的最新研究进展,分析了目前存在的问题,指出了下一步的发展方向。

严世博[2](2021)在《新型空芯反谐振光纤的设计及其应用研究》文中提出空芯反谐振光纤,以其空芯导光所带来的低延迟、高容量、低色散、低非线性、高损伤阈值、低散射噪声和其结构特点所带来的易制备、纤芯尺寸大、模场能量与材料交叠低等独特优势,为光纤通信、光纤传感、高功率激光传输及太赫兹波传输等系统瓶颈问题的突破,提供一个新的解决途径。因此,空芯反谐振光纤已成为特种光纤领域备受关注的研究方向。本学位论文在国家自然科学基金项目“单偏振空芯微结构光纤及在高精度小型化谐振式光纤陀螺的应用研究”和北京交通大学研究生创新基金项目的共同资助下,面向近红外、中红外以及太赫兹波段应用所急需的高性能空芯光纤的发展需求,开展应用于近红外、中红外以及太赫兹波段的多种高性能空芯反谐振光纤的理论与实验研究工作。论文取得的主要创新性成果如下:1.推导出空芯反谐振光纤非谐振区域模式有效折射率的近似解析表达式。从光波导基础理论Helmholtz方程出发,以无限壁厚中空管作为替代模型,推导得出能够用于计算空芯反谐振光纤非谐振区域内不同模式有效折射率的近似解析表达式,丰富了空芯反谐振光纤理论,为新型空芯反谐振光纤的研究与发展奠定了坚实的理论基础。2.提出一种双层管包层结构的中红外单模空芯反谐振光纤。以全圆管包层结构降低制备难度,在2.5μm到3.3μm的超宽波长范围内,损耗低于4×10-3 d B/m,高阶模消光比高于1000,实现优异的低损耗单模传输特性。最高高阶模消光比在2.8μm波长处高达16600,在此波长处有效模场面积高达2314μm2。与单层圆管结构相比,其高阶模消光比水平提升了2至3个数量级。研究成果为高功率中红外激光传输提供了优质传输媒介。3.利用折射率调制和几何尺寸控制相结合,提出一种单模单偏振中红外空芯反谐振光纤。引入两种尺寸包层管从而同时抑制LP11模式与LP21模式,保证光纤单模性能,并引入高折射率包层管获取折射率分布的不对称性,实现对y偏振态基模的抑制,实现单偏振传输。在3.0μm波长处,x偏振态基模损耗为0.048d B/m,偏振消光比与高阶模消光比分别高达5085和495。此外,通过结构尺寸调整,该结构光纤可以在2.0μm至4.0μm波长范围内进行拓展,实现在该波长范围内任何期望波长处的单偏振单模传输。4.提出一种差异壁厚单偏振单模空芯反谐振光纤。以双层包层结构设计保证单模传输,引入差异壁厚打破结构对称性,利用加厚包层管壁上的模式与特定偏振态基模的耦合来实现对某一偏振态的抑制。在1550 nm波长处,实现偏振消光比和高阶模消光比分别高达17662及393的极佳单偏振单模传输特性。其偏振消光比水平,为目前同类相关研究中的最高水平。5.提出一种在双层交替管单模空芯反谐振光纤中引入高折射率材料镀层实现单偏振传输的方案。引入镀硅包层管来打破双层交替管单模空芯反谐振光纤结构对称性,使y偏振态基模与镀硅管模式发生耦合,最终实现单偏振单模传输。在1550 nm波长处,偏振消光比与高阶模消光比分别高达4803和308,x偏振态基模损耗为0.11 d B/m,总单偏振单模带宽高达45 nm。并在不同结构的空芯反谐振光纤中利用这一方案实现单偏振传输,相比于差异壁厚包层管设计,单偏振传输带宽由数nm提升至数十nm。6.提出一种不对称包层结构的高双折射太赫兹空芯反谐振光纤及一种开槽壁包层结构的太赫兹空芯反谐振光纤。以不同尺寸包层管构建类椭圆不对称芯区,从而实现高几何双折射,在1.0-1.24 THz频率范围实现高于7×10-4的双折射,最高双折射8.7×10-4位于1.04 THz频率处。另外,以壁上开槽的设计在厚壁太赫兹空芯反谐振光纤中实现近似薄壁的传输特性,以调解3D打印技术最小壁厚限制与太赫兹空芯反谐振光纤中损耗和带宽性能对薄壁厚需求之间的矛盾,并详细研究开槽壁对传输特性的影响。3D打印所制备的开槽壁太赫兹空芯反谐振光纤在太赫兹时域光谱系统中的实验检测结果,证实了该设计的有效性。

孟硕[3](2018)在《金属/电介质型空芯光波导中的激光传输特性研究》文中认为空芯光波导(Hollow waveguide,HWG)是具有潜在实用价值的红外激光传输器件,具有高功率阈值、低传输损耗、宽带传输和良好的柔韧性等优势,可应用于环境监测、医疗诊断、工厂作业等众多领域。在空芯光波导应用系统设计中,需要精准的激光传输特性参数。为适应现阶段的应用需求,研究AgI/Ag空芯光波导的激光传输特性就显得非常必要。本文的主要工作包括:第一,提出光学检测数据评价的隶属函数和以隶属函数加权的非线性拟合算法(MFW-LM)。采用模糊逻辑的思想,构建了隶属函数来评估光学检测数据的质量。使用该隶属函数作为Levenberg-Marquardt算法的加权函数,即MFWLM算法,用于在预期数学模型约束下的信号建模和重构,极大减弱了小数据集中异常值和失真数据对拟合过程的过度影响。通过光学传感信号仿真及其在激光吸收光谱分析及激光束线形重构方面的应用证明了该算法的鲁棒性和有效性。第二,空芯光波导内激光束线形的多点分析方法。首次提出通过比较不同长度、曲率的空芯光波导出射的激光线形得到传输损耗,等效模拟了激光在空芯光波导不同传输位置处的激光束线形,解决了实验条件下空芯光波导的入射激光能量及线形难以准确测量的问题,实现了对空芯光波导内激光传输特性的多点测量。第三,建立AgI/Ag空芯光波导激光传输特性的新表述。洛伦兹-高斯光束入射AgI/Ag空芯光波导,通过提出的多点分析方法,得到空芯光波导在一定长度范围内其衰减系数与长度成反比,建立了任意长度空芯光波导对传输激光衰减量的计算公式。并以衰减与激光传输角度的关系进行了充分解释。相比器件手册中平均化的衰减系数,我们提出的计算方法将衰减量误差降低了73.6%。同时将该计算方法应用于弯曲型空芯光波导实验,验证了由弯曲导致的衰减量与曲率成正比的理论公式,误差低至3.1%。本文基于所提出的MWF-LM算法处理AgI/Ag空芯光波导出射激光线形,等效对空芯光波导内激光束线形进行了多点分析,得到了空芯光波导对传输激光造成的衰减量与其长度的新表述,验证了由弯曲造成的对传输激光的额外衰减与曲率成正比。本文的研究成果对于发展空芯光波导应用系统的设计具有重要意义。

曾旋[4](2013)在《近红外低损耗AgI/Ag空芯光纤的制作工艺和传输特性研究》文中研究表明空芯光纤是一种有具有巨大发展潜力的红外激光传输介质。根据其内部结构和材料的不同,空芯光纤一般分为全反射型及泄漏型两种。以银和碘化银分别作为金属层和介质层薄膜材料的泄漏型空芯光纤是近些年研究中最常见的光纤之一。由于其有较大的功率阈值,良好的柔韧性以及在红外波段内良好的传输特性,AgI/Ag空芯光纤已被成功应用在医学和工业领域。自上世纪八十年代末期以来,AgI/Ag空芯光纤的研究不断深入,应用于中红外波段的高性能AgI/Ag空芯光纤已有较成熟的制备工艺,如优化在10.6μm处的高性能光纤已有许多商业应用。由于AgI膜厚和表面粗糙度的控制存在较大难度,应用于近红外波段的低损耗AgI/Ag空芯光纤鲜有报道。本研究总结了AgI/Ag红外空芯光纤的研究历史和进展,分析了AgI/Ag空芯光纤的传输原理和设计方法,重点研究近红外低损耗AgI/Ag空芯光纤的设计和制作工艺。通过以酒精作为碘的溶剂,在低温中对银膜进行碘化,并采用真空泵提高并稳定碘溶液流速等方法,制备了碘化银膜厚为70nm的AgI/Ag空芯光纤,并首次实现了AgI/Ag空芯光纤在近红外区域的低损耗传输。采用发光波长为1.064μm的DPSS激光系统测得长度为1m内径为0.7mm的AgI/Ag空芯光纤损耗约为0.8dB/m。通过大量实验,研究了碘溶液浓度、温度和碘化时间等参数对碘化银膜镀膜工艺的影响,并评价了多种内径的AgI/Ag空芯光纤在近红外波段的传输特性和弯曲损耗特性。该光纤具有较低的传输损耗和弯曲损耗,在传输大功率及超短激光脉冲方面有着极大的应用潜力。

侯峙云[5](2013)在《新型中红外空芯光纤的制备及其性能和应用研究》文中指出本文首先回顾了红外传能光纤的发展史,尤其是对用于传输波长10.6μm的CO2激光空芯氧化物介质光纤的探索与发展现状进行了论述。从理论上分析了衰减全反射(ATR)光纤在中红外波段折射率nr<1的特征,通过射线理论和光纤理论阐述Ge/GeO2双层介质膜空芯光纤的传输机理,运用光子带隙理论设计并制备出微结构空气孔为包层的Ge/GeO2双层介质膜空芯光纤,改进了MCVD与拉丝一体化的工艺及设备,发展了相应的制备技术,并针对其在医疗诊断和工艺加工等方面进行了应用研究。从理论上分析了氧化物材料在中红外波段nr<1的特征,利用K-K关系,并通过实验测出材料正入射反射谱,由此计算出在反常色散区的复折射率n+ik。应用光子晶体的带隙理论,设计并制备出具有光子带隙效应和nr <1机理的带有光子晶体光纤结构的空芯传能光纤。采用改进的化学气相沉积(MCVD)方法与拉制一体化技术进一步制备出纯GeO2膜的空芯光纤,通过氧化还原反应,将部份多晶态GeO2介质膜还原成富Ge层,由此成功地制备出以超微结构的多晶态GeO2为基的双层介质膜空芯传能光纤,同时进行了多种状态下的损耗测试。采用紫外光(UV)固化法在空芯传能光纤的外表面涂覆硅胶,以加强光纤的机械强度和柔软性。另外,本论文还采用Auastar360FTIR红外光谱仪以及KYKY-2800型扫描电镜等设备对制备的光纤样品进行了性能检测和实验分析。实验结果表明:用改进的MCVD与拉丝一体化设备拉制中红外传能光纤具有非常好的光学特性。提出测量传输CO2激光能量光纤的能量分布的新实验方案,首次使用针孔扫描法、热敏直接曝光法。通过实验比较,得到了热敏直接曝光法效果较好,并根据光斑的照射时间绘制出了光纤输出光模式的变化。本论文还对具有自主知识产权的光纤双透镜、三透镜聚焦系统进行了设计,并通过实验研究了由不同透镜组成的光学系统对光束聚焦及缩束作用的影响。将已制备的新型结构的中红外传输CO2激光能量光纤用于医疗临床开展实验。通过研制“带光纤的CO2激光治疗机”应用于腹腔手术说明了光纤所具有的独特优势,也为腹腔镜进入人体进行微创手术提供了前期准备。同时,还利用自主研制的新型中红外光纤配合医学红外光谱仪在生物体表进行检测,经光谱检测分析,该光纤可传输波长为312μm,并且中间没有出现大的吸收峰,完全达到了临床使用的要求。

李沙[6](2013)在《红外光子晶体光纤传能系统的方案设计与仿真》文中研究说明随着人们对红外技术的深入研究,CO2激光器得到了快速的发展,并以其优越的性能应用于医疗、军事、激光加工等各领域。但在能量传输过程中因为传输媒介的影响无法达到预期的效果。近年来,人们期望光纤代替传统的传输媒介用于传输CO2激光能量。国内外对红外光纤的材料和结构进行了广泛的研究,并取得了一定的成果。而相比较于传统光纤,光子晶体光纤具有耦合效率高、弯曲损耗和非线性低、色散可控等优点而成为热门的研究课题。如何设计和实现红外光子晶体光纤高效传输CO2激光能量系统,从而实现CO2激光更广泛的应用具有重大的研究意义。本文选取了低功率的CO2激光器,设计红外扩束系统和聚焦透镜,将激光高效地耦合到红外光子晶体光纤中。设计三角晶格带隙型空芯光子晶体光纤作为红外传能光纤,光纤的材料选用10.6μm波段处具有良好透过性的碲砷硒玻璃(Te20As30Se50),利用平面波法和全矢量有限元法讨论光子晶体光纤的带隙和损耗特性,通过改变光纤参数中的占空比、包层层数、空气孔半径进行仿真计算,根据损耗变化规律,最终得到一种晶格常数为7.5μm,占空比为0.78,纤芯半径为27μm,包层层数为8层的可用于传输CO2激光能量的红外光子晶体光纤。在考虑激光器与光纤的耦合中,首先运用红外扩束系统对激发光束进行准直。然后用光学软件Zemax对汇聚透镜参数和耦合效率进行计算仿真,多次优化后得到透镜的结构参数r1为32.8mm,r2为-90.6mm,透镜厚度为3mm,透镜的半径为10mm,有效焦距BFL为34.1mm,激光光束耦合进光纤的最大理论耦合效率可达到93.7%。最后提出基于光子晶体光纤的红外传能系统的总体框图,并对损耗进行分析和估算,对红外光子晶体光纤传输CO2激光能量有实际的指导意义。

李毅[7](2012)在《氧化锗空芯光波导的制备与性质研究》文中进行了进一步梳理本课题介绍了二氧化锗全反射型空芯光波导的特点及应用,并采用酸诱导液相沉积法在石英玻璃管内壁上生长二氧化锗内反射膜,GeO2能够与OH-离子反应生成可溶性锗酸根离子,从而使GeO2在氨水和氢氧化钠溶液中的溶解度大大提高。通过向所合成的锗酸根离子前驱液中加入酸,使锗酸根离子被逐步分解为GeO2溶质析出。将酸化的锗酸根离子水溶液通入石英毛细管,可在毛细管内壁上逐渐液相沉积生长出GeO2陶瓷膜。将试样在GeO2的熔点(1115℃)附近热处理,可以得到致密的GeO2膜。本课题通过控制前驱液的制备参数,酸诱导液相沉积反应过程以及热处理的工艺参数,对二氧化锗反射膜的形貌、物相结构、厚度以及空芯光波导对二氧化碳激光传输损耗进行了研究和讨论,最终获得较佳的制备工艺。实验结果表明GeO2-氨水体系制备的GeO2空芯光波导对二氧化碳激光的直线传输损耗为0.19dB/m-2.44dB/m。当前驱体的固含量从5%增大到7%制备的二氧化锗空芯光波导的传输损耗降低,前驱体的固含量为8%和9%制备的空芯光波导的传输损耗大于固含量为7%。随着沉积时间、沉积次数和pH的增大,制备的二氧化锗空芯光波导的传输损耗先降低后增大。传输损耗随pH的改变总体上变化不大。当采用硝酸、硫酸和磷酸做为诱导酸时,硝酸制备的空芯光波导的损耗最大,磷酸为诱导酸制备的空芯光波导的传输损耗最小。当烧结温度从1110℃增长到1130℃时,制备的二氧化锗空芯光波导的传输损耗逐渐降低。当烧结温度为1140℃和1150℃时,制备的样品的光波导的小。GeO2-氢氧化钠体系制备的GeO2空芯光波导对二氧化碳激光的直传输损耗要大于烧结温度为1130℃制备的样品。随着热处理时间的增大直线传输损耗先降低后又增大;冷却到室温取出的空芯光波导的传输损耗比在高温取出的空芯线传输损耗为0.18dB/m-2.70dB/m。其他参数不变的情况下,随着前驱体的固含量的增加直线传输损耗逐渐变小;随着沉积时间的增长直线传输损耗先增大然后逐渐降低;随着沉积次数和pH的增加传输损耗逐渐变大;传输损耗随热处理温度和热处理方式的变换情况与二氧化锗-氨水体系的变化情况相同;随着热处理时间的增大直线传输损耗先降低后又增大。

张传健[8](2010)在《氧化锗空芯光波导反射膜的制备研究》文中进行了进一步梳理本研究工作介绍了二氧化碳(CO2)激光和空芯光波导的特点及应用,并采用酸诱导液相沉积法在石英玻璃管内壁生长了氧化锗(GeO2)陶瓷膜,然后对其进行热处理得到致密的空芯光波导反射膜。实验中通过控制锗酸根离子前驱液的制备参数,酸诱导液相沉积反应过程以及热处理的工艺参数,对GeO2陶瓷膜和反射膜的组成、形貌、厚度以及激光传输损耗进行了研究和讨论。实验结果表明,氨水溶液和六方GeO2反应可以得到透明稳定的锗酸根离子溶液,加入酸后可以使锗酸根离子逆向分解,当由锗酸根离子分解产生的GeO2溶质的浓度超过其在酸性溶液中的饱和溶解度时,便会在基体表面上生长出GeO2陶瓷膜。GeO2在氨水溶液中的溶解时间随搅拌温度升高而逐渐缩短,随其含量的增加而延长,70℃为最佳的溶解温度,56%为制备膜材料最佳的GeO2固含量。较强的酸性有利于GeO2在前驱液中的液相沉积,pH=12为最佳值,采用酸诱导液相沉积法制备的GeO2膜材料为六方晶型,多元酸诱导制备的膜颗粒尺寸大于一元酸。提高沉积温度,可以提高陶瓷膜颗粒的规整度,获得生长完善的立方体堆积形貌,采用新鲜溶液多周期沉积操作,可以有效增加膜材料的厚度和致密性。采用封闭式热处理操作可以得到六方晶型的GeO2反射膜,1130℃热处理30分钟可以使整个陶瓷膜完全熔融并附着在基体上,膜结构开裂较少,并且非常致密,裂纹尺寸在可控范围。经过多次循环沉积可以获得厚度超过4μm的反射膜材料,光学透过谱显示在10.6μm处GeO2反射膜具有明显的低透过窗口。CO2激光直线传输损耗值随GeO2反射膜厚度增加而减小,所检测到的最低损耗为0.65dB/m。在600℃经过520分钟的H2还原,可以得到GeO2/Ge复合膜材料,并且在膜结构的表面出现纳米量级微孔,还原30分钟后GeO2完全被还原为Ge。基于全反射型空芯波导的理论,这种GeO2/Ge复合膜可以降低传输损耗。

庞辉[9](2010)在《空芯传能光纤的制备工艺与特性研究》文中研究表明随着激光技术和红外技术的迅速发展,CO2激光器已广泛应用到医疗手术、工业加工、雕刻轻工业等领域,由于目前主要是通过导光臂对CO2激光能量进行传输,该传输系统非常笨重、且无法自由移动,这对激光手术产生极大的障碍,空芯传能光纤是解决这一问题的主要途径。本论文从理论上分析了电介质/金属泄漏型空芯传能光纤传输特性。并且,采用液相化学沉积法制备出了传输性能稳定、低损耗的AgI/Ag空芯传能光纤。本论文主要从以下几个方面进行研究:首先,从射线光学和导波光学的理论出发,介绍了空芯传能光纤的传输机理。通过对金属空芯光纤与电介质/金属泄漏型空芯光纤传输特性的理论分析,设计出了电介质/金属泄漏型的空芯传能光纤,其中以空芯石英毛细管作为基底材料,银作为金属膜,碘化银作为电介质膜。其次,对银膜的制备工艺及影响银膜性能的诸多因素(如预处理过程、溶液的流速、反应时间、温度等)进行了研究。根据敏化的机理,研究了氯化亚锡溶液敏化的效果及确定适合的制备方案和工艺。同时,也对碘化银膜的制备工艺及影响因素进行了研究,确定了合适的碘化银膜制备工艺。最后,在现有的实验条件下,测量了空芯传能光纤各膜层的表面形貌图;通过研究空芯传能光纤损耗的计算方法,测量了空芯光纤的直线损耗和弯曲损耗,并从射线光学和导波光学角度对弯曲损耗的产生加以解释。同时测试了空芯传能光纤的传输性能,该光纤具有传输性能稳定,传输损耗低的特点。

江源,陈莉,朱云青,殷志东[10](2007)在《光纤在激光医学治疗上的应用》文中研究说明激光医学治疗用激光器包括紫外、红外、可见光激光器,激光用光纤输出端形式包括点状、柱状、球状等;光纤在医学器械的应用包括光纤照明和激光传输,现今石英光纤、多组份玻璃光纤、聚合物光纤以及红外晶体光纤、氟化物玻璃光纤、红外空芯波导等在医学治疗有许多应用,其中石英光纤已在医学美容、手术治疗和光动力疗法等方面获得广泛应用,多组份玻璃光纤可应用于光炙仪、光热治疗仪、牙科光固化机、牙齿美白仪、光纤内窥镜等医疗仪器中,聚合物光纤POF可应用于光纤黄疸治疗仪、激光血管内外照射治疗中,光纤在今后的激光医学治疗中发挥更加重要的作用。

二、医用CO_2激光传输用空芯波导的研制(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、医用CO_2激光传输用空芯波导的研制(论文提纲范文)

(1)用于红外激光传输的硫系玻璃光纤研究进展(论文提纲范文)

1 引 言
2 硫系传能光纤的研究进展
    2.1 阶跃折射率光纤
    2.2 微结构光纤
3 存在的问题与发展方向
    1) 高激光损伤阈值的低损耗硫系阶跃型光纤的制备。
    2) 硫系负曲率光纤的理论研究。
    3) 低损耗硫系负曲率光纤的结构设计和制备。
4 结束语

(2)新型空芯反谐振光纤的设计及其应用研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 HC-ARF概述
        1.1.1 HC-ARF的发展历史
        1.1.2 HC-ARF的导光机理
        1.1.3 HC-ARF的制备工艺
    1.2 特种HC-ARF
        1.2.1 特殊波段HC-ARF
        1.2.2 气/液体填充HC-ARF
        1.2.3 功能性HC-ARF
    1.3 太赫兹HC-ARF
        1.3.1 太赫兹波简介
        1.3.2 太赫兹HC-ARF的发展
    1.4 本文的主要工作
2 求解HC-ARF传输特性的理论方法
    2.1 引言
    2.2 无限壁厚中空管中模式近似特征方程
        2.2.1 导波的特征方程
        2.2.2 TE模式的近似化简特征方程
        2.2.3 TM模式的近似化简特征方程
        2.2.4 混合模式的近似化简特征方程
    2.3 无限壁厚中空管中模式有效折射率近似表达式
    2.4 HC-ARF中模式有效折射率近似表达式
        2.4.1 修正形式的近似表达式
        2.4.2 修正系数计算
        2.4.3 近似表达式计算结果验证
    2.5 本章小结
3 中红外HC-ARF研究
    3.1 引言
    3.2 中红外单模HC-ARF研究
        3.2.1 HC-ARF中实现单模传输的方法
        3.2.2 ZBLAN玻璃材料
        3.2.3 中红外单层圆管HC-ARF的模式特性
    3.3 单模大模场面积中红外HC-ARF
        3.3.1 HC-ARF结构设计及参数优化
        3.3.2 平直状态传输特性及模式特性
        3.3.3 弯曲状态的等效折射率模型
        3.3.4 模场面积与弯曲状态特性
    3.4 单偏振单模中红外HC-ARF
        3.4.1 HC-ARF结构设计
        3.4.2 单偏振传输的实现及模场演化
        3.4.3 波长扩展及单偏振单模性能
        3.4.4 弯曲状态下性能
    3.5 本章小结
4 近红外单偏振HC-ARF研究
    4.1 引言
    4.2 差异壁厚单偏振单模HC-ARF
        4.2.1 光纤结构设计及参数优化
        4.2.2 单偏振形成原理及单偏振单模性能
        4.2.3 弯曲状态下性能
        4.2.4 拓展研究
    4.3 镀硅单偏振单模HC-ARF
        4.3.1 HC-ARF单模特性的结构设计
        4.3.2 差异壁厚实现单偏振传输结构设计
        4.3.3 镀硅实现单偏振传输结构设计
        4.3.4 弯曲状态下性能
    4.4 高折射率材料镀层实现单偏振传输
        4.4.1 不同结构HC-ARF中实现单偏振传输
        4.4.2 单偏振传输形成机理及模式演化
        4.4.3 结构参数的影响
        4.4.4 HC-ARF包层管位移的影响
    4.5 本章小结
5 太赫兹HC-ARF研究
    5.1 引言
    5.2 高双折射太赫兹HC-ARF
        5.2.1 HC-ARF结构及材料
        5.2.2 结构参数对性能的影响
        5.2.3 弯曲状态下性能
    5.3 开槽壁太赫兹HC-ARF
        5.3.1 光纤结构及等效壁厚
        5.3.2 3D打印光敏树脂材料特性
        5.3.3 开槽壁太赫兹HC-ARF损耗特性
        5.3.4 开槽壁对传输特性的影响
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 论文研究成果
    6.2 未来工作展望
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集

(3)金属/电介质型空芯光波导中的激光传输特性研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题来源与研究意义
    1.2 空芯光波导的国内外研究现状及应用进展
        1.2.1 空芯光波导的国内外研究历史与现状
        1.2.2 空芯光波导在能量传输中的应用
        1.2.3 空芯光波导在气敏检测中的应用
    1.3 空芯光波导研究中存在的问题及分析
    1.4 本文主要研究内容及结构安排
第2章 金属/电介质型空芯光波导的传输理论基础
    2.1 空芯光波导的分类及特点
        2.1.1 金属/电介质型空芯光波导
        2.1.2 光子带隙空芯光波导
        2.1.3 基片集成空芯光波导
    2.2 金属/电介质型空芯光波导的传输损耗的理论计算
        2.2.1 M-S理论
        2.2.2 Miyagi公式
    2.3 射线模型
    2.4 本章小结
第3章 用于光传感信号建模与重构的MFW-LM算法
    3.1 MFW-LM算法的提出背景
    3.2 MFW-LM算法思想
        3.2.1 隶属函数构建
        3.2.2 MFW-LM算法流程
    3.3 MFW-LM算法仿真验证
        3.3.1 仿真过程
        3.3.2 仿真结果及分析
    3.4 MFW-LM算法应用于光传感信号建模与重构
        3.4.1 光学吸收光谱分析
        3.4.2 激光束线形重构
    3.5 本章小结
第4章 Ag/AgI空芯光波导中的激光传输特性研究
    4.1 实验系统
    4.2 红外相机像素尺寸标定
        4.2.1 像素标定
        4.2.2 不确定度分析
    4.3 薄纸片对激光的衰减
    4.4 实验系统测量重复性评价
    4.5 实验结果及分析
        4.5.1 入射及出射空芯光波导的激光特性变化
        4.5.2 空芯光波导长度的激光传输特性的影响
        4.5.3 空芯光波导曲率对激光传输特性的影响
    4.6 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢

(4)近红外低损耗AgI/Ag空芯光纤的制作工艺和传输特性研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 传统光纤的局限性
    1.3 空芯光纤研究概况
    1.4 选题的目的、意义与主要内容
第二章 空芯光纤的传输原理和特性
    2.1 引言
    2.2 空芯光纤的结构和材料
    2.3 泄漏型空芯光纤传输特性的理论计算
        2.3.1 等效传输线模型
        2.3.2 射线模型
    2.4 本章小结
第三章 AgI/Ag空芯光纤简介
    3.1 引言
    3.2 制作工艺
        3.2.1 银膜镀制工艺
        3.2.2 碘化银膜镀制工艺
        3.2.3 膜厚的估计和测量
    3.3 本章小结
第四章 近红外波段的AgI/Ag空芯光纤
    4.1 引言
    4.2 参数优化
    4.3 改进的制备工艺
        4.3.1 碘化反应溶剂
        4.3.2 反应温度
        4.3.3 流速
    4.4 传输性能
    4.5 应用前景
    4.6 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 研究总结
    5.2 主要创新点
    5.3 研究展望
参考文献
硕士期间论文发表情况
致谢

(5)新型中红外空芯光纤的制备及其性能和应用研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 选题意义
    1.2 光纤的分类及特点
        1.2.1 按用途分类
        1.2.2 按光纤材料分类
        1.2.3 光纤按结构的分类
    1.3 国内外发展情况
        1.3.1 国内外空芯光纤的研究种类与进展
        1.3.2 中红外空芯传能光纤的应用进展
    1.4 本论文的研究内容
第2章 创新结构红外光纤的理论基础
        2.1.2 反常色散区 n、k 的测量与计算
        2.1.3 用复折射率计算由空气界面任意角度入射的反射率
    2.2 光子晶体及光子带隙型光子晶体光纤的理论
        2.2.1 光子晶体及光子带隙
        2.2.2 光子晶体光纤导光条件的研究
        2.2.3 光子带隙型光子晶体光纤带隙结构的计算
    2.3 ATR 型红外空芯传能光纤
        2.3.1 双层介质膜的反射理论
        2.3.2 中红外双层结构 Ge/GeO_2空芯光纤
        2.3.3 空芯光纤传输损耗的理论计算
    2.4 本章小结
第3章 创新结构的红外空芯光纤的制备
    3.1 GeO_2/Ge 双层介质膜的制备及特性研究
        3.1.1 GeO_2膜的气相沉积机理
        3.1.2 样品的检测与光学常数的计算
        3.1.3 富 Ge 层的制备机理
        3.1.4 Ge/ GeO_2性能检测及结果分析
    3.2 应用光子带隙光纤的原理制备新型结构的光纤
    3.3 创新型光纤的制备
        3.3.1 光纤拉制工艺设计与流程
        3.3.2 光纤传输能量和传输损耗的检测
    3.4 本章小结
第4章 中红外光纤光学特性的研究
    4.1 中红外空芯光纤输出 CO_2激光的能量分布特性
        4.1.1 测量能量分布采用的实验方法
        4.1.2 光斑照射时间与模式的变化
        4.1.3 在直线和弯曲状态下空芯传能光纤的模式特性
        4.1.4 激光功率的稳定性
    4.2 聚焦系统的设计与实验
        4.2.1 激光光纤聚焦光路的设计实验
        4.2.2 实验结果分析
        4.2.3 实验误差分析
    4.3 本章小结
第5章 新型红外光纤的应用研究
    5.1 体表检测的红外光纤光谱仪装置
        5.1.1 研究背景
        5.1.2 红外光谱仪实验装置与光纤探头的设计方案
        5.1.3 中红外空芯光纤传输特征谱的分析
    5.2 应用情况
    5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
作者简介

(6)红外光子晶体光纤传能系统的方案设计与仿真(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
        1.1.1 传输CO_2 激光红外光纤的研究进展
        1.1.2 硫系玻璃光纤
        1.1.3 晶体玻璃光纤
        1.1.4 空芯光纤
    1.2 光子晶体光纤
        1.2.1 光子晶体光纤的概念及分类
        1.2.2 PBG-PCF 的重要特性
    1.3 论文的研究重点和内容安排
第二章 数值计算方法
    2.1 红外光子晶体光纤的数值分析方法
        2.1.1 平面波展开法
        2.1.2 光子带隙的计算
    2.2 全矢量有限元法的理论分析
        2.2.1 全矢量有限元法
        2.2.2 完美匹配层(PML)
        2.2.3 COMSOL Multiphysics 结合 Matlab 进行数值计算
    2.3 激光与光纤的耦合
        2.3.1 耦合条件
        2.3.2 耦合理论分析
        2.3.3 调整容忍度
    2.4 本章小结
第三章 红外光子晶体光纤的设计及特性研究
    3.1 光纤材料的选取
    3.2 光纤结构的选取
    3.3 红外光子晶体光纤的带隙特性
    3.4 红外光子晶体光纤的损耗特性
        3.4.1 红外光子晶体光纤的损耗机理
        3.4.2 PBG-PCF 泄露损耗分析
    3.5 本章小结
第四章 激光器与光子晶体光纤耦合的研究
    4.1 CO_2激光器
        4.1.1 CO_2激光器的基本结构
        4.1.2 CO_2激光的工作原理
    4.2 CO_2激光器到光纤的耦合系统设计
        4.2.1 高斯光束的扩束系统
        4.2.2 高斯光束的透镜耦合系统设计
    4.3 本章小结
第五章 红外传能系统的设计、性能、应用分析
    5.1 系统部件的参数选取
    5.2 系统部件损耗分析计算
        5.2.1 透镜的损耗分析
        5.2.2 硒化锌透镜材料特点及损耗计算
        5.2.3 激光模式对光纤模式的有效激发
        5.2.4 光纤的材料吸收损耗
        5.2.5 激光与光纤准直度的影响
        5.2.6 红外 PBG-PCF 激光阈值功率
    5.3 CO_2 激光的其它应用
        5.3.1 CO_2激光器在工业上的应用
        5.3.2 CO_2激光器在军事上的应用
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
附录 攻读硕士学位期间撰写的论文
致谢

(7)氧化锗空芯光波导的制备与性质研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
    1.1 CO_2激光的特点,应用及局限性
    1.2 空芯光波导
        1.2.1 实心光波导的局限性
        1.2.2 空芯光波导传输红外激光的优点
        1.2.3 全反射型空芯光波导的基础理论
        1.2.4 目前全反射型空芯光波导存在的问题
    1.3 GeO_2的性质及应用
    1.4 二氧化锗空芯光波导的制备方法
        1.4.1 化学气象沉积(CVD)
        1.4.2 溶胶-凝胶法
        1.4.3 液相沉积法(LPD)
    1.5 课题的意义目的
第二章 酸诱导 GeO_2-氨水体系液相沉积二氧化锗空芯光波导的制备
    2.1 主要试剂
    2.2 实验所用的主要仪器
    2.3 测试表征手段
    2.4 实验过程
    2.5 不同参数样品的制备
    2.6 结果与讨论
        2.6.1 前驱液的固含量对二氧化锗基空芯光波导的影响
        2.6.2 沉积时间对二氧化锗基空芯光波导的影响
        2.6.3 沉积次数对二氧化锗基空芯光波导的影响
        2.6.4 前驱液 pH 对二氧化锗基空芯光波导的影响
        2.6.5 诱导酸对二氧化锗基空芯光波导的影响
        2.6.6 热处理温度对二氧化锗基空芯光波导的影响
        2.6.7 热处理时间对二氧化锗基空芯光波导的影响
        2.6.8 热处理方式对二氧化锗基空芯光波导的影响
    2.7 本章小结
第三章 酸诱导 GeO_2-NaOH 体系液相沉积二氧化锗空芯光波导的制备
    3.1 主要试剂
    3.2 实验所用的主要仪器
    3.3 测试表征手段
    3.4 实验过程
    3.5 不同参数样品的制备
    3.6 结果与讨论
        3.6.1 锗酸根离子水溶液的固含量对二氧化锗基空芯光波导的影响
        3.6.2 沉积时间对二氧化锗基空芯光波导的影响
        3.6.3 沉积次数对二氧化锗基空芯光波导的影响
        3.6.4 pH 对二氧化锗基空芯光波导的影响
        3.6.5 诱导酸对二氧化锗基空芯光波导的影响
        3.6.6 热处理温度对二氧化锗基空芯光波导的影响
        3.6.7 热处理时间对二氧化锗基空芯光波导的影响
        3.6.8 热处理方式对二氧化锗基空芯光波导的影响
    3.7 本章小结
今后研究工作的设想
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的论文

(8)氧化锗空芯光波导反射膜的制备研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
    1.1 激光原理及CO_2 激光特性
    1.2 CO_2 激光传输手段的局限性
    1.3 空芯光纤的研究进展
    1.4 全反射型空芯光纤的基础理论
    1.5 目前全反射型空芯光纤研制中的问题
    1.6 GeO_2 的性质
    1.7 GeO_2 膜的制备方法
        1.7.1 溶胶凝胶法(Sol-Gel)
        1.7.2 化学气相沉积法(CVD)
    1.8 课题的意义目的及思路
第二章 锗酸根离子水溶液前驱体的合成及其酸诱导液相沉积特性
    2.1 主要试剂
    2.2 实验所用的主要仪器
    2.3 锗酸根离子水溶液前驱体的合成
    2.4 不同参数锗酸根离子前驱液的制备
    2.5 结果与讨论
        2.5.1 采用不同的碱溶液为溶剂GeO_2 粉体对锗酸根离子水溶液的影响
        2.5.2 氨水溶解六方GeO_2 粉体的机理研究
        2.5.3 温度对氨水溶液溶解GeO_2 粉体速率的影响
        2.5.4 固含量对氨水溶液溶解GeO_2 粉体速率的影响
        2.5.5 采用不同种类的酸诱导锗酸根离子前驱液对GeO_2 沉积效果的影响
    2.6 本章小结
第三章 石英毛细管内酸诱导液相沉积 GeO_2膜材料
    3.1 主要试剂
    3.2 实验所用的主要仪器
    3.3 测试表征手段
    3.4 不同参数的沉积样品的制备
    3.5 结果与讨论
        3.5.1 毛细管内液相沉积GeO_2 膜材料的装置设计及其工作原理
        3.5.2 锗酸根离子前驱液的pH 对GeO_2 析出时间以及膜材料沉积效果的影响
        3.5.3 沉积温度对GeO_2 陶瓷膜的影响
        3.5.4 沉积时间对GeO_2 陶瓷膜的生长过程的影响
        3.5.5 酸诱导液相沉积GeO_2 厚膜材料
        3.5.5.1 提高前驱液中GeO_2 的固含量增加沉积陶瓷膜的厚度
        3.5.5.2 多次沉积过程增加沉积陶瓷膜的厚度
        3.5.6 氢氟酸处理石英基管对沉积GeO_2 陶瓷膜的影响
    3.6 本章小结
第四章 毛细管内 GeO_2陶瓷膜的热处理及波导传输损耗分析
    4.1 主要试剂
    4.2 实验所用的主要仪器
    4.3 测试表征手段
    4.4 热处理样品的参数
    4.5 结果与讨论
        4.5.1 拖动式热处理对膜质量的影响
        4.5.2 封闭式热处理对膜质量的影响
        4.5.3 GeO_2 空芯光波导的激光损耗测试
        4.5.4 GeO_2/Ge 复合膜材料的制备研究
    4.6 本章小结
论文总结
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的论文

(9)空芯传能光纤的制备工艺与特性研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 选题的意义
    1.2 光纤的分类
        1.2.1 按用途分类
        1.2.2 按材料和结构分类
    1.3 空芯传能光纤的国内外研究现状
    1.4 红外传能光纤存在的问题
    1.5 论文的研究内容及结构安排
第2章 电介质/金属空芯光纤的传输机理
    2.1 光波导理论的研究方法
        2.1.1 射线光学
        2.1.2 导波光学
    2.2 金属介质的理论研究方法
        2.2.1 金属中的波动方程
        2.2.2 金属介质的常用参数
        2.2.3 在金属介质中的穿透深度和反射率
    2.3 电介质/金属空芯传能光纤的导光机理
    2.4 本章小结
第3章 电介质/金属空芯光纤材料选择机理及结构设计
    3.1 电介质/金属空芯光纤的基质选择
    3.2 电介质/金属空芯光纤金属膜层材料的选择
    3.3 金属银膜厚度
    3.4 电介质膜厚度
    3.5 本章小结
第4章 空芯传能光纤的制备
    4.1 实验材料、药品及仪器
        4.1.1 实验材料与药品
        4.1.2 实验仪器
    4.2 石英基片和石英毛细管的预处理
        4.2.1 石英基片和毛细管的清洗
        4.2.2 基片和毛细管的活化和敏化
    4.3 银膜的制备
        4.3.1 实验原理
        4.3.2 实验过程
    4.4 银膜的清洗
    4.5 银膜的干燥
    4.6 碘化银介质膜的制备
    4.7 本章小结
第5章 膜层的性能分析与传输损耗的测量
    5.1 银膜的性能测试
    5.2 碘化银膜性能的测试
        5.2.1 碘化银的结构
        5.2.2 碘化银的形貌
    5.3 空芯传能光纤的损耗
        5.3.1 空芯传能光纤损耗测试简图
        5.3.2 直光纤的测量方法
        5.3.3 光纤弯曲损耗的测量方法
    5.4 光纤损耗的测量结果
        5.4.1 直线损耗测量结果
        5.4.2 弯曲角度与弯曲损耗的关系
    5.5 弯曲损耗产生的原因
        5.5.1 射线光学的解释方法
        5.5.2 波导光学的研究方法
    5.6 颗粒度对透过率的影响
    5.7 空芯光纤传输稳定性的测试
    5.8 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
作者简介

(10)光纤在激光医学治疗上的应用(论文提纲范文)

1 激光热疗光纤端头的设计
2 石英光纤在医学治疗上的应用
    2.1 光纤激光美容
    2.2 光纤激光手术治疗
        2.2.1 钬激光治疗泌尿系结石
        2.2.2 动脉内腔治疗
        2.2.3 激光角膜成形术
        2.2.3 激光碎石术(肾结石和胆结石)
        2.2.4 激光血管成形术
    2.3 光动力学疗法治疗
3 多组份玻璃光纤在医学治疗上的应用
    3.1光灸仪
    3.2 光热治疗仪
    3.3 牙科光固化机用多组份玻璃光纤导光棒
    3.4 牙齿美白仪
    3.5光纤内窥镜
4 聚合物光纤POF在医学治疗上的应用
    4.1 光纤黄疽治疗仪
    4.2 激光血管内照射
    4.3 激光血管外照射
5 其它光纤在医学治疗上的应用
    5.1 红外晶体光纤
    5.2 氟化物玻璃光纤
    5.3 红外空芯波导
6 结语

四、医用CO_2激光传输用空芯波导的研制(论文参考文献)

  • [1]用于红外激光传输的硫系玻璃光纤研究进展[J]. 张豪,郭海涛,许彦涛,李曼,马文超. 中国激光, 2022
  • [2]新型空芯反谐振光纤的设计及其应用研究[D]. 严世博. 北京交通大学, 2021
  • [3]金属/电介质型空芯光波导中的激光传输特性研究[D]. 孟硕. 天津大学, 2018(06)
  • [4]近红外低损耗AgI/Ag空芯光纤的制作工艺和传输特性研究[D]. 曾旋. 复旦大学, 2013(03)
  • [5]新型中红外空芯光纤的制备及其性能和应用研究[D]. 侯峙云. 燕山大学, 2013(12)
  • [6]红外光子晶体光纤传能系统的方案设计与仿真[D]. 李沙. 南京邮电大学, 2013(06)
  • [7]氧化锗空芯光波导的制备与性质研究[D]. 李毅. 青岛科技大学, 2012(06)
  • [8]氧化锗空芯光波导反射膜的制备研究[D]. 张传健. 青岛科技大学, 2010(05)
  • [9]空芯传能光纤的制备工艺与特性研究[D]. 庞辉. 燕山大学, 2010(08)
  • [10]光纤在激光医学治疗上的应用[J]. 江源,陈莉,朱云青,殷志东. 激光杂志, 2007(04)

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医用CO_2激光传输空芯波导的研制
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