光子晶体耦合腔波导中的慢光特性研究

研究了二维光子晶体耦合腔波导的慢光传输特性.利用平面波展开法分析不同结构的耦合腔波导的色散曲线.分析发现,光子晶体耦合腔波导的慢光特性与点缺陷微腔的几何尺寸有关.通过调制点缺陷的半径可以改变慢光导模的中心频率.另外发现,点缺陷微腔间距也是影响耦合腔波导慢光特性的重要参数.增大距离n,零色散点导模的群速度明显下降,可以获得群速度为0.005c的慢光模式,而导模的中心频率变化不大.该分析结果为设计不同要求的慢光波导结构提供重要参考.     

一种低群速度和低色散光子晶体波导结构及分析

研究了具有线状缺陷的三角晶格光子晶体波导中慢光的传播特性, 设计了一种新的具有低群速度低色散的波导结构, 并对其进行了数值模拟分析. 通过增大光子晶体的空气柱半径及改变与波导相邻的第一排和第二排空气柱位置, 可在一定的归一化带宽范围内保持较大群折射率的同时使群速度色散最小化, 实现在一定波长范围内保持低群速度和低群速度色散, 得到了较大的群折射率和归一化带宽的乘积. 计算结果表明： 当群折射率依次为85, 58, 45时, 对应的归一化带宽分别为0.32%, 0.48%, 0.642%.     

光子晶体耦合腔波导低色散慢光的研究

设计一种由4孔微腔组成的二维三角晶格光子晶体耦合腔波导,应用时域有限差分法(FDTD)模拟计算TE偏振光的透射谱,获得波长在1.55941μm处最大群折射率ng=1460.31、群速度vg=c/1460.31的慢光.该光子晶体耦合腔波导传输光的群折射率随波长(ng-λ)变化关系呈现"U"型结构,在"U"型底部出现中心波长1.55917μm、平均群折射率～ng=721.92、带宽Δλ=0.35nm、平坦率σ=0.02%的低色散慢光。进一步研究表明,移动耦合腔波导第一排空气柱的位置不仅可以在"U"型底部区域产生中心波长1.60412μm、带宽Δλ=6.67nm、平均群折射率ng=41.05的低色散慢光,而且可以在波长1.56177μm处获得最大群折射率ng=2173.12、群速度vg=c/2173.12的慢光.     

法拉第效应对N掺杂硅耦合腔光波导群速度的调控研究

耦合腔光波导是由光子晶体点缺陷的缺陷模式相互耦合而实现的,群速度是其重要的性能指标?本文模拟了由N掺杂半导体硅构成的光子晶体耦合腔光波导的能带结构?模拟发现,借助N掺杂半导体硅的法拉第效应,逆着光的传播方向施加磁场,缺陷模式所对应的相对介电参数会变小,群速度也随之逐渐降低,可以获得2.088×10^-4c的群速度,证实了法拉第磁光效应对波导群速度的调控作用?这一性能为如何在太赫兹或更低频段实现慢光效应提供了一种新的有效方式?     

2维光子晶体波导结构的耦合特性研究

利用有限时域差分法对2维3角晶格空气缺陷及介质柱缺陷波导结构的传输特性进行研究,讨论了耦合长度和耦合间距对空气缺陷波导、缺陷介质柱半径大小等对介质柱缺陷波导耦合性能的影响.结果显示:(1)耦合长度越长、耦合间距越小,空气缺陷波导的耦合性能就越好,适当调节耦合长度和耦合间距可得到任意分光比的光耦合器;(2)缺陷介质柱的半径ra＜0.1a时,随着ra的增大耦合作用明显减弱,但在0.325～0.344(a/λ)范围内,耦合波导和直接波导的透过率比值基本保持为1:1,这对于功率分配器的研究具有一定参考价值.     

光脉冲在含色散缺陷一维光子晶体中的传播

应用传输矩阵方法推导了光脉冲在一维光子晶体中的动力演化.若在结构中引入非色散的缺陷时,超光速传播将变成慢光速;若引入含二能级原子色散缺陷时,慢光速又将变成超光速.最后指出,尽管群速度比真空中光速c大,甚至为负,但能量传播速度一定不会超过光速c,光脉冲在光子晶体中的此种现象是布喇格反射波相干叠加的结果.     

光脉冲在含色散缺陷-维光子晶体中的传播

应用传输矩阵方法推导了光脉冲在-维光子晶体中的动力演化．若在结构中引入非色散的缺陷时,超光速传播将变成慢光速;若引入含二能级原子色散缺陷时,慢光速又将变成超光速．最后指出,尽管群速度比真空中光速c大,甚至为负,但能量传播速度一定不会超过光速c,光脉冲在光子晶体中的此种现象是布喇格反射波相干叠加的结果．     

光纤Bragg光栅的慢光特性

研究了光栅长度和光栅周期对光纤Bragg光栅慢光的影响,并重点分析了优化后的慢光特性.结果表明:随着光栅长度的增大,慢光时延量整体呈现不断递增的趋势,且幅度较大,其慢光谱谐振峰两边的旁瓣加强,谱底变得非常平坦,但随着光栅周期的增大,慢光群时延量却呈现出递减的趋势,优化参数后得到了群速度为c/98的慢光.这些规律为设计新型的光纤Bragg光栅的慢光延迟器件提供理论参考.     

函数缺陷对波导带隙结构的调制

在二维函数光子晶体研究的基础上,进一步研究波导中加入两排函数线缺陷时,通过调节函数线缺陷的介质柱介电常数参数值,可实现波导带隙结构的调制情况.本文选取线缺陷介质柱介电常数函数形式为εr(r)=kr+b,其中,k为函数系数,b为参数.上述参量的变化,可由电光效应实现,即通过调节外加电场强度和电场分布来实现.当改变函数线缺陷介质柱介电常数参数k和b的值时,波导的带隙位置、带隙数目以及电场分布都会发生改变.因此,在波导中加入两排函数线缺陷就可实现带隙结构的调制,得到所需要的带隙结构和电场分布.这些结论可以为光学器件的设计提供理论基础和新的设计思路.     

条形SOI光波导的群速度色散

本文通过数值模拟分析了条形SOI光波导的群速度色散和亚皮秒脉冲信号的动态特性.与弱限制波导不同,条形SOI光波导的群速度色散主要取决于波导色散而非材料色散,所以可以通过几何参数控制波导的色散特性.群速度色散会使短脉冲信号发生展宽和啁啾效应,对长度接近厘米量级的级联器件而言,这种影响更为明显.另外,由于波导的非对称性,TE01.和TM01.的群速度色散存在很大的差别,从而导致信号的动态特性有所不同.     

Slow light in tapered slot photonic crystal waveguide

A slotted single-mode photonic crystal waveguide with a linear tapered slot is presented to realize slow light, whose dispersion curve is shifted by changing the slot width. When the slot width is reduced, the band curve shifts in the tapered structure, and the group velocity of light approach zero at the cut-off frequency. Therefore, different frequency components of the guided light are slowed down even localized along the propagation direction inside a tapered slot photonic crystal waveguide. Furthermore, this structure can confine slow light-wave in a narrow slot waveguide, which may effectively enhance the interaction between slow light and the low-index wave-guiding materials filled in the slot. In addition, this tapered slot structure can be used to compensate group velocity dispersion of slow light by modifying the structure, thus opening the opportunity for ultra-wide bandwidth slow light.     

光纤Bragg光栅的慢光特性

运用数值计算的方法研究了光栅长度和调制深度对光纤Bragg光栅慢光的影响,并重点分析了优化后的慢光特性。结果表明：随着光栅长度和调制深度的增大,光纤Bragg光栅的慢光群时延量不断增大,增长的幅度也在逐渐增大;且一定带宽的谐振峰两边的旁瓣加强;同时谱底趋向平坦。调制深度的增大使其慢光峰值波长产生红移,短波长处的慢光群时延量往相反方向增大,且慢光谱的谱宽也增大。优化参数后得到了群速度为c/98的慢光,且慢光谱中心频率的右侧边带产生了很大的振动。这些规律可为设计新型的慢光延迟器件提供理论参考。     

Investigation on abnormal group velocities in 1D coaxial photonic crystals

Recently, controlling the propagation velocity of electromagnetic wave has been the object of many re- searches because it offers an extra degree of flexibility for processing signals. Reducing the transmission ve- locity, even stopping and storing the mi…     

光脉冲在电磁感应介质中的超慢群速与负群速传播实验研究

报道我们通过实验观察到了光脉冲在铯原子气体电磁感应透明(EIT)介质中减慢(减到了c/30000)和在电磁感应吸收(EIA)介质中的负群速传播(-c/3000)现象。     

柱状长骨中的纵向超声导波频散和激发强度

用一个内充水、外覆水层的横向各向同性柱壳模拟长骨,将环状声源置于长骨外流体层中,数值模拟和分析导波的群速度和激发强度,并考察各向异性参数及长骨内半径对导波频散和激发强度的影响.结果表明:当长骨从各向同性变为横向各向同性时,高阶纵向导波的群速度峰值明显增大;当各向异性参数ε减小时,高阶纵向导波的群速度峰值明显减小,且群速度曲线向低频区域移动;当各向异性参数δ减小时,高阶纵向导波的群速度峰值明显增大;当长骨内半径增加,在低频50kHz附近时,最低阶纵向导波L01的群速度明显减小,激发强度明显增强;最低阶和第二阶纵向导波模式可分别用于检测长骨的厚度变化及各向异性特征.     

椭圆截面弹体侵彻混凝土阻力特性研究

为研究椭圆截面异构型弹体侵彻混凝土过程中的弹体头部受力特性,开展圆形及等截面积不同长短轴之比的椭圆截面弹体侵彻混凝土过程数值模拟计算,对不同弹体侵彻过程中头部表面所受法向应力与法向速度关系进行了分析.获得了不同长短轴之比情况下的椭圆截面弹体头部表面所受法向应力与法向侵彻速度、单元所在位置角度之间的关系表达式,并进一步得到了椭圆截面弹体侵深计算公式.结果表明:与等截面积的圆形截面弹体相比,在相同法向速度情况下,椭圆截面弹体表面所受法向应力大小随着头部表面单元位置到椭圆中心距离的增大而增大;在侵彻速度相同时,弹体侵深随着截面长短轴之比的增大而增大.      

半导体激光器中产生的光脉冲红移啁啾的消除

对啁啾脉冲在单模线性色散光纤中的非线性传输演化过程进行了解析分析和定量的数值计算．结果表明,在单模线性色散光纤正群速色散区,用输入光脉冲产生的兰移啁啾可以消除半导体激光器中产生的光脉冲红移啁啾     

Active control of slow light on a chip with photonic crystal waveguides

It is known that light can be slowed down in dispersive materials near resonances. Dramatic reduction of the light group velocity-and even bringing light pulses to a complete halt-has been demonstrated recently in various atomic and solid state systems, where the material absorption is cancelled via quantum optical coherent effects. Exploitation of slow light phenomena has potential for applications ranging from all-optical storage to all-optical switching. Existing schemes, however, are restricted to the narrow frequency range of the material resonance, which limits the operation frequency, maximum data rate and storage capacity. Moreover, the implementation of external lasers, low pressures and/or low temperatures prevents miniaturization and hinders practical applications. Here we experimentally demonstrate an over 300-fold reduction of the group velocity on a silicon chip via an ultra-compact photonic integrated circuit using low-loss silicon photonic crystal waveguides that can support an optical mode with a submicrometre cross-section. In addition, we show fast (approximately 100 ns) and efficient (2 mW electric power) active control of the group velocity by localized heating of the photonic crystal waveguide with an integrated micro-heater.