表面等离激元亚波长光波导滤波器研究进展

综述了本研究小组有关单齿、多齿、侧耦合腔、迂回型等结构的表面等离激元波导滤波器的研究进展.在单齿状金属-电介质-金属波导结构的研究基础上,发展出对称和非对称多齿结构以及侧耦合腔型反射式滤波器、低通波长和高通波长滤波器等其他结构.时域有限差法模拟揭示了它们均可具有一定的波长选择特性,对称多齿结构展现一个宽的陡峭禁带,不对称多齿结构却能实现窄带滤波功能.分析和模拟研究均表明谷或峰的中心波长与齿的深度或宽度有关;截止型结构的截止波长则可通过改变结构的相应长度和宽度等参数来选择.这些滤波器结构有可能应用于未来的纳米集成光学回路.     

梯形通道等离子体激元亚波长光波导结构

本文提出了一种用两层金属之间的梯形空气通道作为集成光学的基本结构单元。时域有限差分法（FDTD）的模拟结果表明亚波长梯形通道等离子体激元（CPPs）波导可以有效地控制表面等离子体激元的散射损耗,提高输出端的波印廷矢量,从而实现低传输损耗和能量聚焦。本文用金属银作为波导材料,设计了一种二维梯形通道等离子体激元波导基本结构单元,利用时域有限差分法（FDTD）对其输入端口耦合效率以及梯形波导的传输效率进行模拟分析。验证了梯形通道表面等离子体激元（CPPs）波导较之矩形（CPPs）波导的优越性。     

基于表面等离子激元的光定向耦合器

作为基本的光学器件,光定向耦合器被广泛用作分光计,光开关等．提出了一种可以高度集成的基于表面等离子体的新型光定向耦合器．采用时域有限差分的方法模拟计算了该耦合器的各种特性,结果表明提出的新型光定向耦合器遵守传统光定向耦合器的一般耦合规律,但其横向尺寸在纳米量级,极大地提高了其光学集成度．对于1550和1310nm的入射波长,当其耦合区长度为一个耦合长度时,其额外损耗分别为0．57和0．56dB,该数值在可以使用的范围内．因此,对该新型光定向耦合器的研究具有重要的实际运用价值．     

基于矩形谐振腔MIM波导结构的表面等离子体带阻滤波器

采用二维时域有限差分法(FDTD)设计并验证了一种新型的基于金属-介质-金属(metal-insulator-metal,MIM)多矩形谐振腔结构的表面等离子体带阻滤波器.该结构由一波导通道和一列平行排列于波导上方的矩形谐振腔组成.当矩形腔的长度对某一波长满足法布里-珀罗(F-P)谐振条件时,该波长的表面等离子体(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)将进入腔内并发生耦合共振而被限制在其内,起到滤波的效果.通过调整谐振腔的长度和数量,可以方便地滤掉一个或多个不同波长的光波.与其他结构SPPs滤波器相比,此结构更具有简洁、滤过的波长更窄、更小的能量损耗等优点,该种滤波器可以应用于高集成电路等光学设备.     

基于加载条形光波导结构的聚合物热光开关

为解决有机/ 无机杂化材料薄膜厚度较薄且难加工等问题, 设计并制作了一种基于加载条形光波导结构的 MZI(Mach-Zehnder Interferometer)型快速、 低功耗热光开关器件。 聚合物材料具有较低的热导率和较大的热光系数, 能有效降低器件的功耗, 以热导率相对较大的 SiO 2 的衬底作为下包层, 可有效加快器件响应时间。采用热光系数较大的有机/ 无机杂化材料 DR1/ SiO 2 -TiO 2 作为波导芯层, 以聚甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸环氧丙酯的共聚物(P(MMA-GMA): Poly-Methyl-Methacrylate-Glycicly-Methacrylate)作为加载条波导, 以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA: Polymethyl Methacrylate)作为波导上包层, 设计了热光开关器件。 采用 COMSOL 软件模拟了器件的光场和热场分布, 采用微加工工艺并结合光漂白技术进行了开关器件的制备。 并在 1 550 nm 工作波长下测试开关器件的性能。 可在缩短器件响应时间的同时降低器件的功耗, 驱动功率为 9. 2 mW, 消光比为21. 2 dB, 开关的上升、 下降时间分别为 152. 8 滋s 和 180. 0 滋s。     

纵向多矩形腔表面等离子体滤波器研究

 提出一种新型的纵向有多个矩形腔的表面等离子体滤波器,采用时域有限差分方法(FDTD)分别研究了单个腔、2个腔和3个腔的透射性质,发现单个腔中F-P共振导致了透射峰;在单个腔中间增加一层金属薄膜构成2个腔,原来单腔的透射峰出现劈裂或者消失,劈裂间距受结构参数变化影响;结合近场分布和理论分析,认为长短表面等离子体共振导致了劈裂.     

表面等离激元调控自发辐射研究进展

表面等离激元可以有效地调控自发辐射体的内量子效率和外量子效率,为发展高效新能源提供了可行的方案。特别是近年来,国内外研究人员将该技术应用到固体发光器件中,取得了许多有价值的研究成果。基于这些研究成果,文章介绍了表面等离激元调控固体发光器件自发辐射的原理和实验进展。     

基于SOA光开关矩阵的光交叉连接的研究

介绍了光交叉连接（ＯＸＣ）节点的基本交叉机制、基本结构及评价参数,提出了一种基于半导体光放大器（ＳＯＡ）构成光开关的２×２的光交叉连接节点的结构,测试并分析了实验系统的主要性能参数。实验表明,用ＳＯＡ光开关矩阵来构建ＯＸＣ节点的方案是可行的。     

等离子体激元纳米传导及电路

受衍射效应的影响,传统的聚焦光斑大小或者传播光束直径一般只能限制在波长量级的线度范围。随着微细加工技术和集成光学的不断发展,光学元器件的不断小型化已经接近光的衍射极限。如何获得突破衍射极限的各种高效光耦合器、光波导及光调制器,是实现纳米全光集成的基础,也是目前纳米光子学领域的一大研究热点。令人可喜的是,由金属一电子界面组成的电磁模式对于克服衍射极限,提高光学带宽有重大意义。     

基于SOA光开关矩阵的光交叉连接的研究

介绍了光交叉连接（ＯＸＣ） 节点的基本交叉机制、基本结构及评价参数,提出了一种基于半导体光放大器（ＳＯＡ） 构成光开关的２×２ 的光交叉连接节点的结构,测试并分析了实验系统的主要性能参数．实验表明,用ＳＯＡ 光开关矩阵来构建ＯＸＣ节点的方案是可行的．     

光学微环谐振腔的热非线性效应

微环谐振腔具有模式体积小、品质因子高、易于集成等优点,被广泛应用于光学混频、参量振荡、光梳及光孤子等非线性光学研究。如何将泵浦光能量耦合进微环谐振腔是激发非线性效应的关键所在。由于谐振条件下腔内光场能量显著增强,由此引发的热效应导致微环谐振腔的折射率与谐振波长发生改变,此改变又将反过来影响谐振腔内的能量大小。因此,对微环谐振腔热非线性效应的研究具有重要意义。基于以上原因,本文从微环谐振腔的温度、泵浦输入光功率的大小和泵浦输入光波长的扫描速率三个方面对一类具有高Q值的氮氧化硅微环谐振腔进行热非线性效应方面的研究。     

新型全硅波导电光开关及调制器

提出了一种工作在红外波长范围的新型全硅结栅控制双注入波导电光开关及电光调制器，这类器件是把细长的栅极阳级－阴极结构平行地制作在一脊形波导的顶端和两侧，文中分析了这类器件的工作原理，给出了制作器件的某些参数，并对其频带宽度进行了数字估算，实验证明这类ＤＩＦＥＴ波导电光器件是切实可行。     

Ultafast organic nonlinear optical molecules and the realization of mesoscopic photonic devices

In the twentieth century, revolutionary changes took place in the human society and people’s life-style due to the improvement of the optoelectronic information technology based on the second-order nonlinear optical effects, such as the electro-optic effect, the second harmonic generation (SHG), and so on. Along with the rapid development of light information technology, new principles and methods of nonlinear optics are needed, and the third-order nonlinear optical effects attract great attention. The research progress of nonlinear optics is reviewed in this article. Our research work on the third-order nonlinear optical materials, ultrafast and low-power organic all-optical photonic crystal switching are introduced.     

条形介质波导与定向耦合器的新解法-叠代矩量法

本文给出用以精确计算各种条形介质波导导模色散曲线与场分布以及矩形芯双沟道定向耦合器耦合长度的一种新解法:叠代矩量法,给出用于计算的有关公式.计算结果与精确的计算机数值解法符合甚好,且简便易行,容易推广到其它矩形芯波导结构。     

Ultra-high suppression microwave photonic bandstop filters

A bandstop radio frequency （RF） filter can enhance the capabilities of RF communication systems by removing unwanted signal components such as distortion, or interference. In modem cognitive radio systems, frequency agile filters are desired to block interferers with dynamically changing frequencies and powers. These filters should be tunable over a broad frequency range, and they should be capable of suppressing very strong signals with a high resolution. To simultaneously meet these requirements with traditional RF filters are highly chal- lenging. Microwave photonic （MWP）, a technology that primary deals with the generation, distribution, and processing of high speed RF signals using photonic techniques and components, is promising for creating frequency agile RF filters. However, traditional MWP filters are lacking the high resolution and peak suppression exhibited by state-of-the-art RF electrical filters. We recently introduced a new class of MWP notch filter which is free from this limitation. This scheme allowed the creation of anomalously high suppression MWP notch filter from virtually any kind of optical resonance, irrespective of its type （gain or absorp tion）, or its magnitude. This enabled, for the first time, simultaneous optimization of the MWP filter resolution, peak attenuation, and frequency tuning range. In this paper, we present the analysis of notch filter response creation using the novel sideband processing technique. We then show the applicability of this technique to a wide range of optical filters. We compare simulated and experimental results of the notch filter response created using three types of optical filter commonly used in MWP signal processing, namely stimulated Brillouin scattering （SBS）, an integrated optical ring resonator （ORR）, and a phase-shifted fiber Bragg-grating （FBG）.     

微环谐振器传输特性分析

主要研究微环谐振器的基本结构参数对传输特性和微环性能的影响。根据耦合模理论,给出了微环谐振器传输函数的表达式;用传输矩阵法对直波导和弯曲波导之间的耦合进行了分析,研究了耦合系数与微环结构参数之间的关系;利用时域有限差分法对微环谐振器进行数值仿真,得到其频谱响应曲线。通过分析可以得到:波导间距的增大使振幅耦合比率减小;微环半径变小,微环的弯曲损耗就会变大,品质因子变大,自由光谱范围就会变大。相对微环半径,波导厚度对微环的性能参数影响较小。在设计时,应按照实际需求来设计间距和微环半径的大小。     

光电成象系统全色点扩散函数的研究

本文建立新的一阶横向象差半径的三维坐标曲面图形,用形象的手段讨论阴极透镜的全色点扩散函数,给出了在一股象面上归一化全色点扩散函数的表达式及若干实例。     

适用于波分复用器的自聚焦棒透镜最佳长度的计算

在光线微分方程的基础上,我们建立了一个极精确的波分复用器损耗计算模型.这个模型考虑了自聚焦棒的色差和器件的串扰等细节.借助于光线追迹法和单纯形加速法,我们编制了波分复用器性能优化程序.由此,我们得到了一些新的结果,还导出了一个选择最佳棒长的通用公式.与采用四分之一波节长度相比,采用最佳棒长可显著降低波分复用器的损耗.     

大气光学与非线性光学

概述了大气光学与非线性光学的主要内容及其进展，并分析了非线性光学的理论和技术在大气光学研究中的应用前景．