圆盘介质谐振器中迴音壁模的性能

该文研究了圆盘介质谐振器中迴音壁模(WGM)的毫米波特性．在高介电常数圆盘介质谐振器中的迴音壁模非常适用于毫米波段，它所具有的高Q值和大尺寸的特性使得它们宜于加工制造．最后给出了在Ka波段的理论和测量值，两者显示了很好的一致性．     

回音壁模式圆盘形微谐振腔的设计及特性研究

针对光通信波段,分析了标准圆盘形结构和其他三种变体结构的WGM微谐振腔,讨论了通过改变传输波导和微腔之间的间距以及改变传输波导的几何形状对耦合系数的影响,基于FDTD算法,分别计算了四种结构的耦合系数、谐振频率、模场分布及品质因数等,发现模式的匹配程度和输入波导的弯曲损耗均对品质因数有影响,而四种结构的品质因数和耦合系数的变化规律相反,故具体应用中为了达到较高的耦合效率,须在较高的品质因数与较大的耦合系数之间进行折中,经比较得到了一种输入波导弯曲的优化圆盘形结构。     

Nd:YAG微片激光力传感器横截面上的频差分布

针对谐振腔内含有圆盘形应力双折射元件的平平腔Nd:YAG微片激光力传感器,依据较成熟的光弹性理论,研究了对径加力情况下整个腔内应力双折射圆盘横截面上各点对应的激光频差分布特性,并给出了相应的激光频差计算公式.激光频差的实验测量结果与数值模拟结果基本一致.本研究为大幅提高其传感灵敏度提供可能,也为计算激光照射位置偏离圆盘圆心(或其他目标)时的传感灵敏度及误差提供依据,为发展基于腔内应力双折射效应及不同激光照射位置的新型小加力、大频差可调谐双频激光器开辟了新途径.     

SiO_2微盘腔的湿法腐蚀工艺研究

SiO_2回音壁模式(whispering gallery mode,WGM)的光学谐振腔具有品质因子Q值高、模式体积小、制作简单等优点,在腔量子电动力学、生物传感器、滤波器、非线性光学等领域具有非常好的应用前景.采用热氧化生长SiO_2、光刻图形化、磁控溅射生长Cr掩膜、HF缓冲液湿法腐蚀SiO_2、KOH溶液湿法腐蚀Si并去除Cr掩膜等工艺,得到了周期化、尺寸不同的SiO_2微盘腔,其直径分别为20,40和60μm.利用原子力显微镜表征微盘腔表面的粗糙度,均方根表面粗糙度仅为0.469nm.在未经任何表面处理或者激光处理的情况下,利用连续波长可调激光器,通过光纤锥与微盘腔耦合,透射谱测量得到微盘腔的自由光谱范围(free spectrum range,FSR)为λFSR=9.6nm,Q值约为1×10~4.     

生物传感器环形微腔的谐振特性研究

利用时域有限差分(FDTD)法研究了在波导源照射下用于生物传感器的环形谐振腔的谐振特性.设计了二维的FDTD程序,采用步步为营法,实现了单机的模拟.用调制高斯脉冲作为激励源,得到丰富的微腔谐振模式的波谱特性,再以一定波长的正弦波作为激励源,以研究环形微腔外部不同介质折射率谐振模式偏移,并得到微腔的谐振图样.对环形微腔周围介质折射率发生改变而引起的谐振模式的位移进行了分析.     

回音壁模式光学微腔：基础与应用

具有回音壁模式的光学微腔在激光,生物探测以及量子物理中已经得到了广泛应用.本文简要介绍了其基本的性质和原理,以及回音壁模式与外界的耦合,并结合国际最新进展以及中国科学技术大学的研究工作,具体介绍了回音壁模式微腔在现代科学研究中的多种应用.     

铝衬底微等离子体阵列的制作与光电特性测量

在铝衬底上采用光刻工艺制作了带有氧化铟锡(ITO)透明电极的微等离子体阵列,实验研究了该微等离子体阵列在30～100 kPa氖气中的放电特性和发光特性.不同微腔尺寸的微等离子体阵列实验结果表明,对于微腔直径为150μm的器件,击穿电压随着工作气压的升高先下降后上升,并且在53.2 kPa时达到最小值212 V.通过对微腔直径为50μm和30μm器件的击穿电压比较发现,在气压较低时,微腔尺寸大的器件更容易击穿,当气压较高时,微腔尺寸小的器件更容易击穿,并且微腔尺寸小的器件随着气压的升高击穿电压下降得更快.与目前商业等离子体显示器件(PDP)的击穿电压相比,微腔器件的击穿电压更低,而且在高气压下,采用更小的微腔作为PDP的显示单元,可以提高PDP的分辨率.     

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).     

环境中多溴代联苯醚羟基和甲氧基衍生物的来源和转化

近年来,环境中的微污染物获得了人们的广泛关注,这些微污染物往往具有浓度低,但却具有很强的毒理学以及致癌、致畸和致突变效应.为了更好地预防和控制环境微污染物,了解其来源和转化行为非常有必要.作为环境微污染物中的重要代表,新型溴代有机污染物受到高度关注.文章以阻燃剂多溴代联苯醚(PBDEs)的衍生物羟基多溴代联苯醚(HO-PBDEs)和甲氧基多溴代联苯醚(MeO-PBDEs)为代表,总结其在环境中的来源(包括天然合成、代谢转化和化学反应生成)与转化行为(如生物转化、化学转化以及光化学转化),为了解并推测两类化合物可能具有的环境行为,以及预防和控制其带来的环境危害提供基本信息.     

线接触副球墨铸铁表面激光织构对摩擦学特性的影响

为研究线接触情况下激光表面织构对球墨铸铁摩擦学特性的影响,采用调Q半导体泵浦YAG激光器,利用单脉冲同点间隔多次激光加工工艺,对球墨铸铁试样端面进行表面织构化处理.制备出4种不同深度、不同面积占有率的环形阵列分布微凹腔,并在滚滑复合运动的圆柱销与圆盘端面线接触式摩擦磨损试验机上,进行摩擦学试验.结果表明:在相同试验条件下,与光滑试样进行对比,微凹腔试样表面具有较好的减摩效果;对不同深度及面积占有率的微凹腔试样进行摩擦性能试验,结果显示:均存在优化设计值使得织构化表面的摩擦因数最小,并表现出良好的抗擦伤性能.     

硅基一维光子晶体微腔光发射特性的调制

利用一维光子晶体带隙结构对光发射特性进行调制，采用掺杂光子晶体微腔限制电磁场从而控制材料中的光传输。采用不同组分的氢化非晶氮化硅（a-SiNx：H）薄膜作为介质层和发光层，由等离子体化学气相淀积（PECVD）方法制备出一维全a-SiNx：H光子晶体微腔。观察到微腔对于发光层a-SiNx：H薄膜光致荧光显著的调制作用，发光峰的半高宽从原始的208nm强烈的窄化为11nm，峰值强度提高了2个数量级。品质因子为69。通过透射谱测量，清晰地观察到710nm处的谐振峰出现在一维光子晶体带隙中，进一步证实了微腔的选模特性。     

Three-dimensional control of light in a two-dimensional photonic crystal slab

Optoelectronic devices are increasingly important in communication and information technology. To achieve the necessary manipulation of light (which carries information in optoelectronic devices), considerable efforts are directed at the development of photonic crystals--periodic dielectric materials that have so-called photonic bandgaps, which prohibit the propagation of photons having energies within the bandgap region. Straightforward application of the bandgap concept is generally thought to require three-dimensional (3D) photonic crystals; their two-dimensional (2D) counterparts confine light in the crystal plane, but not in the perpendicular z direction, which inevitably leads to diffraction losses. Nonetheless, 2D photonic crystals still attract interest because they are potentially more amenable to fabrication by existing techniques and diffraction losses need not seriously impair utility. Here we report the fabrication of a waveguide-coupled photonic crystal slab (essentially a free-standing 2D photonic crystal) with a strong 2D bandgap at wavelengths of about 1.5 microm, yet which is capable of fully controlling light in all three dimensions. These features confirm theoretical calculations on the possibility of achieving 3D light control using 2D bandgaps, with index guiding providing control in the third dimension, and raise the prospect of being able to realize unusual photonic-crystal devices, such as thresholdless lasers.     

非线性光子晶格的制作及光传输现象研究

采用数值和实验方法研究了非线性光子晶格图样的形成规律及光传输现象。采用光束传输法(BPM)模拟研究光波在由干涉图样及非线性作用下形成的光子晶格中的导光现象。通过多光束干涉观察了干涉图样,并由此制作了光子晶格。研究结果为利用非线性效应制作周期性光子晶格和准周期性光子晶格,并以此实现导光功能提供了新的思路和方法。     

三波长光子晶体耦合波分复用器的设计与仿真

目前,光子晶体的波导共振耦合技术被广泛应用,设定波长下的波导透射频率的高低成为影响器件功能优劣的重要因素。首先对比了改变光子晶体介质柱折射率和半径的大小与耦合点归一化频率的关系,之后利用时域有限差分法设计了一种由三种波导构成的共振耦合型光子晶体结构的波分复用器,并且在波长分别为1 490 nm与1 440 nm的光信号下的波导共振区域增加了一定数量的介质柱形成一种新的微腔耦合区域。并且通过在1 310 nm波长的输出信道末端改变介质柱的半径大小,使得1 310 nm波长的光信号的透射率提高到了95.5%。研究表明,通过增大介质柱半径的大小Rc,可以使得对应的光信号透射率的大幅改善。     

掺铁铌酸锂晶体中三维光子晶格的诱导及结构分析

笔者描述了一种使用振幅掩膜在自散焦光折变晶体掺铁铌酸锂中制作光诱导三维光子晶格的实验方法,并提供平面导波、布里渊区潜、远场衍射图样三种方式对晶格结构进行分析．此外,笔者对光强极弱的会聚光束在晶格中的传播行为进行研究并得到独特的衍射图样．这对二维微结构的制作与光在接中传播特性的研究是非常有意义的．     

二维光子晶体中负折射现象的研究与仿真

使用光子晶体能带结构和等频面（EFS）方法对二维光子晶体中的负折射现象进了研究和仿真．得到了二维光子晶体中出现负折射率现象的频率范围．使用时域有限差分法（FDTD）对光波在二维光子晶体界面和晶体中的传播进行了数值仿真研究．由仿真结果发现在一定的频率范围内,在二维光子晶体中确实可以发现光波的负折射传播现象．     

二维函数光子晶体波导带隙和电场分布的调制

在二维函数光子晶体波导中, 研究介质柱介电常数对带隙结构的调制, 以及波导中加入点缺陷时, 点缺陷介质柱介电常数对电场分布和光传播方向的调制. 结果表明： 当二维函数光子晶体波导中不含点缺陷时, 改变波导中介质柱介电常数的参数b和k值, 可调节波导的禁带数目、 禁带位置、 缺陷模的数目和位置;  当二维函数光子晶体波导中含点缺陷时, 改变点缺陷介质柱介电常数的参数b和k值, 可改变电场分布和光的传播方向.       

Large-scale synthesis of a silicon photonic crystal with a complete three-dimensional bandgap near 1.5 micrometres

Photonic technology, using light instead of electrons as the information carrier, is increasingly replacing electronics in communication and information management systems. Microscopic light manipulation, for this purpose, is achievable through photonic bandgap materials, a special class of photonic crystals in which three-dimensional, periodic dielectric constant variations controllably prohibit electromagnetic propagation throughout a specified frequency band. This can result in the localization of photons, thus providing a mechanism for controlling and inhibiting spontaneous light emission that can be exploited for photonic device fabrication. In fact, carefully engineered line defects could act as waveguides connecting photonic devices in all-optical microchips, and infiltration of the photonic material with suitable liquid crystals might produce photonic bandgap structures (and hence light-flow patterns) fully tunable by an externally applied voltage. However, the realization of this technology requires a strategy for the efficient synthesis of high-quality, large-scale photonic crystals with photonic bandgaps at micrometre and sub-micrometre wavelengths, and with rationally designed line and point defects for optical circuitry. Here we describe single crystals of silicon inverse opal with a complete three-dimensional photonic bandgap centred on 1.46 microm, produced by growing silicon inside the voids of an opal template of dose-packed silica spheres that are connected by small 'necks' formed during sintering, followed by removal of the silica template. The synthesis method is simple and inexpensive, yielding photonic crystals of pure silicon that are easily integrated with existing silicon-based microelectronics.     

应用特征矩阵法研究介电常数受任意函数调制的一维光子晶体的带隙结构及其特性

运用特征矩阵法研究了介电常数受任意函数调制的一维光子晶体中光的传播特性,发现一维光子晶体的介电常数只要满足周期性分布,就会具有与一般光子晶体相似的带隙结构.还更具有一般性地研究了介电常数受随机函数周期调制时的光子晶体的带隙结构及其特点,从而为灵活实现某特定带隙的晶体提供了新的方法.     

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.