OADM元件用聚合物光栅-波导的研制

OADM元件用聚合物光栅-波导的研制

一、Development of the Polymeric Grating -Waveguide for OADM Components(论文文献综述)

林雨[1](2020)在《基于柔性基底的超材料结构与光电特性调控研究》文中研究表明柔性智能光电子器件在未来显示、人工智能和生物医学等诸多科技领域具有巨大的应用潜力。当前,性能优异、轻薄便携且易于集成的柔性智能光电子器件的理论设计研究和实验加工制备技术的相对滞后已逐步成为阻碍相关技术领域进步的瓶颈。本文重点研究新型智能材料的电控光学特性,并将亚波长结构与新型智能材料相集成,通过理论设计、仿真模拟和微纳加工制备出相关器件,并进一步研究相关柔性智能光电子器件的调控机制及性能特征,从而为获得实用化的柔性光电子器件打下一定的基础。具体研究内容及创新成果如下:(1)研究了有机电致变色材料:聚3,4—乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)薄膜在不同还原态下的光学性能。首先使用旋涂法在惰性金属电极上制备了均匀致密的PEDOT:PSS薄膜,然后在含有钠离子的电化学电池中对其进行梯度的氧化和还原反应,采用计时电流法研究其电化学特性。最终,经过对PEDOT:PSS薄膜材质特有的双稳态性质加以运用,使用椭偏仪对不同反应状态下的PEDOT:PSS薄膜的在整个可见光波段(400-800nm)光学特性进行了研究,获得了材料在不同反应状态下的折射率和消光系数。电化学实验结果显示,不同的工作电压(相对于参比电极)可使PEDOT:PSS薄膜处于不同的反应状态。当在电化学电池中对PEDOT:PSS薄膜施加0.6 V工作电压,可使其处于完全氧化态,即0%还原态,当对其依次施加-0.6 V、-0.8 V、-1 V、-1.2 V、-1.4 V的工作电压,可使其分别处于20%、40%、60%V、80%、100%的还原状态。椭圆光谱数据显示,在PEDOT:PSS薄膜由氧化态向还原态转化的过程中,材料的折射率随材料还原程度的增加而递增,材料的消光系数则随材料还原程度的增加而上升。(2)理论设计并实验制备了一种柔性可调谐超构透镜。该器件由柔性基底、透明电极、金属纳米块阵列、PEDOT:PSS材料和凝胶电解质组成。理论计算和仿真结果表明,利用金属纳米块结构单元方位角旋转度数的梯度变化,可以获得(0-2π)的全相位延迟。当PEDOT:PSS层由氧化态转变为还原态时,具有不同旋转角的单元结构的透射相位均增加相同数值,而透射振幅均减小相同数值。根据该独特性质,我们应用于可见光波段的聚焦能量可调谐的超构透镜进行了理论设计。采用电子束曝光光刻技术、电子束蒸发镀膜技术、剥离工艺以及丝网印刷技术在柔性衬底上加工制备了该器件。最后自主设计和搭建测试光路对器件性能做了测试和分析。实验结果显示,该可调谐超构透镜可以有效的对入射光进行聚焦,并且可以通过施加较小(<2.5V)的工作电压实时动态的对其聚焦能量进行实时动态调控,调制深度可超过80%。该调控过程不会影响器件的其他聚焦性能,焦距、焦点位置、聚焦模式均保持不变,并且是完全可逆的,响应速度小于1.3 s,平均功耗低于2.1 mW。(3)理论设计并实验制备了一种柔性智能彩色显示屏。该器件由柔性基底、集成有波导模式光栅的透明电极、PEDOT:PSS材料和凝胶电解质组成。理论计算和仿真结果表明,由不同周期的波导模式光栅阵列构成的全介质超表面可以显示不同的颜色。利用电压来动态控制PEDOT:PSS薄膜材料光学性质可以动态调控波导模式光栅阵列周围的介电环境,使其与入射电磁波共振模式发生改变,就可以“开启”或“关断”波导模式光栅阵列的颜色显示性能,由此可以实现彩色动态显示效果。利用电子束曝光光刻、激光直写光刻、感应耦合等离子刻蚀、丝网印刷以及刮涂等工艺在超薄的柔性衬底上加工制备了相关器件,自主搭建测试光路对器件性能做了测试和分析,并拍摄了相关动态显示视频。实验结果表明,该器件可以有效的显示各种颜色以及各种图案,当施加-1.5 V的工作电压使PEDOT:PSS膜处于氧化状态时,即器件处于“开”状态时,器件单元具有良好的彩色显示特性,可以同时显示红、橙、黄、绿、青、蓝等不同颜色,绝对反射率在12%到28%之间。而当施加2.5 V的工作电压使PEDOT:PSS膜处于还原状态,即器件处于“关”状态时,器件在整个可见波段的反射率几乎为零,意味着没有颜色显示出来,调制深度可以达到78%-90%该过程是完全可逆的且具有良好的循环特性。(4)提出并理论设计了一种基于柔性衬底和全介质超表面的高效超宽带反射式分束器。该器件由二氧化钛纳米圆柱阵列和叠层高效反射器组成。仿真计算结果表明所设计的全介质分束器具有出色的异常反射能力,能够在70 nm带宽(490-560 nm)范围内实现效率高于90%分束效果,尤其是在某些波长(530 nm)下,已经可以实现高于94%的转换效率。提出并理论设计了一种基于柔性衬底和二氧化钛纳米圆柱阵列的全介质透射式高效分束器,工作在可见光波段(532 nm)。数值仿真结果显示该分束器具有出色的异常透射能力,能量转换效率高达90%以上。提出并理论设计了一种基于柔性衬底、PEDOT:PSS和二氧化钛纳米圆柱阵列的透射式全介质可调谐分束器,工作在可见光波段(532 nm)。数值仿真结果显示通过电压可以在保持分束效果的前提下,动态调控该分束器的能量转换效率,能量转换效率的调制深度可达78%。

马可[2](2017)在《新型硅纳米光波导与微环器件及应用》文中研究指明近年来,与传统的微电子集成相比,硅基光子集成以其尺寸更小、信号传输和处理更快和制作工艺与传统的微电子制作工艺相兼容,成为下一代集成芯片的主流趋势。在硅基光子集成器件中,硅波导是基本的组成元件,微环谐振器则以结构简单、功能众多、易达到高集成度等优势大范围的应用于光子集成中。本文主要研究新型硅纳米光波导和硅基微环器件,以及它们的应用。首先,本文对光波导进行了研究分析,讨论了基于绝缘体上的硅(silicon-on-insulator,SOI)纳米线光波导和悬挂式硅纳米线波导的传感应用,优化其结构,优化后的悬挂式硅纳米线光波导在气体传感时的具有超高灵敏度。其次,本文提出了一种新型的基于硅基微环谐振器的热线式流速计,并且从热学仿真和参数设计两个角度论述了流速计的功能和特点,基于微谐振器的流速计可以做到全光,即没有任何复杂的电路;在尺寸上可以实现毫米级的超小尺寸;测量的光学参量是微环的谐振峰,灵敏度相对较高;使用SOI片制作微谐振腔,与CMOS工艺相兼容,利于大批制造和生产,且生产成本低。最后,本文对粒子在波导倏逝场中所受的光力进行了研究,提出了一种新型的基于SOI的亚波长光栅波导结构,结果表明这种新型波导在单端输入光场时,就能实现对多个粒子的同时捕捉。并分析了不同半径下的粒子受力的变化和规律。进一步地,提出与微环谐振器的结合,实现光力的进一步增强。

高阁[3](2017)在《硅基微纳波导器件研究》文中认为硅作为微电子产业的基石,在光通信波段展现了近乎透明的信号传输能力。光担任信息时代的使者,肩负着克服“电子传输瓶颈”的使命。两者的结合不但可以实现片上的光电集成以期在更短的传输距离上由光接替电实现更大带宽的数据交换,也使得传统的分立光器件可以利用成熟的互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺进行小尺寸、低成本的规模化生产。近年来,随着技术的不断积累以及市场需求的逐渐显现,对于硅基光子学的研究已经取得了长足的进展。其应用潜力也覆盖了从光通信用光模块、芯片级光互联、光学生物传感、非线性光学到微波光子学等多个领域。而所有这些基于硅光技术的应用得以实现的前提都是要设计并制备出高性能的硅基微纳波导器件。本论文针对其中的一些应用设计并展示了几种新型的硅基微纳波导器件,主要包括:(1)理论设计了两种硅基耦合微环谐振器结构来提高高速宽带信号的四波混频转换效率。两种器件结构通过针对参与四波混频过程的相互作用光波设计不同的谐振带宽及光场倍增因子达到了改善带宽与转换效率间限制的目的。计算结果表明相比于具有相同光程的硅基单微环谐振器,两种器件结构能够分别获得5dB和14dB的转换效率提升。同时,两个器件的下载端都实现了高于17dB的自滤波泵浦抑制。(2)理论设计了一种反射率可调的硅基单波长反射器。在忽略损耗的理想情况下,该器件能够在保证峰值反射波长不变的同时实现反射率从0到1的调谐。此外,通过结合所设计的单波长反射器与基于微环的可调光延时器建议了一种片上可重构的光相关器结构。该光相关器可用于实现光分组交换网络中的分组头信息识别功能。(3)设计并实验制备了一种硅基空气模光子晶体微环谐振器。该器件能够同时实现微环谐振和光子晶体慢光所产生的光和物质相互作用的增强。另外,通过设计器件工作在光子晶体的空气带,光场被更多地压缩进了光子晶体孔中。实验测得的器件的最高Q值约为14600,其最大群折射率值约为27.3。仿真结果表明相比于工作在介质带的光子晶体微环谐振器,该器件.的光子晶体孔中的光场限制比提高了近6.4倍。、通过结合功能性材料,该器件有希望用于光学生物传感、片上光发射和非线性光学等应用。(4)设计并实验制备了一种谐振间隔可调的硅基单微环谐振器。该器件通过在微环内引入反射率可调的反射元使得微环中两个反向传输的频率简并谐振模发生耦合,从而实现了谐振间隔的调谐。所制备的器件在9.82mW的加热功耗内完成了从零到一整个自由光谱范围的谐振间隔调谐。此外,该器件还可用于实现平顶的带阻滤波。这种器件结构所展示的谐振间隔和谐振谱形的调谐能力使得其适合于可重构光学滤波以及微波光子学等应用。(5)理论及实验证实了硅基亚波长光栅波导强的非线性容忍度。首先,基于波导截面的光场模式分布计算了其等效非线性系数。相比于硅基条波导,亚波长光栅波导展现了超过一个数量级的非线性系数减小。随后,通过结合波分复用技术与高阶调制格式,在实验制备的硅基亚波长光栅波导上完成了 75个波长通道总速率达2.86Tbit/s的数据信号传输测试。相比于具有相同长度的硅基条波导,该亚波长光栅波导的最佳信号输入功率提高了近8dB,表明了其对非线性传输损伤更强的容忍度。(6)设计并实验制备了两种工作在O波段的四通道氮化硅波分复用器件。器件采用级联马赫曾德干涉仪的结构实现了平顶的分波合波且通道波长分别满足局域网波分复用(LAN WDM)和粗波分复用(CWDM)的光接口规范要求。两种器件中,各通道的插损均小于1.8dB,通道间串扰低于-15dB,1dB通带带宽超过了通道间隔的59%。另外,由于氮化硅材料具有较小的热光系数,两种波分复用器件展示了约18.5pm/℃的温度灵敏度。这一数值接近SOI器件温度灵敏度的四分之一,且仅为PLC器件相应数值的两倍不到。而在器件尺寸上,该氮化硅器件约为SOI器件的3~4倍大,却比PLC器件减小了近三个数量级。

康健[4](2016)在《基于Ti:LiNbO3长周期波导光栅的电光调谐超宽带滤波器的研究》文中研究表明长周期波导光栅(Long Period Waveguide Grating,LPWG)与长周期光纤光栅(LPFG)具有类似的工作原理和应用背景,例如在传感、光滤波、光强度调制等领域,二者具有各自优缺点。比较而言,长周期波导光栅在制作材料、波导及光栅几何和类型方面具有巨大优势。本论文初步探究了铌酸锂光折变效应对长周期波导光栅的影响,并成功研制出基于钛扩散铌酸锂长周期波导光栅的电光调谐超宽带滤波器。本文的主要工作及成果:1.在铌酸锂晶体上利用两次钛扩散方法制作了条形阵列波导内嵌于平面波导的特殊波导结构以构成长周期波导光栅,利用棱镜耦合仪表征了波导的模式折射率据此设计出光栅周期,进一步在波导表面上制作了SiO2缓冲层和金属叉指电极,制作出LPWG器件。2.搭建性能表征系统,对所制作的长周期波导光栅的带阻特性进行表征,并进一步探究了LPWG的带阻特性包括共振波长、阻带幅度和带宽与驱动电压之间的依赖关系。3.实验发现对于周期为675μm和880μm的长周期波导光栅,利用铌酸锂晶体的电光效应,其阻带幅度可在0-30 dB范围内通过改变驱动电压以相近的线性系数线性可调,由于过耦合效应当驱动电压大于300V时,阻带幅度将下降。对于周期为675μm和880μm的长周期波导光栅,利用晶体的光折变效应,其共振波长也可通过改变驱动电压分别在1.1-1.3μm和1.4-1.6μm波段范围内实现160nm和200nm线性调谐。利用两个不同周期(675μm和880μm)波导光栅并行结构的电光调谐滤波器,其可在1.1-1.6μm波段范围内实现360nm的超宽带滤波。本论文工作为基于铌酸锂光波导的可调谐超宽带滤波器奠定了基础。

闫红艳[5](2015)在《微纳光纤结构湿度传感器的特性和实验研究》文中提出随着科技的快速发展,很多领域里需要对湿度进行实时监测,近年来出现的光纤湿度传感器由于其耐高温、耐腐蚀、可在强电磁干扰等恶劣环境下正常工作而备受关注。然而传统的光纤湿度传感器受光纤结构和湿敏膜厚度的约束,其响应速度低、灵敏度不高而不能被广泛应用。本文提出两种基于微纳光纤结构的高灵敏度、高响应速率的湿度传感器,并对其特性进行研究,主要如下:一、提出一种基于微光纤布拉格光栅结构的湿度传感器。该传感器结构为通过将光纤布拉格光栅腐蚀至数十微米制成微光纤光栅,在微纳区域外部包裹湿敏材料含氟聚酰亚胺薄膜,制成湿度传感器。针对不同参数的传感器的灵敏度和响应速度进行研究,实验结果表明,与普通光纤光栅湿度传感器相比,微光纤光栅湿度传感器的灵敏度可提升至1.5倍以上;更重要的是,响应速度可大幅提高,微光纤光栅湿度传感器的响应时间可缩短至普通光纤光栅湿度传感器的响应时间的8.3%。二、提出改进型的双光栅微光纤结构湿度传感器。该结构为同一根光纤上刻写两个反射中心波长相同的光纤布拉格光栅,两光栅间的光纤被腐蚀为微纳光纤,并在该区域包裹含氟聚酰亚胺薄膜。通过实验证明,微纳光纤的使用可提高传感器的灵敏度,引入双光纤布拉格光栅结构,使光纤湿度传感器可同时监测温度和湿度的变化,解决微光纤光栅湿度传感器对温度和湿度交叉敏感的问题。由于其反射光谱为多个连续的反射峰,故该传感器比较适用于湿度变化小的环境监测中。本文主要在结构的设计创新、加工制作、以及特性测试等方面对两种不同结构的光纤湿度传感器进行实验研究。制作出在灵敏度和响应速度上超越普通光纤光栅湿度传感器的微纳光纤结构湿度传感器,并且双光栅微光纤结构湿度传感器解决了光纤湿度传感器对温度和湿度交叉敏感的问题,进一步拓宽了光纤光栅在湿度传感领域的发展道路。

王景雪[6](2013)在《基于硅基微纳结构表面修饰的生化传感特性的基础研究》文中研究指明光学生物生物传感器在近十几年中发展迅速,以其抗电磁干扰能力强、灵敏度高、可探测微量元素的存在等诸多优点而在各领域得到广泛应用。随着硅基波导材料的应用与现代微机械加工工艺的的发展,光学生物传感器越来越向着微小型化、智能化与实时监测等方向发展。本论文SOI硅基材料为基础,设计并加工微纳米级光学器件,在加工好的光学器件上进行表面修饰构成光学生物传感器的敏感单元,并对各阶段表面分子膜层的特性以及整体结构的生化特性进行分析。本文主要研究如下:1.从理论上对硅基微纳结构之间的耦合进行分析,应用FDTD软件对波导微环腔进行数值仿真,分析微环腔半径、波导宽度等参数对整体结构耦合系统的影响,通过有限时域差分法确定了光栅、微环腔、波导等的加工尺寸并进行优化。2.了解微机械加工工艺,采用紫外线曝光、电子束刻蚀、ICP深度刻蚀等工艺并完成硅基微纳结构的加工制备。3.采用层层自组装分子膜技术,利用共价键键合的方式将葡萄糖氧化酶固定在加工好的硅基微纳结构上,完成敏感单元的制备。4.应用接触角分析、XPS分析以及AFM扫描技术对表面膜层的物理化学特性进行分析,确定表面修饰过程中结构表层生物分子膜的生成特性。5.搭建实验平台,对修饰完成后的硅基微纳器件进行测试。利用温控板对实验过程中温度进行调控,测得在40oC时结构表层酶活性达到顶值,并对浓度范围1%-7%的葡萄糖溶液进行测试,测得不同浓度与谐振波长位移的线性曲线,葡萄糖溶液浓度每上升1%,谐振峰值位移为80nm。

鲁庆[7](2012)在《K-Na离子交换玻璃平面波导的制备及参数测定》文中提出在离子交换工艺中,K-Na离子交换技术以扩散速度比较小,容易控制,工艺重复性好,成本低廉,所制备的玻璃光波导传输损耗低、折射率及模场分布与光纤的匹配良好、易于集成,并且具有较高的双折射,在光通信和光学传感等应用领域有着非常广阔的前景。虽然大多数离子交换的研究都致力于实现掩埋型光波导,但是在离子交换玻璃光波导传感器方面的应用有时仍然需要非掩埋型光波导。离子交换制备波导的过程虽然简单,但对玻璃波导的参数测量以及质量评估却比较复杂,而且离子交换平面玻璃波导参数(如折射率分布和传输损耗等)的确定和了解是筛选衬底以及进一步设计与优化波导器件的基础。本文主要研究K-Na离子交换玻璃平面波导的制备及其参数的测定,首先对集成光学和波导材料及其制作工艺做了简单的介绍,然后阐述了离子交换过程以及折射率变化的原理,并阐述了波导的关键参数并对其进行表征。具体研究内容如下:1)K-Na离子交换玻璃平面波导的制备及单模波导折射率分布的确定在分析用离子交换技术制备的非掩埋型平面玻璃波导的折射率分布时,经常使用的是由White和Heidrich提出的反WKB方法,但用这种方法来确定渐变折射率平面波导折射率分布时一个非常重要的局限是波导模式个数应该为3个或3个以上,由于这个局限性使得该方法不能用来拟合单模波导折射率的分布。现有单模平面光波导折射率的分析方法,有的破坏波导结构;虽然有的方法不破坏光波导结构,但方法与实验条件却比较复杂,如所用的多波长法、光束干涉法以及匹配液法等。本文利用K-Na离子交换技术制备了Soda-lime玻璃平面多模波导,通过棱镜耦合技术得到了波导的有效折射率,用反WKB方法,分别用高斯分布,e指数分布和余误差分布三个函数拟合离子交换平面波导的TE和TM模的折射率分布,得出380℃温度下K-Na离子交换实验制备的玻璃平面波导的折射率分布符合高斯分布。通过所获得多模波导的折射率分布等相关数据,得到波导的色散曲线,从而得到制作单模波导的有效扩散深度范围,由多模波导的有效扩散深度利用扩散公式得出扩散系数,从而获得制作单模波导的离子交换时间范围,并制备出单模平面玻璃波导,通过求解WKB色散方程得出单模波导的折射率分布曲线,方法简单易懂,很好的填补了传统反WKB方法的不足。2)K-Na离子交换玻璃平面波导传输损耗特性的确定离子交换玻璃波导的传输损耗不仅与所选衬底的质量有关,同时也体现了波导制备工艺的好坏,对该参数的实时测量,对于评估光波导的质量和改善波导制备工艺都很重要,于是操作简单并且对波导没有破坏性的测量传输损耗的技术方法非常重要。已有的测量玻璃波导传输损耗的方法有末端耦合法、截断法、法布里-珀罗干涉法、滑动棱镜法和三棱镜耦合法等。这些波导传输损耗的测量方法除了有的具有破坏性外,且实验过程也都比较复杂。与这些方法相比,散射光法是一种非破坏性的传输损耗测试方法,并且随着数码照相技术的普及,该方法所用设备也越来越廉价,实验过程也相对比较简单。本文将采用普通数码照相机,通过对离子交换平面光波导的传输线进行数字成像,根据波导传输线上的光强度分布拟合出传输衰减曲线,计算出玻璃波导的传输损耗,该测量方法实验设备条件简单、易操作、且在不破坏玻璃波导结构的情况下,能够得出精度较高的测量结果。

于国亮[8](2011)在《一种微型FBG压力传感器的设计研究》文中认为在地下工程施工中,对地质灾害的实时监测与预测已经成为一个亟待解决的科技难题。光纤光栅传感技术的不断发展为解决该难题提供了可行的途径,尽管光纤光栅具有体积小、重量轻、传感器结构设计灵活等优越性,但光纤光栅也有着弯折角度不宜过小、结构脆弱易断、粘贴工艺精度要求高等缺点,所以,研制一种可以置于很小的空间的或埋入式的对压力进行测量的微型光纤光栅压力传感器是一项具有挑战性的工作。本论文针对光纤布拉格光栅(FBG:Fiber Bragg Grating)为敏感基元,研制了一种微型光纤光栅压力传感器。主要工作包括:(1)综述了FBG压力传感器的研究背景及其发展现状。(2)理论研究了FBG压力传感模型,并对其应力—温度交叉敏感问题进行了较系统的理论研究。(3)设计并提出了一种微型光纤光栅压力传感器结构,对其设计理论依据进行了详细的论述。(4)搭建了实验系统,并对传感器进行了实验研究。(5)微型压力传感器,最小直径3cm,可测量固体压力,气体压力和液体压力等,最大量程为15Mp,精度为1.271nm/MPa。(6)设计了一套解调速率快、精确度高的传感网络解调系统。

陈长鸣[9](2010)在《硅基聚合物平面光波导器件的基础研究》文中进行了进一步梳理随着近年来各国研究机构对聚合物光集成波导器件的探索,聚合物阵列波导光栅(AWG)、聚合物波导延迟线及聚合物波导高速电光调制器/电光开关等功能元器件的研究越来越受到人们的关注。本论文是围绕以上三种典型波导器件的基础研究,其主要工作及创新点:(1)分析了紫外光刻胶SU-8的材料性质,利用编程模拟,优化了41信道AWG器件参数和结构设计,并通过软件对器件性能进行仿真分析,综合器件的模拟和实际参数,获得了器件的重要参数和性能指标。(2)合成P(MMA-GMA)材料,设计出结构新颖紧凑且独特的螺旋型超长阵列波导延迟线,对器件波导弯曲损耗,直-弯,弯-弯波导的模式耦合损耗及偏移进行了分析模拟,同时制备了波导分束器件,测试了器件性能。(3)合成了键合型有机-无机非线性杂化材料;配制了主客掺杂型极化聚合物DR1/SU-8材料,并对两种材料的光学、热学和极化特性进行了表征和分析,根据材料特性,分别利用加载条形结构及热光漂白技术设计、模拟和制备了电光波导调制器/电光开关,获得了所制作器件的调制及开关特性。这种低成本、高性能的平面可集成聚合物有源/无源光波导器件在新一代高速、大容量全光信息网络,特别是面向资源与业务的可重构光局域网、城域网和用户接入网中具有广阔的市场应用前景。

孙振华[10](2009)在《机载环境下光纤光栅温度传感技术研究》文中研究说明现代航空飞行器在一个国家军事国防中发挥着重要作用,是一个国家综合实力的重要体现。航空飞行器本身是一个非常复杂的体系结构,并且在飞行过程中,常常处于非常复杂多变的恶劣环境中,为了保证安全、可靠的飞行,对飞行器飞行状态及各个结构部位进行有效快速监测显得尤为重要。温度是航空飞行器的一个重要参数。传统的温度测量元件如热电偶、温包、热电阻等,在飞行器的发展过程中作出了重要贡献,但是也表现出了各种各样的不足。光纤光栅温度传感器与传统的传感器相比具有体积小、质量轻、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、容易复用、能埋入工程结构等优点,非常适合运用于飞行器结构健康监测。本论文首先简单分析了光纤光栅传感技术的基本原理,重点介绍了细不锈钢管封装和镍管镀金封装两种封装形式的光纤光栅温度传感器。针对航天飞行器所处的恶劣飞行环境,本论文主要研究了光纤光栅温度传感器的低温和高温特性,对不同封装类型的光纤光栅温度传感器的温度特性进行了比较。在低温实验中,研究了裸光纤布拉格光栅、细不锈钢管封装的光纤光栅温度传感器以及镀金的光纤光栅温度传感器的低温特性。裸光纤布拉格光栅和镀金的光纤光栅温度传感器具有良好的重复性和线性度,而细不锈钢管封装的光纤光栅温度传感器当温度低于-60℃时,其中心波长发生突变,并对产生突变的原因进行了分析。镀金的光纤光栅温度传感器更适合应用于航空飞行器。在高温实验中,研究了通讯用标准单模掺锗光纤、高掺锗光纤以及高掺硼光纤分别制备成的三类光纤光栅的高温特性。镀金封装后的三类光纤光栅比封装前温度灵敏度都有了较大的提高;在一定的温度变化范围内,镀金封装后的三类光纤光栅有着良好的重复性和线性度,但温度变化区间大时,呈现一定的非线性;三类光纤光栅当加热到一定温度以后,其光学特性消失,光纤光栅失效,不再具有波长选择的作用,并且三类光纤光栅的失效温度各不相同。文中对光纤光栅失效机理及产生非线性的原因进行了分析。光纤光栅解调器的性能在很大程度上影响着整个测量检测系统的性能,是光纤光栅传感测量系统中的一项关键技术。本文采用基于F-P腔的解调方法,用DSP高速芯片对数据进行采集处理,实现对波长信号的高速解调。

二、Development of the Polymeric Grating -Waveguide for OADM Components(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、Development of the Polymeric Grating -Waveguide for OADM Components(论文提纲范文)

(1)基于柔性基底的超材料结构与光电特性调控研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 可调谐柔性超表面的国内外研究现状
    1.3 课题的意义和主要研究内容
第2章 可调谐柔性超表面的相关理论与制备技术
    2.1 表面等离子激元的理论基础
    2.2 波导模式共振的理论基础
    2.3 时域有限差分(FDTD)数值计算方法
    2.4 可调谐柔性超表面的制备技术介绍
        2.4.1 镀膜系统简介
        2.4.2 光刻系统简介
        2.4.3 感应耦合等离子刻蚀系统简介
    2.5 本章小结
第3章 有机电致变色材料PEDOT:PSS的电调控光学特性研究
    3.1 引言(电致变色材料简介)
    3.2 PEDOT:PSS薄膜材料简介
    3.3 PEDOT:PSS薄膜材料的电控光学特性测试
        3.3.1 PEDOT:PSS薄膜的制备
        3.3.2 PEDOT:PSS薄膜的电化学性质测试
        3.3.3 PEDOT:PSS薄膜的表征及光学性质测试
    3.4 本章小结
第4章 基于PEDOT:PSS的柔性可调谐超构透镜的理论设计和实验研究
    4.1 引言
    4.2 可调谐超构透镜发展现状
        4.2.1 机械可重构超构透镜
        4.2.2 基于智能材料的可调谐超构透镜
    4.3 基于PEDOT:PSS薄膜的柔性可调谐超构透镜的理论设计
    4.4 基于PEDOT:PSS薄膜的柔性可调谐超构透镜的实验制备
    4.5 基于PEDOT:PSS薄膜的柔性可调谐超构透镜的性能检测
    4.6 本章小结
第5章 基于PEDOT:PSS的柔性可调谐显示器件的理论设计和实验研究
    5.1 引言(结构色超表面简介)
    5.2 可调谐显示器件发展现状
    5.3 基于PEDOT:PSS薄膜的柔性可调谐显示器件的理论设计
    5.4 基于PEDOT:PSS薄膜的柔性可调谐显示器件的实验制备
    5.5 基于PEDOT:PSS薄膜的柔性可调谐显示器件的性能检测
        5.5.1 全彩显示性能测试
        5.5.2 柔性彩色显示性能测试
        5.5.3 柔性彩色显示器件电学性能测试
        5.5.4 实时动态动画显示器件的制备与性能测试
    5.6 本章小结
第6章 基于柔性基底的全介质分束器和可调谐分束器的设计与仿真
    6.1 引言
    6.2 反射式全介质分束器的设计和数值仿真
    6.3 透射式全介质分束器的设计和数值仿真
    6.4 透射式可调谐分束器的设计和数值仿真
    6.5 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

(2)新型硅纳米光波导与微环器件及应用(论文提纲范文)

致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 硅基光子集成器件的发展与现状
    1.2 硅基光波导器件
        1.2.1 硅基光波导
        1.2.2 微环谐振腔
    1.3 微环谐振器的应用
    1.4 本文的主要内容和创新点
        1.4.1 主要内容
        1.4.2 本文创新点
2 基于硅纳米光波导的传感分析
    2.1 光场在波导中的传播理论
    2.2 光波导的模式耦合理论
    2.3 硅纳米波导在传感应用上的设计和分析
    2.4 本章小结
3 基于微环的流速传感器
    3.1 微环谐振器的基本原理
    3.2 微环谐振器的特性研究
        3.2.1 自由光谱范围
        3.2.2 谐振峰半高全宽
        3.2.3 品质因子和精细度
        3.2.4 消光比
    3.3 流速传感器的原理
        3.3.1 热光效应
        3.3.2 结构和热学仿真
    3.4 流速传感器的结构设计和仿真
        3.4.1 金属加热电极的选择
        3.4.2 微环在流体中的仿真
        3.4.3 微环的设计
        3.4.4 器件的输出结果
    3.5 本章小结
4 硅基光波导的光力仿真及应用
    4.1 光力的原理
        4.1.1 高斯光束对粒子的作用力
        4.1.2 波导对粒子的作用力
    4.2 光力的数值计算模型
        4.2.1 光力数值仿真过程
        4.2.2 数值模型的物理解释
        4.2.3 数值模型的特点
    4.3 硅纳米线光波导光力的作用结果和分析
    4.4 亚波长光栅波导光力的作用结果和分析
    4.5 微流通道的介绍和制作
    4.6 本章小结
5 总结
    5.1 总作总结
    5.2 工作展望
参考文献
作者简介

(3)硅基微纳波导器件研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 硅基光子学及其研究现状
    1.3 本论文的主要研究内容
2 硅基波导器件的理论基础与仿真方法
    2.1 引言
    2.2 硅基波导器件的理论基础
    2.3 耦合微环谐振器的理论设计
    2.4 单波长反射器及可重构光相关器的理论设计
    2.5 本章小结
3 空气模光子晶体微环谐振器
    3.1 引言
    3.2 空气模光子晶体微环谐振器的设计
    3.3 空气模光子晶体微环谐振器的制备
    3.4 实验测试及仿真验证
    3.5 本章小结
4 谐振间隔可调谐的单微环谐振器
    4.1 引言
    4.2 单微环谐振分束器件的设计
    4.3 单微环谐振分束器件的制备
    4.4 谐振间隔调谐的实验测试
    4.5 器件的应用讨论
    4.6 本章小结
5 硅基亚波长光栅波导的非线性研究
    5.1 引言
    5.2 亚波长光栅波导的设计
    5.3 亚波长光栅波导的制备
    5.4 亚波长光栅波导上的T比特量级信号传输测试
    5.5 本章小结
6 O波段氮化硅波分复用器
    6.1 引言
    6.2 级联MZI滤波器型波分复用器件的基本理论
    6.3 氮化硅波导器件的工艺制备
    6.4 O波段氮化硅波分复用器的设计、制作及测试
    6.5 本章小结
7 总结与展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间发表论文目录
附录2 论文中英文缩略词简表

(4)基于Ti:LiNbO3长周期波导光栅的电光调谐超宽带滤波器的研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 长周期波导光栅的概况
    1.3 可调谐的宽带滤波器的发展
    1.4 本论文的意义和主要工作
第二章 基于LPWG的可调谐滤波器的基本原理
    2.1 电光效应
        2.1.1 电光效应的简介
        2.1.2 铌酸锂晶体中电光效应
    2.2 光折变效应
        2.2.1 光折变效应的简介
        2.2.2 自由载荷的产生与输运
    2.3 长周期光栅理论
        2.3.1 相位匹配条件
        2.3.2 耦合模理论
第三章 电光长周期波导光栅的制作
    3.1 钛扩散理论
    3.2 钛扩散光波导的制备
        3.2.1 利用两次钛扩散制备特殊的波导结构
        3.2.2 钛扩散铌酸锂光波导的制备工艺
    3.3 电光长周期光栅的设计和制作
        3.3.1 电光长周期光栅的设计
        3.3.2 电光长周期光栅的制作
第四章 长周期波导光栅的性能表征
    4.1 光波导的性能表征
        4.1.1 近场模式采集
        4.1.2 波导损耗
    4.2 长周期光栅的性能表征和讨论
        4.2.1 长周期光栅的性能表征
        4.2.2 实验讨论
第五章 电光调谐的超宽带滤波器的实现
    5.1 超宽带滤波器的制作
    5.2 超宽带滤波器的性能表征
第六章 总结和展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢

(5)微纳光纤结构湿度传感器的特性和实验研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 光纤光栅传感器简介
        1.2.1 光纤光栅的分类
        1.2.2 光纤光栅传感器的发展
    1.3 光纤珐珀传感器简介
        1.3.1 光纤珐珀传感器的分类
        1.3.2 光纤珐珀传感器的发展
    1.4 微纳光纤简介
    1.5 本文的研究背景及主要内容
        1.5.1 研究背景
        1.5.2 本文的主要内容
第二章 微光纤光栅和双光栅微光纤结构理论基础
    2.1 微纳光纤传输特性
    2.2 光纤光栅基本原理
    2.3 光纤珐珀腔基本原理
        2.3.1 多光束干涉
        2.3.2 光纤珐珀基本理论
    2.4 含氟聚酰亚胺的湿敏特性
        2.4.1 高分子与水蒸气间的作用关系
        2.4.2 含氟聚酰亚胺的湿敏原理
    2.5 本章小结
第三章 微光纤光栅湿度传感的特性和实验研究
    3.1 微光纤光栅湿度传感器的传感原理
    3.2 微光纤光栅湿度传感器的制备
        3.2.1 微光纤光栅的加工
        3.2.2 微光纤光栅湿度传感器感湿元件的制作
        3.2.3 微光纤光栅湿度传感器的封装
    3.3 微光纤光栅湿度传感器的湿度实验
        3.3.1 微光纤光栅湿度传感器的灵敏度实验
        3.3.2 微光纤光栅湿度传感器的响应速度实验
        3.3.3 微光纤光栅湿度传感器的可逆性
        3.3.4 温度对微光纤光栅湿度传感器的影响
        3.3.5 微光纤光栅湿度传感器的损耗特性和稳定性
    3.4 本章小结
第四章 双光栅微光纤湿度传感的特性和实验研究
    4.1 双光栅微光纤湿度传感器的传感原理
    4.2 双光栅微光纤湿度传感器的制备
        4.2.1 双光栅微光纤结构的加工
        4.2.2 双光栅微光纤结构感湿元件的制作与封装
    4.3 双光栅微光纤湿度传感器的实验
        4.3.1 双光栅微光纤湿度传感器的湿度实验
        4.3.2 双光栅微光纤湿度传感器的温度实验
    4.4 本章小结
第五章 全文总结及展望
    5.1 全文总结
    5.2 展望
致谢
参考文献

(6)基于硅基微纳结构表面修饰的生化传感特性的基础研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 论文研究背景及意义
    1.2 生物传感器简介
    1.3 光学谐振腔
    1.4 本文工作及安排
第二章 硅微纳结构生物传感器原理
    2.1 硅基波导微环谐振系统
        2.1.1 倏逝波原理
        2.1.2 波导微环耦合系统
    2.2 表面修饰技术
    2.3 硅基波导结构的主要性能指标
        2.3.1 谐振波长λm
        2.3.2 谐振频率Δf
        2.3.3 自由光谱空间 FSR
        2.3.4 谐振峰半高全宽 Dn
        2.3.5 品质因数 Q
    2.4 本章小结
第三章 硅基微纳结构设计仿真优化与加工
    3.1 波导微环耦合结构设计与仿真
        3.1.1 环形谐振腔半径的仿真分析
        3.1.2 波导与微环腔耦合间距仿真分析
        3.1.3 光波导宽度仿真分析
    3.2 微器件加工工艺简介
        3.2.1 光刻(Photolithography)
        3.2.2 电子束曝光
        3.2.3 电子束蒸镀
        3.2.4 干法刻蚀
    3.3 硅基微纳结构制备工艺流程
    3.4 硅基微纳结构制备
    3.5 本章小结
第四章 硅基微纳结构表面修饰
    4.1 表面修饰
        4.1.1 硅基结构表面改性
        4.1.2 交联链接分子
        4.1.3 链接生物大分子
    4.2 实验过程
        4.2.1 硅片切割
        4.2.2 溶液配置
        4.2.3 实验过程
    4.4 本章小结
第五章 实验结果与分析
    5.1 分子膜测试与分析
        5.1.1 表面微粗糙度分析
        5.1.2 接触角分析
        5.1.3 XPS 分析
    5.2 硅基微纳结构测试分析
        5.2.1 实验平台搭建与改进
        5.2.2 测试温度对微纳结构谐振特性的影响
        5.2.3 测试微纳结构对待测物质的分析
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及取得的成果
致谢

(7)K-Na离子交换玻璃平面波导的制备及参数测定(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 集成光学技术简介
    1.2 光波导材料及制作工艺
    1.3 离子交换玻璃波导的研究意义及进展
    1.4 课题的引入及本论文的主要内容
第二章 离子交换玻璃波导
    2.1 离子交换技术制作光波导的基本原理
    2.2 离子交换技术制作光波导的材料和参数选择
    2.3 不同的离子交换技术
    2.4 离子交换过程
    2.5 折射率变化的原理
第三章 平面光波导的表征
    3.1 波导有效折射率的测量
    3.2 波导折射率分布的确定
    3.3 光波导的传输损耗
第四章 K-Na 离子交换玻璃平面波导的制备及其表征
    4.1 实验设备
    4.2 多模平面玻璃波导的制作及各参数确定
    4.3 单模平面玻璃波导的制备及各参数的确定
    4.4 平面玻璃波导的传输损耗特性
第五章 结论
参考文献
作者简介
导师简介
致谢

(8)一种微型FBG压力传感器的设计研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 课题研究的背景与意义
    1.2 光纤Bragg光栅压力传感器的国内外研究现状
    1.3 光纤光栅的应用
    1.4 本论文研究的主要内容
2 光纤Bragg光栅传感理论基础
    2.1 光纤布拉格光栅的光学特性
    2.2 光纤布拉格光栅传感模型分析
    2.3 应变温度传感中交叉敏感问题解决方案
    2.4 本章小结
3 微型FBG压力传感器的设计思路
    3.1 微型FBG压力传感器的设计原则
    3.2 微型FBG应变传感器的关键问题研究
    3.3 光纤光栅压力传感器的安装
    3.4 常见FBG压力传感器的比较
    3.5 本章小结
4 微型FBG压力传感实验研究
    4.1 引言
    4.2 实验系统组成及实验方法
    4.3 传感器的特性分析与技术指标
    4.4 光纤Bragg光栅压力传感器设计
    4.5 本章小结
5 光纤光栅网络解调系统设计与实现
    5.1 FBG传感网络的波分复用技术
    5.2 FFP-TF的解调原理
    5.3 光纤光栅网络解调系统研究
    5.4 FBG峰判别
    5.5 传感网络系统性能分析
    5.6 本章小结
总结与展望
致谢
攻读硕士期间主要成果
参考文献

(9)硅基聚合物平面光波导器件的基础研究(论文提纲范文)

提要
第1章 绪论
    1.1 光集成的研究发展趋势
        1.1.1 光集成的方向
        1.1.2 光集成的方式
        1.1.3 光集成的形式
    1.2 关键聚合物可集成光波导器件的研究进展及应用
        1.2.1 聚合物AWG 器件进展及应用
        1.2.2 聚合物波导延迟线进展及应用
        1.2.3 极化聚合物电光波导调制器/光开关进展及应用
    1.3 本论文的主要工作
第2章 硅基41 信道紫外固化型聚合物阵列波导光栅的研制
    2.1 引言
    2.2 AWG 的工作原理
    2.3 41 信道 AWG 参数优化、结构设计及仿真模拟
        2.3.1 参数优化
        2.3.2 结构设计
        2.3.3 AWG 软件模拟
    2.4 紫外固化型聚合物41 信道AWG 器件的制备
    2.5 小结
第3章 硅基聚合物超长阵列波导延迟线的研制
    3.1 引言
    3.2 光实时延迟控制原理
    3.3 有机聚合物光波导延迟线的材料选择
    3.4 聚合物超长阵列波导延迟线的设计与分析
    3.5 聚合物超长阵列波导延迟线的制备
    3.6 小结
第4章 极化聚合物电光波导调制器/开关的研制
    4.1 引言
    4.2 有机聚合物二阶非线性光学材料的优势及种类
    4.3 极化聚合物电光波导器件的物理基础
        4.3.1 电光系数的测量
        4.3.2 聚合物电光波导器件的基本原理
    4.4 键合型有机-无机非线性杂化材料波导调制器的研制
        4.4.1 键合型有机-无机非线性杂化材料的制备及表征
        4.4.2 加载条形结构光波导设计
        4.4.3 加载条形电光波导调制器的制备与性能测试
    4.5 主客掺杂型极化聚合物 DR1/SU-8 电光波导开关的研制
        4.5.1 主客掺杂型DR1/SU-8 非线性材料的制备及表征
        4.5.2 热光漂白倒脊波导的设计及制备
        4.5.3 掺杂型 DR1/SU-8 电光波导开关的制备与测试
    4.6 小结
结论与展望
参考文献
科研成果
致谢
摘要
Abstract

(10)机载环境下光纤光栅温度传感技术研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 课题研究背景
    1.3 课题研究的目的和意义
    1.4 光纤光栅传感技术研究现状
        1.4.1 光纤光栅传感技术国外研究现状
        1.4.2 光纤光栅传感技术国内研究现状
    1.5 本课题研究内容和创新点
第二章 光纤光栅传感原理
    2.1 光纤光栅传感技术的基本原理
        2.1.1 光纤传光原理
        2.1.2 光纤光栅的模式祸合理论
        2.1.3 光纤光栅温度传感模型
    2.2 光纤光栅的制作
        2.2.1 光纤增敏技术
        2.2.2 光纤光栅成栅方法
    2.3 光纤光栅传感系统的组成
    2.4 光纤光栅传感网络
第三章 光纤光栅温度传感器的增敏与封装
    3.1 光纤光栅传感器增敏封装的意义
    3.2 光纤光栅温度传感器增敏封装研究现状
    3.3 光纤光栅传感器细不锈钢管封装
    3.4 光纤光栅传感器金属化封装
第四章 机载环境光纤光栅温度传感低温特性研究
    4.1 光纤光栅温度传感器低温特性研究的意义
    4.2 实验前理论准备
        4.2.1 传感器的主要技术指标
        4.2.2 实验数据处理方法
    4.3 光纤光栅温度传感器低温实验
        4.3.1 实验装置
        4.3.2 实验方法
        4.3.3 实验结果和分析
    4.4 结论
第五章 机载环境光纤光栅温度传感高温特性研究
    5.1 光纤光栅温度传感器高温特性研究的意义
    5.2 光纤光栅温度传感器的高温实验
        5.2.1 实验装置
        5.2.2 实验方法
        5.2.3 实验结果和分析
    5.3 结论
    5.4 光纤光栅温度传感器在高温时的失效机理分析
    5.5 光纤光栅温度传感器高温时的非线性
第六章 基于dsp的光纤光栅高速解调系统设计
    6.1 光纤光栅传感信号的解调方法选择
    6.2 可调谐光纤Fabry-Perot滤波器解调法
    6.3 光纤光栅解调方案的总体设计
    6.4 基于DSP的解调系统设计
        6.4.1 DSP芯片选型
        6.4.2 时钟电路设计
        6.4.3 系统电源和复位电路设计
        6.4.4 串口通讯电路设计
        6.4.5 外部存储器选型
        6.4.6 逻辑控制电路设计
        6.4.7 D/A转换接口芯片
    6.5 总结
第七章 总结与展望
    7.1 论文总结
    7.2 研究展望
参考文献
附录: 攻读硕士期间发表论文
致谢

四、Development of the Polymeric Grating -Waveguide for OADM Components(论文参考文献)

  • [1]基于柔性基底的超材料结构与光电特性调控研究[D]. 林雨. 中国科学技术大学, 2020(01)
  • [2]新型硅纳米光波导与微环器件及应用[D]. 马可. 浙江大学, 2017(04)
  • [3]硅基微纳波导器件研究[D]. 高阁. 华中科技大学, 2017(10)
  • [4]基于Ti:LiNbO3长周期波导光栅的电光调谐超宽带滤波器的研究[D]. 康健. 天津大学, 2016(11)
  • [5]微纳光纤结构湿度传感器的特性和实验研究[D]. 闫红艳. 电子科技大学, 2015(02)
  • [6]基于硅基微纳结构表面修饰的生化传感特性的基础研究[D]. 王景雪. 中北大学, 2013(08)
  • [7]K-Na离子交换玻璃平面波导的制备及参数测定[D]. 鲁庆. 吉林大学, 2012(10)
  • [8]一种微型FBG压力传感器的设计研究[D]. 于国亮. 山东科技大学, 2011(05)
  • [9]硅基聚合物平面光波导器件的基础研究[D]. 陈长鸣. 吉林大学, 2010(08)
  • [10]机载环境下光纤光栅温度传感技术研究[D]. 孙振华. 武汉理工大学, 2009(09)

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OADM元件用聚合物光栅-波导的研制
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