基于分层微结构纤芯的太赫兹高双折射光子晶体光纤（英文）

基于"功能基元"+"序构"的设计思想,提出了一种在纤芯引入等差分层微结构的太赫兹超高双折射光子晶体光纤.光纤包层由三角晶格排列的圆形空气孔组成;纤芯由三角晶格排列,尺寸满足等差分层条件的椭圆空气孔组成.数值模拟结果显示,当入射光频率为0.5-1.5 THz时,光纤能够实现超高模式双折射;在0.9 THz,模式双折射达到最大值4.07×10^-2,此时基模x,y偏振模式的有效材料损耗(EML)分别为0.075 cm^-1和0.062cm^-1.与6种不同尺寸的均匀微结构纤芯光子晶体光纤的模式双折射特性进行对比研究.结果显示,提出的分层微结构纤芯光子晶体光纤,能够在很宽的工作频段,实现更稳定的超高模式双折射,且具有较低的材料吸收损耗.对于通信、传感、测量等领域的有限长度光纤器件应用,能够起到优化设计,显著提高器件性能的作用.     

一种基于As_2Se_3的微结构纤芯高双折射光子晶体光纤

提出了一种新型的基于As_2Se_3的高双折射光子晶体光纤(PCF).该PCF包层空气孔采用8边形排列,并在纤芯引入了左右各3个圆空气孔的微结构.采用全矢量有限元法(FEM),通过改变微结构纤芯中圆空气孔的直径及孔间距,研究了该光纤的双折射特性、损耗特性以及色散特性.结果表明,在波长1.55μm处,双折射高达1.56×10~(-1),说明该PCF具有良好的保偏特性;同时,y方向的限制损耗低至6.44278×10~(-9)dB/m;在波长1.3~2.0μm的区间内,色散曲线保持相对平坦.     

非硅微电子学:锗与锗锡场效应晶体管

本文讨论了非硅微电子学,即在硅衬底上利用非硅沟道材料实现互补型金属氧化物半导体(Complememaw Metal Oxide Semiconductor,CMOS)集成电路的微电子科学与技术.文章重点综述了高迁移率锗与锗锡沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)以及隧穿场效应晶体管(Tunneling Field Effect Transistor,TFET)的研究进展.锗与锗锡具有比硅(Si)材料高的空穴和电子迁移率且容易实现硅衬底集成,是实现高迁移率沟道CMOS器件的理想备选材料.通过调节锡组分,锗锡材料可实现直接带隙结构,从而获得较高的带间隧穿几率,理论和实验证明可用锗锡实现高性能TFET器件.本文具体分析了锗锡MOSFETs和TFETs器件在材料生长、表面钝化、栅叠层、源漏工程、应变工程及器件可靠性等关键问题.     

长周期光纤光栅包层模场分布及其耦合系数

基于简化的三层模型分析了单模光纤的包层模理论。研究了长周期光纤光栅的包层模块分布及其与基模的耦合系数。利用计算机建模,采用Ｍａｔｌａｂ对实用的ＳＭＦ－２８＾ＴＭ单模光纤进行模拟分析,得到了一阶不同次的层包模在沿光纤半径方向的光密度分布情况,及其与纤芯内的基模耦合系数的计算结果。证明了一阶低次奇、偶包层模在光纤纤芯内部的能量分布具有不同的特点,奇次包层模在纤芯内的能量远大于偶次包层模,因而奇次包层模     

长周期光纤光栅包层模场分布及其耦合系数

基于简化的三层模型分析了单模光纤的包层模理论.研究了长周期光纤光栅的包层模场分布及其与基模的耦合系数.利用计算机建模,采用Matlab对实用的SMF-28TM单模光纤进行模拟分析,得到了一阶不同次的包层模在沿光纤半径方向的光密度分布情况,及其与纤芯内的基模耦合系数的计算结果.证明了一阶低次奇、偶包层模在光纤纤芯内部的能量分布具有不同的特点,奇次包层模在纤芯内的能量远大于偶次包层模,因而奇次包层模与基模的耦合系数远大于偶次包层模与基模的耦合系数     

硅基Ⅳ族材料外延生长及其发光和探测器件研究进展

硅基光电集成回路是信息时代最具影响力的核心技术之一,由硅基光源、光电探测器、光调制器等模块组成.硅材料是微电子集成电路的基石,然而在光电集成方面却遇到了瓶颈.首先,由于硅是间接带隙材料,其发光效率极低,因此难以应用于硅基高效光源的研制.其次,硅在近红外通讯波段吸收系数很低,因此在近红外光电探测器的应用中具有较大的局限性.然而,研究者发现,通过能带工程将硅与其他Ⅳ族材料相融合不仅可以有效提高直接带高效发光效率,同时能使材料在近红外波段具有较高的吸收系数.因此,以Ⅳ族材料为基础,与硅工艺兼容的硅基光电集成回路引起了研究者的广泛关注.本文综述了课题组在硅基材料外延生长及其发光和探测器件方面的研究进展.介绍了硅基Ⅳ族材料Ge,SiGe/Ge异质结和量子阱材料的外延生长技术,以及硅基GeSn量子点发光材料的制备新方法.基于硅基Ⅳ族异质结构材料,发展调制金属与半导体接触势垒高度新机理,研制了多种结构的光电探测器.设计并制备了与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)结构兼容的横向异质结以及双有源区垂直共振腔型两种结构硅基电致发光器件,有效提升器件的发光性能,并观察到应变锗发光增益现象.     

LiNbO3单晶光纤的芯—包层波导结构

利用激光加热基座法生长了铌酸锂单晶光纤。通过镁离子内扩散以改变晶纤表层的成分，首次在国内实现了沿不同轴向生长的铌酸锂单晶光纤的芯－包层波导结构，通过对扩散参数的控制，实现了晶纤维层具有均匀和势折射率分布。并对包层后的晶纤特性进行了分析和讨论。     

基于纤芯失配的光纤布拉格光栅温度不敏感振动传感器

提出了一种基于纤芯失配的光纤布拉格光栅温度不敏感传感结构并且得到了实验验证。该传感器由一短截细芯光纤和单模光纤布拉格光栅熔接而成。光通过细芯光纤时激发出一系列包层模式,并通过纤芯失配的熔接面进入后面的光纤布拉格光栅中。其中,一些低阶模式会被光纤光栅反射耦合回传输光纤的纤芯,耦合效率与光纤的弯曲度有关。实验结果表明低阶奇数膜LP3n对光纤弯曲度有极大的灵敏度。通过对包层模式的选择性监测和能量检测方法,提高了传感器的弯曲灵敏度,并避免了温度对传感器的影响。     

基于光束传播法的偏芯光纤传输特性研究

偏芯光纤由于纤芯偏离中心轴线,其光纤传输特性与传统光纤不同。本文对常用的光纤传输特性数值模拟方法及其优缺点进行了分析比较,确定采用光束传播法对偏芯光纤的光传输特性进行研究。建立了偏芯光纤的理论计算模型,分析了偏芯光纤对应的模场分布特性。推导出偏芯光纤倏逝波的表达式,当纤芯距离包层外表面非常近或贴近外表面时,可利用倏逝波进行光学传感。运用RSoft软件中的Beam PROP模块对偏芯光纤进行了光学结构建模。基于光束传播法,对偏芯光纤中的模场特性及光功率特性进行了仿真分析,并得到了基模有效折射率和双折射与偏芯距离的变化关系。     

多孔硅的研究及其应用

多孔硅是一种新型的纳米半导体光电材料,室温下具有优异的光电特性,易与现有硅技术兼容,极有可能实现硅基光电器件等多个领域的应用。本文简明的论述了多孔硅的光电特性之后,又简单介绍了多孔硅在生物科学、照明材料及太阳能电池等多个领域内的应用进展情况,并对其发展前景作了展望。     

七芯光子晶体光纤耦合特性的研究

根据七芯光子晶体光纤(PCF)7个超模的特征,给出了七芯PCF耦合长度的一种计算方法,揭示了七芯PCF的七个超模与耦合特性之间的内在联系。利用有限差分光束传播法(FD-BPM)分析了七芯PCF的耦合特性,发现其耦合长度随着传输波长的增加而减小;随着纤芯与包层材料折射率之差和纤芯之间距离的增大而增加;还分析了七芯PCF的横向不均匀性、纵向不均匀性、位置偏移等因素对其耦合特性的影响,为设计七芯PCF的结构提供了理论依据。     

面向GPON的硅基锗探测器应用研究

锗硅探测器由于其在近红外波段有高响应度、高带宽,且与CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺兼容等优良的光电特性,已经成为近几年的研究热点之一.为了研究硅基锗APD的商用通信测试指标,结合GPON(Gigabit-capable Passive Optical Networks)接入网的技术指标要求,实验研究了硅基锗探测器的光电变换特性.采用BERT搭建了可靠的硅基锗探测器测试系统,并对探测器进行了性能测试.该设计方案可靠性高,测试数据对实际应用有一定的指导意义.测试眼图表明,该探测器可以在2.5Gbps速率下可靠检测出2电平调制符号,有在GPON光通信网络中应用的潜力.讨论了进一步降低误码率,实现低误码、高可靠性的数据通信,减小信号因内部逻辑设计而产生的误码的几种方法.其中包括采用可扩展的Aurora光纤传输协议的传输方案、集成直流平衡缓冲器(DC-balancing Buffer)的方法和加入CDR(时钟数据恢复)模块的方法.数据表明,所提出的测试方案是可行的.本试验为硅基锗探测器在GPON上应用提供可行解决方案和技术数据.     

空心光纤中LP01模的场分布和消失波场特性分析

用弱导光纤近似，分析限空心光纤的场分布和消失波场特性，得出了色散方程并进行了数值计算，结果显示，在空心光纤里，空心区域的消失波场只限制在离纤芯内壁大约０．７λ厚的一层区域内，其场强的最大值仅为芯层中导波场最大值的１０％左右，保持空心光纤的其他参数不变，只改变纤芯层与包层之间的相对折射率差，不会引起区域内消失波场２的改变只会导致光纤包场分布的改变。     

正方形多芯光子晶体光纤的有限元分析

从Helmholtz方程出发,通过全矢量有限单元法及移位迭代算法,完成了对正方形多芯光子晶体光纤同位相超模的数值模拟分析,详细分析了工作波长、包层空气占空比和两类空气孔直径对五芯光子晶体光纤的同位相超模的影响,结果表明光纤结构是影响纤芯之间模场形态的重要因素,通过优化纤芯间不同类型的空气孔直径,能实现多芯光子晶体光纤同位相超模场的各纤芯等振幅输出.     

5层空气孔单实芯纯石英光子晶体光纤仿真

为研究5层空气孔单实芯纯石英PCF特性,建立了截面空气孔为5层正六边形结构的光子晶体光纤模型,分析基模与包层模的模场分布,利用5层空气孔单实芯纯石英PCF进行仿真研究,并对有效折射率、有效模场面积、非线性特性、色散特性进行了仿真与分析。研究表明,5层空气孔结构的PCF,可以减小有效模场面积和增大非线性系数;在1 500～1 600 nm的波长范围内,随着波长增加,模场变大,相对于二阶模,基模的有效折射率更加稳定;单实芯纯石英PCF的基模与二阶模的波导色散系数也会随着波长的增加有微小的增加,但整体来看色散较为平坦,不会造成波形的明显变化,有利于信号的传输;而在同一波长下,基模的色散系数小于二阶模的色散系数,这主要是由于基模具有更加稳定的有效折射率,对光波在纤芯的束缚力较强。根据对5层空气孔单实芯纯石英PCF的仿真特性研究,为进一步进行光子晶体光纤实验研究提供了一定参考。     

一种新型高双折射高非线性的光子晶体光纤特性研究

针对光子晶体光纤高双折射高非线性的应用要求,设计了一种新型结构的光子晶体光纤,在其包层和纤芯位置分别引入大的空气孔和4个呈类矩形排列的小圆.采用全矢量有限元法(FEM)研究了该光纤的双折射、有效模面积、非线性系数及色散特性.数值研究发现,当光纤的包层孔间距为1.0μm时,波长在1.55μm处,双折射为2.45×10~(-2),同时可获得52 W~(-1)km~(-1)的高非线性系数,且该结构在波长0.6~1.8μm范围内可以得到两个零色散点.     

一种新型高双折射高非线性的光子晶体光纤特性研究

针对光子晶体光纤高双折射高非线性的应用要求,设计了一种新型结构的光子晶体光纤,在其包层和纤芯位置分别引入大的空气孔和4个呈类矩形排列的小圆.采用全矢量有限元法(FEM)研究了该光纤的双折射、有效模面积、非线性系数及色散特性.数值研究发现,当光纤的包层孔间距为1.0μm时,波长在1.55μm处,双折射为2.45×10~(-2),同时可获得52 W~(-1)km~(-1)的高非线性系数,且该结构在波长0.6~1.8μm范围内可以得到两个零色散点.     

未来5年:电脑小如电话卡

据悉,目前电脑使用的无机半导体材料大规模集成电路的单元线度为0.1毫米,且有着电脑屏幕侧看不清晰的缺点。而有机高分子却具有既能导电又能发光、透明的特性,用其制成的光电集成器件应用在电脑屏幕上,即可克服当前电脑屏幕从侧面看模糊不清的缺陷,从而又能大大提高电脑屏幕在不同角度的清晰度。     

三芯长周期光纤光栅温度传感性能研究

采用高频CO_2激光单侧曝光技术在三芯光纤中成功制备了长周期光纤光栅。研究表明,三芯光纤包层中嵌入的两个纤芯能够有效地增大光纤包层中的残余应力,在CO_2激光曝光时,残余应力释放增加,光栅质量更高。该三芯长周期光纤光栅的谐振峰3 dB带宽为2.4 nm,远小于在常规光纤上制备的光学光栅的3 dB带宽值,而窄带宽的谐振峰在传感测量过程中误差小、精确度高。在20～90℃温度范围内,传感实验结果表明,该光纤光栅的温度灵敏度为47.3 pm/℃,是一种性能良好的温度传感器。     

铒镱共掺光纤折射率与元素分布均匀性研究

针对改进的化学汽相沉积工艺结合稀土螯合物高温气相掺杂法制备的双包层铒镱共掺光纤,通过研究铒镱共掺光纤预制棒的芯层沉积层数、每一层芯层反应物流量等因素对铒镱共掺光纤纤芯折射率分布与锗元素浓度分布均匀性的影响,降低了双包层铒镱共掺光纤纤芯中心处折射率凹陷的宽度和深度,同时改善了锗元素浓度分布的均匀性,最终将铒镱共掺光纤在1 535 nm波长处的纤芯吸收系数提高到66.1 dB/m,同时将双包层铒镱共掺光纤在1 200 nm波长处的纤芯本底损耗降低到10.8 dB/km。