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《天津大学》 2006年
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三分量光弹波导光电集成加速度地震检波理论与实验研究

唐东林  
【摘要】: 为提高石油天然气产量,石油地震勘探正朝着多波多分量的三维精细地震勘探发展,以寻找储藏在浅层、薄层的油气。因此,检波器作为地震勘探中地震反射波信号的拾取单元,必须满足三分量地震勘探对其频带、分量间串扰、灵敏度、野外施工适应性等各项性能的要求。 本课题首次提出基于光弹效应的三分量混合集成加速度地震检波器,很好地结合了光波导技术和三分量地震加速度检波技术,与其他三分量检波器相比有频带更宽、分量间串扰低、灵敏度高的优点。同时由于光波导集成器件本身的特点,所研制的三分量加速度检波器体积小、适合在强电磁场和高温高寒等恶劣环境下稳定工作。论文的主要研究工作如下: 1、首先建立三分量光弹波导混合集成加速度地震检波器动力学模型、微分运动方程,系统分析并计算加速度检波器的幅频特性、相频特性、阶跃响应以及其静态特性,为加速度检波器结构设计奠定振动力学理论基础。 2、首次从单向力作用下晶体光弹效应出发,详细推导出在空间加速度作用下,LiNbO3晶体的三维光弹效应,采用坐标变换法推导出:通过LiNbO3晶体的光相位变化与三分量加速度变化的对应关系,为加速度检波器结构设计奠定光学理论基础。 3、基于LiNbO3晶体的光弹效应,详细分析计算三分量光弹波导加速度检波器的极间耦合影响,结合对三分量检波器的振动力学和光学理论分析,最终确定分量间串扰值为零的加速度检波器结构设计。 4、对三分量光弹波导混合集成加速度地震检波器的Mach-Zehnder光波导干涉仪系统进行了系统研究和优化设计。从导波的射线理论出发,根据波导单模条件,结合有效折射率法完成了单模波导的优化设计。结合有效折射率法,二维空间有限差分光传播法和透明边界条件,对S形反正弦波导构成的双Y分支波导光路传输进行深入分析研究,对波导传输损耗进行了计算分析,在此基础上设计的双马赫-曾德干涉仪具有良好的分光比和低损耗的优点。 5、对波导干涉仪的制作工艺进行了详尽的理论和实验研究。通过大量的实验制定出了切实可行的工艺流程,获得了有参考价值的工艺参数。成功研制分支波导结构复杂、波导间隔小的干涉芯片并完成通光实验。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TN252

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