直波导耦合输出AlGaInAs多量子阱环形激光器研究

采用InP基InAlGaAs多量子阱激光器外延材料结构, 利用感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术和聚酰亚胺介质平坦化工艺, 研制了多量子阱半导体环形激光器样品. 该器件通过加正偏压的环形结构谐振腔实现光激射, 然后借助紧邻的直线波导耦合将光信号输出. 环形谐振腔直径为700 μm, 波导宽度为3 μm. 用光纤对准直线波导端口耦合测试了环形激光器的光功率-电流特性曲线和激射光谱, 其阈值电流为120 mA, 在注入电流160 mA时从直波导耦合输出得到激射光谱的中心波长为1602 nm, 并结合光功率-电流特性曲线对环形激光器中的工作模式进行了初步分析.     

基于光子晶体的楔形槽波导的慢光效应分析

提出了一种基于光子晶体楔形槽波导来实现光速减慢的方案, 该方案通过改变光子晶体槽波导中空气槽的宽度来改变导波模的色散特性. 当空气槽的宽度减小时, 导波模色散曲线向低频方向移动. 当某个频率的光沿着光子晶体楔形槽波导传播时, 群速度逐渐减慢, 在满足截止频率条件时群速度降为0. 另外, 空气槽内可以填充其他低折射率的电光或高非线性材料, 被束缚在槽内的慢光与槽内填充物质的相互作用加强, 可以用来实现小体积高灵敏度的各种全(电)光器件, 而且这种光子晶体楔形槽波导通过结构参数优化能够实现慢光的色散补偿, 为实现无高阶色散的超宽带慢光提供了可能.     

三维非线性电磁谐振腔的理论分析

具有非线性材料的光和微波器件给出了一系列新现象,有很多潜在的应用,受到人们广泛的关注.已有不少文章研究了波在非线性光波导中的传输,发现其具有自聚焦和双稳的特性.然而,至今尚未见到对含有非线性介质的三维电磁腔的研究报道.另一方面,在研究非线性光波导的诸方法中,最常用的是有限元法,它突破了早期研究非线性光波传输的两点近似(其一为标量近似,其二为非线性特性的平方律近似),采用了全矢量和实际的非线性     

基于化合物半导体材料高速光开关的研究

高速光开关及光开关阵列是全光交换的核心器件. 首先给出全内反射型光波导光开关器件的理论分析模型, 并基于GaAs材料中的载流子注入效应, 采用GaAs-AlGaAs双异质结结构, 研制了工作波长在1.55 µm的X结全内反射型和马赫曾德干涉型两种结构的光开关. 测试结果表明, 开关的消光比均超过20 dB, 开关速度达到10 ns量级.     

初始晶硅多层薄膜光电响应及载流子输运特性

采用等离子体化学气相沉积技术, 通过交替改变H₂流量, 制备了多层结构的氢化初始晶硅薄膜, 利用拉曼(Raman)散射、傅里叶变换红外(FTIR)透射光谱和光电流谱等技术研究了薄膜的微观结构和光电响应特性. 微观结构分析揭示, 薄膜呈现为由纳米晶硅和非晶硅两相组成的初始晶硅结构, 薄膜光学带隙随晶化度提高逐渐降低. 光电流谱的结果显示, 纳米硅晶粒对薄膜内部光生载流子的空间分离可有效降低其非辐射复合几率, 导致薄膜光电响应峰值随晶化度的提高向短波方向移动, 然而纳米硅晶粒界面缺陷对载流子的空间限制使薄膜长波谱段的光电响应显著降低. 外加偏压下, 观察到350~1000 nm范围的光电响应, 表明外加偏压可促进光生载流子的有效收集. 分析表明, 纳米硅晶粒内部电子-空穴对的空间分离及界面载流子激发的共同作用, 导致薄膜光电响应及外量子效率大幅增加和峰位的红移. 实验结果为初始晶硅高效太阳电池的载流子输运控制提供了基础数据.     

稜镜-光栅耦合器的研究

稜镜耦合器已成为研究多种薄膜波导特性的很有效的器件。在选用稜镜材料时,要求稜镜折射率必须高于薄膜波导折射率。可是,在研究高值折射率薄膜波导时,寻找高于薄膜折射率可用的稜镜材料是比较困难的。为了解决这个问题,我们可以采用在选用的稜镜表面上制作一周期光栅。通常,我们称之为稜镜-光栅耦合器。它和常用的稜镜耦合器一样,光波耦合     

面状分布缺陷谐振环对左手材料微波效应的影响

研究了面状分布缺陷开口谐振环(split ring resonators, SRRs)组对三维左手材料的微波透射行为的影响.用电路板刻蚀技术制备了以六边形SRRs与金属铜Wires组合为结构单元的三维左手材料样品, 利用波导法测量了含有不同空间取向面缺陷SRRs构成的三维左手材料X波段(8~12 GHz)微波透射行为. 实验表明, 相对于无缺陷情形, 面缺陷的引入使谐振峰谐振频率移动, 且红移、蓝移的情况都存在; 谐振强度明显下降, 最多达到19.3 dB, 相当于原来的46%; 通频带宽在[315~817.5 MHz]范围变化. 面缺陷的存在破坏了材料的周期性结构, 导致形成新的电磁谐振条件、谐振峰发生变化. 不同空间取向的面缺陷对材料周期性结构改变程度不同, 其缺陷效应差异较大. 相对于点缺陷、线缺陷, 面缺陷效应更强.     

环型谐振微环光波导链中光群速度的控制

利用传输矩阵法对环形谐振微环光波导链进行了理论分析, 得到其透射谱, 其谐振频率与微环链的曲率无关; 并证明改变微环链的曲率可使色散曲线产生平移. 这样在微环链的谐振频率处可以通过改变微环链的曲率来调节其群速度. 这种结构在光通信领域有潜在的应用, 包括光缓存器、光信号延迟器等.     

聚合物S形脊波导的优化设计

首先利用变分有效折射率法对聚合物脊形多模光波导基模和高阶模的色散特性与横向场分布进行分析, 研究了波导结构参数对色散特性的影响, 计算出TM基模和高阶模的光场分布, 得出了聚合物脊形光波导的单模传输条件. 然后利用广角有限差分束传播法和有效折射率法研究了S形脊波导圆弧曲率半径与弯曲损耗的关系, 得出了如下结论: 当圆弧曲率半径大于5000 μm后, 即使波导曲率半径增大, 波导的弯曲辐射损耗已不会再明显减小, 光已可以在S形脊波导中稳定地传播了.     

十字排列椭圆孔声子晶体板的双通道滤波

采用有限元方法对二维十字排列椭圆孔周期结构的带隙及传输特性进行了研究,发现此类结构具有较宽的带隙范围.基于该研究,构造了由3种不同尺寸代表性单元组成的双通道波导结构,并通过有限元建模计算,分析了该结构的双通道滤波性能.根据理论计算模型设计制作了亚克力材料的双通道声子晶体薄板,并进行传输特性测试,实验数据验证了仿真结果的准确性.研究结果表明,通过调节3种代表性单元的尺寸,改变声子晶体的带隙分布,可以实现不同频率弹性波在双通道结构中的定向传输.     

介电晶体光波导的制备及其应用

介电光学晶体种类繁多,具有丰富的功能属性,在科学研究、生产生活的各个领域有着广泛的应用.光波导是基本的光学微结构之一.基于介电光学晶体的光波导结构是组成集成光子学器件的重要元件.利用飞秒激光直写或者载能离子束辐照技术,可以有效调控晶体材料局部区域的折射率分布,形成低损耗的光波导结构.本文将介绍介电晶体光波导(包括单晶薄...     

a-Si/SiO2超晶格结构的非线性光学性质

用磁控溅射方法在玻璃基底上制备了a-Si/SiO₂ 超晶格. 利用TEM和X射线衍射技术对其结构进行了分析, 并采用多种光谱测量手段, 如Raman光谱、吸收光谱和光致发光谱, 对该结构的光学性质进行了研究. 结果表明, 随纳米Si层厚度的减小, Raman峰发生展宽, 吸收边以及光荧光峰发生蓝移. 用单光束Z扫描技术研究了a-Si/SiO₂ 超晶格结构的非线性光学性质. 这一结果较多孔硅的相应值大两个量级. 还对影响非线性效应增强的因素进行了讨论.     

低损耗Ti扩散LiNbO_3光波导

LiNbO_3是集成光学领域中已经广泛研究的材料.它可以制作良好的光波导以及优质的各种元件(除光源和探测器外).1974年Schmidt和Kaminow对Ti扩散LiNbO_3光波导进行了大量的研究,主要是想获得低损耗的单模光波导.     

二维光子晶体线缺陷波导慢光抽运增强光参量增益

推导了非线性光子晶体线缺陷波导中抽运光群速度与光参量放大增益的理论模 型. 理论结果表明, 慢光抽运可以增强光参量放大效应. 为获得相同的增益, 当波导长度不变时, 慢光波导所需的抽运光功率可以减少为普通波导的(v_gn/c)²; 当抽运光功率不变时, 慢光波导所需的长度可以减少为普通波导的(v_gn/c)², 其中n为普通波导的材料折射率, v_g为慢光波导的群速度, c为真空中的光速. 数值计算结果验证了我们的理论预测.     

Bi单质/BiPO_4等离子体可见光催化净化NO的反应机理

通过化学沉淀法制备出六方相BiPO_4,再经过Na BH_4还原在BiPO_4表面负载Bi单质,制备出Bi单质/BiPO_4复合光催化剂,并将其应用于空气中低浓度NO的净化.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)和电子自旋共振(ESR)等表征手段对催化剂微观结构进行表征分析.利用原位红外光谱技术对催化剂可见光催化氧化NO的反应过程进行实时动态监测分析,结合ESR对自由基的捕获结果,提出了其反应机理.研究结果表明,单质Bi的表面等离子体效应促进了BiPO_4对可见光的吸收和光生电荷的分离.密度泛函理论(DFT)计算表明,氧缺陷的存在使得在磷酸铋的价带和导带之间形成了中间能级,有利于价带电子的跃迁.电子结构计算结果表明,单质Bi还充当储存和转移BiPO_4导带上电子的媒介,光生载流子的产生和迅速转移使得光生电子-空穴对复合率降低.通过Bi单质的等离子体效应使BiPO_4转化为可见光响应的高性能光催化剂.本文对于Bi单质基等离子体光催化的研究和气相光催化反应机理的认识提供了新的方法.     

Ⅱ—Ⅵ族宽禁带半导体应变层超晶格的折射率测量

ZnS、ZnSe、ZnTe等宽禁带半导体材料构成的超晶格和量子阱结构可望在可见光光电子器件领域发挥重要作用,特别是它们可制成600—700nm光电子器件,在高密度光学信息系统中的应用,前景非常诱人。因此人们正加紧努力研制基于这种材料的光波导、激光器及光学     

棒状石墨相氮化碳的制备及可见光催化性能

利用太阳能光解水制氢和降解有机污染物对解决能源和环境问题具有重要意义.本文通过"由上到下"水热法处理块状石墨相氮化碳(g-C_3N_4),得到棒状g-C_3N_4.采用X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(DRS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、荧光光谱(PL)和比表面积测试(BET)等分析手段对棒状g-C_3N_4进行了表征.结果表明,棒状g-C_3N_4为长约2.4μm,宽约45 nm的棒状结构,该结构能增大g-C_3N_4的比表面积;同时观察到光生电子-空穴对的复合几率降低,并且由于缩聚程度的不同可能会影响能带结构.以可见光光催化降解亚甲蓝水溶液和光解水制氢的实验结果为依据评价了棒状g-C_3N_4的可见光催化活性,棒状g-C_3N_4的活性远优于块状g-C_3N_4.     

MeV B离子注入铌酸钾晶体形成光波导的微结构研究

ＭｅＶ离子注入已被用于研制光波导,特别是对低温相变材料尚属目前唯一的手段,铌酸钾晶体(ＫＮｂＯ3,简称ＫＮ)即为具有低温相变性质的非线性光学材料,被认为是最有应用前景的波导材料之一.近年来,文献[1,2]报道了利用ＭｅＶ轻离子Ｈ或Ｈｅ注入法研究ＫＮ晶体的光波导特性.我们依据重离子与物质相互作用的特点,能够在降低注入剂量,形成稳定的波导边界和减少光损耗方面较之轻离子注入更为有利.在文献[3]中报道了用60ＭｅＶＢ离子,1×1015ｃｍ-2剂量注入ＫＮ晶体形成非渗漏型光波导的新结果.本文用高分辨ＴＥＭ进一步对样品做了光波导的微结构…     

光激发气体传感器

随着人们环境健康与安全意识的提升,气氛识别的应用场景得到不断拓展,这对气体传感器的发展提出了集成化、便携化和智能化等全新要求.为突破热激发气体传感器必须在高温工作的局限,人们提出利用光代替热作为气体传感器激发能量的来源,光激发气体传感器应运而生.同时具有光电性能和气敏性能的半导体敏感材料是光激发气体传感器的核心.激发光波段与气敏材料带隙具有一一对应的关系,常见的气敏材料带隙均在3.0 eV以上,现有的绝大部分光激发气体传感器工作均须采用紫外光激发.然而,紫外光对人体有诸多的危害,拓展光激发气体传感器的可用光波段范围,是光激发气敏材料开发的重要目标.纳米形貌调控、材料修饰和材料复配等是目前最常用的能带调控手段.由于该领域的发展还停留在实验室阶段,如何与产业对接,制造出真实可用的产品是目前亟需突破的问题.简化工艺、降低成本且不牺牲器件性能是器件结构与工艺设计的首要原则.人们在克服诸如器件小型化、集成化以及工艺兼容性问题等方面已取得了部分阶段性进展.本文从光源种类、光源波长与材料带隙的匹配和器件结构设计等方面出发,系统地介绍光激发气体传感器的研究现状,提供新的研究思路.     

a-Si/SiO2超晶格结构的非线性光学性质

用磁控溅射方法在玻璃基底上制备了ａ－Ｓｉ／ＳｉＯ２超晶格。利用ＴＥＭ和Ｘ射线衍射技术对其结构进行了分析,并采用多种光谱测量手段,如Ｒａｍａｎ光谱、吸收光谱和光致发光谱,对该结构的光学性质进行了研究。结果表明,随纳米Ｓｉ层厚度的减小,Ｒａｍａｎ峰发生展宽,吸收边以及光荧光峰发生蓝移。用单光束Ｚ扫描技术研究了ａ－Ｓｉ／ＳｉＯ２超晶格结构的非线性光学性质。这一结果较多孔硅的相应值大两个量级。还对影响非线