基于级联非线性微腔的全光二极管研究

全光二极管是未来光通信和光计算中的关键器件之一.文中通过仿真实验,利用时域有限差分法研究了一种新型非线性光子晶体全光二极管的非互易光传输特性,提出通过利用两个超短脉冲泵浦对光子晶体直接耦合微腔与侧边耦合微腔分别进行泵浦,以对两个微腔的非线性光学双稳态进行精确调控,从而在较宽的工作带宽内(0.44 nm,是已报道的数十倍)实现信号光的单向高透射率(可达90%),同时可获得较高的正反向传输对比度(超过80).     

基于光子晶体光纤非线性环路镜光开关的研究

采用光子晶体光纤构成非线性光学环路镜,利用非线性环路镜中信号光与控制光之间交叉相位调制效应实现全光开关. 讨论了光子晶体光纤结构参数对其非线性的影响,建立了基于光子晶体光纤非线性环路镜光开关的理论模型,研究了光开关的透过特性及影响光开关性能的因素. 研究结果表明,基于光子晶体光纤非线性环路镜的光开关,可以在较短的环长和较低的开关功率下实现高速光开关操作,其开关特性可由控制光功率灵活调控. 光子晶体光纤非线性环路镜光开关为实现用于高速光通信系统中的光开关技术提供了一种重要思路.     

二维光子晶体波导传输分析

光子晶体是一种新兴的光学结构,其优异的光学特性可以用于制造各类光子晶体器件。本文在完整的光子晶体中引入缺陷,构造出光子晶体波导。将时域有限差分方法应用于二维光子晶体缺陷特性的分析,设计了L型、U型、直线点缺陷型等几种光子晶体波导结构,对其时域能量传输特性进行了分析,其研究结果为光子晶体传输器件的设计和制作提供了一定的理论依据。     

低临界入射光功率的光学双稳态

从热传导理论、法布里-珀罗(F-P)腔和光学双稳态理论出发,推导出产生光学双稳态的临界入射光功率的公式。讨论了F-P腔反射镜R_F及R_B的最佳选择,同时也讨论了F-P腔夹层的非线性介质材料、腔长等的选择。理论上可使产生光学双稳态的临界入射功率小到几微瓦。     

非线性光子晶体缺陷双稳现象研究

采用非线性时域有限差分方法和时间耦合模理论,研究具有Kerr非线性直接耦合类型光子晶体缺陷的双稳现象.结果表明,时间耦合模理论是分析非线性光子晶体缺陷双稳现象的有效工具.研究发现,与上跳点附近的行为比较,双稳态在下跳点附近具有更大的透射对比度,因此,当利用缺陷的双稳现象实现光开关时,应把开关工作点设在靠近下跳点的位置.理论分析与模拟实验的结果一致.     

一维非线性光子晶体全光开关

为得到响应时间较短的全光开关,在光子晶体的所有高折射率层掺入Kerr介质,基于Kerr非线性效应导致的禁带整体移动原理,设计了两种一维光子晶体全光开关结构。应用时域有限差分(FD-TD：Finite Difference-Time Domain)法,编制Matlab计算程序,对全光开关进行数值特性分析。讨论频率混合效应对全光开关的影响。观察光子局域效应增强光子晶体非线性的现象,验证光子局域效应与光子晶体完整周期结构的层数有关,层数太少光子局域效应不明显。     

含Kerr缺陷函数型光子晶体低阈值双稳态的对比研究

运用非线性传输矩阵法对比研究含Kerr缺陷余弦函数型和Sinc函数型光子晶体的光学双稳态.结果表明,选取中心层为Kerr缺陷层的对称结构可以大大降低双稳态阈值;在缺陷层光学厚度不变的前提下,减小中心缺陷层线性折射率而增大两侧介质层周期数均可以实现更低双稳态阈值;研究还表明,在介质层光学厚度相同的前提下,介质层折射率分布函数选取余弦函数形式较Sinc函数形式能够实现更低阈值.     

具有非线性周期结构光学介质的光学双稳性

应用Ｆ－Ｐ腔的简单理论，首次推导出非线性周期结构光学介质的入射光强和出射光强关系的解析表达式，并用它详细讨论了此种介质的光学双稳态的产生条件，临界入射光功率以及开关点的特性．临界入射光功率可低於１μＷ。     

二维三角晶格光子晶体的带隙计算和波导的传输效率分析

采用平面波展开法对二维三角晶格介质柱光子晶体和空气孔光子晶体分别在TM和TE极化下的带隙进行了计算;采用时域有限差分法分别计算了TM模和TE模在二维三角晶格介质柱和空气孔弯曲波导中的传输效率。研究对设计高传输效率的光子晶体波导定向耦合型器件具有重要意义。     

孤子脉冲在光子晶体光纤中的传播特性研究

根据光脉冲在光子晶体光纤中传播的非线性薛定谔方程,分析了孤子传播基本原理,给出了光脉冲在光子晶体光纤中色散和非线性效应的表达式,对非线性薛定谔方程进行归一化处理并求解,获得光子晶体光纤中基态孤子解.在远大于光纤零色散波长区域,使色散和非线性效应达到平衡,在光子晶体光纤中就可以得到稳定的光学孤子.光子晶体光纤中产生的孤子可以作为光孤子通信的载波,是光子晶体光纤中高次谐波产生的泵浦源.     

含异质结构三波长波分复用器设计

将平行的两光子晶体单模波导邻近放置构成一个光子晶体波导耦合结构。采用时域有限差分法，研究了基于耦合与解耦合理论设计了一种含异质结构三通道波分复用器。该器件不仅具有较高的透射率，而且能够把三种不同波长的光束分开等优点，这种器件在未来的光子集成回路中具有很高的应用价值。     

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.     

偶氮苯饱和吸收的光学双稳态的稳态理论研究

通过理论模拟,研究了稳态条件下,基于偶氮苯光致异构的饱和吸收效应的光学双稳态性质.首先计算了在饱和吸收条件下样品的透射率随入射光强的变化关系,然后计算在饱和吸收条件下光学双稳态过程.结果表明,在稳态条件下,基于偶氮苯的光致异构过程能够实现光学双稳态的开关过程,光学双稳态开关过程主要受以下3个因数影响:①样品的温度(用K参数表示),研究表明偶氮苯稳态条件下开关过程随K值的增大而明显增强;②反式偶氮苯分子的吸收截面σT,双稳态开关过程随σT的增加而增强;③顺式偶氮苯分子的吸收截面σC,开关过程随σC的增加而减弱.     

光子晶体中紫外波段的异常透射

采用时域有限差分法(FDTD)对三种不同材料(金属Al、半导体Ga₂O₃和绝缘体SiO₂)的矩型结构光子晶体进行了模拟计算,研究空气柱孔径变化对光子晶体光学传输特性及带隙宽度的影响。数值计算结果表明,晶格常数不变,空气柱孔径增大时,三种材料光子晶体在紫外光区及可见光区的透过率增大,反射率减小。Al光子晶体的孔径增大时,可见光区禁带宽度减小;Ga₂O₃光子晶体孔径增大时,禁带宽度增大;SiO₂的TE模和TM模光子禁带较宽,孔径增大,禁带宽度亦增大。三种材料光子晶体带隙的波长范围几乎都处于可见光波段,进入紫外光波段的波长范围很短。     

光子晶体 中国科学家谈科学

光子晶体被认为是未来的半导体,对光通讯、微波通讯、光电子集成以及国防科技等领域将产生重大影响。如果能够突破光子晶体制备的瓶颈,光子晶体将在高性能反射镜、波导、光学微腔、光纤等光学及光电器件上显示其优势,同时在隐身材料等国防科技上也将有非常重要的应用前景。     

介质光学厚度对光子晶体透射峰带宽的影响

利用传输矩阵法理论,研究介质光学厚度对一维光子晶体（CBA）,（ABC）,透射峰带宽的影响,结果发现：介质光学厚度对光禁带中的透射峰带宽的影响规律明显,当A层介质的光学厚度增大时,透射峰带宽变宽;当分别增大B或者c层介质光学厚度时,透射峰带宽却均变窄;透射峰带宽对各介质光学厚度的响应灵敏度不同,尤其是对c层介质光学厚度的响应最为灵敏,而对A和B层光学厚度的响应灵敏度相当。介质光学厚度对透射峰带宽的这种影响规律,可为光子晶体设计不同频率范围的高品质光学滤波器和光开关等提供理论指导。     

基于光子晶体的THz全光开关响应特性分析

选择超短泵浦脉冲激励非线性光子晶体点缺陷,研究了THz全光开关的受激响应特性。研究发现这种具有高品质因子的非线性缺陷在脉冲激励下能迅速响应,特别是当激励脉冲功率密度增大到一定值时,脉冲在高功率密度中的响应延时比泵浦脉冲本身的时域线宽还窄,此外从理论上分析了非线性缺陷模在脉冲激励下发生变化的原因,得出响应速度取决于非线性缺陷模频谱展宽程度的结论。     

光子晶体——微波光学设备

本书讨论了光子晶体的理论背景及其光学特性，介绍了大量的应用光子晶体的光学和微波设备。本书与已出版的光子晶体图书不同，不仅描述了理想的光子结构，更注重于从光子晶体到实际光学设备的实现。本书由六位不同研究领域的学者编写。     

点缺陷对波导的电场分布的调制

在二维函数光子晶体研究的基础上,进一步研究二维常规光子晶体波导中加入点缺陷介质柱时,二维光子晶体波导的带隙结构与电场分布情况.其中点缺陷介质柱介电常数是空间坐标的函数,其函数形式为εr=kr+b,参数k和b的变化可以通过光学Kerr效应或电光效应来实现.结果表明,通过改变点缺陷介质柱介电常数的参数k和b以及点缺陷半径ra,可以调节光的传播方向和光场分布,从而可以控制光在波导中传播方向.因此当含点缺陷时,二维常规光子晶体波导的光场分布和光的传播方向具有可调性.这些理论为光学器件的设计提供有价值的新的设计思路.     

光子晶体介电常数和波导宽度对负折射现象的频率的影响

为研究光子晶体中的负折射情况,利用时域有限差分法（FDTD）并通过模拟仿真观察了光在左手材料光子晶体中的负折射现象。以硅的圆形介质柱组成的二维六边形排列结构的光子晶体为例,分析了介电常数和波导宽度的变化对负折射现象的频率范围的影响。仿真结果显示：相对介电常数不宜过大,波导宽度根据频率选择的需要可采在0.2~0.5 a范围内选取,从而为制作具有负折射现象的宽带宽光子晶体提供参考。