可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器快速波長(zhǎng)切換機(jī)理與新結(jié)構(gòu)研究

本項(xiàng)目以新穎光切換網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)為應(yīng)用方向，以單片集成的寬范圍可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器為研究對(duì)象，將器件波長(zhǎng)切換瞬態(tài)特性的物理研究與器件研制緊密結(jié)合、共同實(shí)施。通過(guò)擬建立的數(shù)學(xué)模型從理論上分析器件的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，特別是切換瞬態(tài)的譜特性，揭示波長(zhǎng)切換的物理機(jī)理，并用以輔助和指導(dǎo)實(shí)際研發(fā)中的器件設(shè)計(jì)和制備；通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段對(duì)研發(fā)的器件進(jìn)行特性測(cè)試和分析，探索和印證器件實(shí)現(xiàn)快速、可靠波長(zhǎng)切換的限制因素；為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出高性能的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器奠定先進(jìn)的理論分析、實(shí)驗(yàn)測(cè)試和器件制備的基礎(chǔ)。具有快速波長(zhǎng)切換能力的寬范圍可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器在下一代波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)中光包交換、光突發(fā)交換、動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)路由等方面有重要的應(yīng)用價(jià)值。

光交換速度和光交換規(guī)模是研究大容量矩陣的兩個(gè)非常重要因素，也制約了網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的進(jìn)程，本項(xiàng)目主要從交換速度、插入損耗、選擇波長(zhǎng)的穩(wěn)定性三個(gè)因素出發(fā)，分別在波導(dǎo)新結(jié)構(gòu)和數(shù)字波長(zhǎng)選擇耦合新機(jī)制中涉及的基本理論模型與設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)工藝等方面開(kāi)展探索探究，圍繞少模傳輸波導(dǎo)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)理論和數(shù)字波長(zhǎng)選擇性耦合增強(qiáng)兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，分別開(kāi)展少模長(zhǎng)周期光柵和閃耀布拉格光柵以及長(zhǎng)腔微環(huán)三種波長(zhǎng)選擇耦合結(jié)構(gòu)的研究，利用電光聚合物的雙重特性，即熱光特性調(diào)節(jié)光學(xué)折射率使工作波長(zhǎng)設(shè)定于單一數(shù)字波長(zhǎng)，電光特性高速控制與調(diào)制光學(xué)折射率實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)關(guān)或調(diào)制功能，并借助于商業(yè)可獲得的材料與多種成熟傳統(tǒng)制作工藝（導(dǎo)波圓芯的腐蝕或拉伸工藝、包層sol-gel旋涂工藝）的研究，實(shí)現(xiàn)大開(kāi)關(guān)比或深度調(diào)制，甚至開(kāi)發(fā)具有可開(kāi)關(guān)的調(diào)制器等多功能新型光器件，為未來(lái)光突發(fā)包的上下路和調(diào)制解調(diào)一體化帶來(lái)便利，可以擴(kuò)大交換矩陣規(guī)模，降低網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)成本。

顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)是對(duì)顆粒阻尼和調(diào)諧質(zhì)量阻尼有機(jī)結(jié)合的新型阻尼系統(tǒng)，既能有效拓寬調(diào)諧質(zhì)量阻尼的減振頻帶、提高減振效率和耐久性，又為顆粒阻尼的結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用提供了實(shí)現(xiàn)途徑。本課題通過(guò)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)、風(fēng)洞模型試驗(yàn)、數(shù)值分析以及參數(shù)優(yōu)化對(duì)顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)的減振機(jī)理及應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的效果進(jìn)行了研究，揭示了其工作機(jī)理和物理本質(zhì)。五層鋼框架的對(duì)比試驗(yàn)表明在不同地震作用下，顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)均能達(dá)到較好的減震效果，其中在上海人工波作用下的減震效果最好（均方根位移與加速度響應(yīng)減震率分別達(dá)到72.17%與70.99%）；另外，合理的參數(shù)選取更有利于發(fā)揮顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)的性能，開(kāi)展了附加顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)的氣彈風(fēng)洞試驗(yàn)（縮尺比為1：200），試驗(yàn)研究表明顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)對(duì)高層建筑風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)有良好的減振控制效果，控制合理的顆粒密度、增加顆粒數(shù)量、加劇顆粒之間的碰撞等均可以提高其減振效果；基于多顆粒等效原則建立顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的數(shù)值模型，數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果整體吻合較好，峰值加速度吻合較好，而均方根加速度也可以將誤差控制在可接受的范圍內(nèi)；通過(guò)微分演化算法對(duì)顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)進(jìn)行了全局優(yōu)化，相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)的減振率提高了約50%；最后，提出合理的實(shí)用設(shè)計(jì)方法，明確相應(yīng)的核心技術(shù)、設(shè)計(jì)流程、構(gòu)造、制作、安裝和測(cè)試要求，并用于指導(dǎo)工程實(shí)踐。本課題展示了顆粒調(diào)諧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)在土木工程應(yīng)用的巨大前景，為土木結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的發(fā)展提供了另一種有效的途徑，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。