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。     

光学微环谐振腔的热非线性效应

微环谐振腔在谐振条件下腔内光能量会得到显著增强,但是随着该能量的不断增强,其所引发的热效应将使得微环谐振腔的有效折射率发生改变. 为此,从微环谐振腔温度、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的热非线性效应进行了研究. 结果表明,通过控制谐振腔的温度可以实现谐振频率的锁定. 同时,利用热非线性引起的双稳态效应,通过控制泵浦输入光功率大小以及功率大小改变的速率,也可以实现微环谐振腔的模式锁定. 该研究为如何稳定微环谐振腔腔内能量提供了一种解决办法.     

一种新型光学微环谐振腔加速度传感器的研究

提出了一种跑道型谐振腔与固支梁相结合的新型加速度传感器结构.采用FDTD法分析了环形微环谐振腔和跑道型微环谐振腔的光谱特性,得出具有高值的跑道型微环谐振器更适用于作传感器件,利用输出光谱在加速度作用下产生漂移的特性测得了系统的加速度值.仿真结果表明：加速度值在0~50 范围内,系统的灵敏度可达到47.7 pm/ ,并且固支梁的厚度是影响系统灵敏度的重要因素.该结构为制备高灵敏度、低成本的微型加速度传感器提供了理论基础.     

非对称耦合半导体激光器环的组间混沌同步增强研究

研究了由4个混沌半导体激光器构成的环形结构的组间同步特性。该环形结构中的四个半导体激光器被分成两组,每组两个激光器光频(波长)相同,但在结构上不相邻。在对称耦合和非对称耦合方式下,对激光器组间同步特性进行了详细研究。研究结果表明,在对称耦合方式下,激光器组间同步具有饱和效应——同步系数稳定于0.8到0.9之间。对比之下,在非对称耦合方式下,激光器组间同步系数可被提高至0.9以上,且最大值可达0.98.除此之外,在该结构下组间同步系数大于0.9的鲁棒性参数区间可达数十吉赫兹。理论分析表明,这是由不同组激光器非对称耦合方式下的注入锁定效应导致的。     

波导与微腔侧耦合中的非对称结构

研究波导与微腔侧耦合系统的光学传输特性和系统中在波导里嵌入了两个部分反射镜.结果表明,尖锐的对称线形与非对称线形都能够在传输谱线中观测到.发现微腔相对于两个部分反射镜的位置对传输谱线有重要的影响.当微腔不在两个部分反射镜的中间时,可以得到更窄的传输线形.     

Josephson结与谐振腔耦合的数值研究

根据谐振腔与Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ结耦合结构的等效电路模型,用数值计算方法研究了结与谐振腔互作用时的Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ效应,得出腔感应电流台阶主度与谐振电路的品质因素Ｑ值之间的关系;在外加微波辐照下,发现Ｓｈａｐｉｒｏ台阶高度随微波功率地的变化也有变化,并计算了损耗电阻ＲＬ对耦合结构Ｓｈａｐｉｒｏ台阶高度随海峡 波功能变化关系的影响。     

非对称结构的实频率的高阶灵敏度分析

针对非对称结构系统,利用实模态的一阶及二阶灵敏度系数控制方程的相容性,分别求出了非对称结构系统的实频率的一阶及二阶灵敏度。首先提出了一种新的实模态正交规范化方法,其次利用这种正交规范化关系解耦了一阶及二阶灵敏度系数的控制方程,从而获得了实频率的一阶灵敏度,实模态的一阶灵敏度及实频率的二阶灵敏度。由于这一求解过程具有通用性,更高阶的实频率灵敏度算法可依此类推。最后对数值算例的结果进行分析表明了本文算法的正确性及有效性。     

圆柱型谐振腔最大电磁能量耦合方法

利用微波谐振腔的谐振频率随腔内介质不同而变化这一特性可以实现液体、气体介电常数的精确测量,其中微波谐振腔与外波导的能量耦合程度将直接影响整个测试系统的性能和精度.根据电磁波在波导中的传播特性建立微波谐振腔的耦合模型.通过对谐振腔的耦合孔和波导耦合面电磁能量的仿真与分析,选择最佳匹配连接方式,使谐振腔有最大的电磁能量输出.仿真实验证明,连接波导中心与谐振腔耦合孔中心重合处不是电磁能量最大耦合位置,只有连接波导中心偏离谐振器耦合孔中心一定位置才能得到电磁能量的最大耦合.     

非对称广义特征值问题重特征值的灵敏度分析

以标准特征值问题灵敏度分析的有关结论为基础,证明了单参数非对称广义特征值问题半单重特征值的可微性,给出了特征值导数的表达式和特征向量的级数展开式.以所得结论为基础,定义了广义特征值问题半单重特征值的灵敏度,给出了确定矩阵对中敏感元素的方法.     

微扰法在微波谐振腔中的应用研究

将微扰法用于电磁波领域 ,把影响常态的参数、边界条件等变化量作为微扰 ,把未变化前的场态作为近似基态 ,通过理论推导得到了由于介质变化而引起的谐振频率变化的精确解析式 ,并用具体算例验证了该方法的正确性及简便性     

基于信号流程图理论的交叉信道微环滤波器研究

分析了一种将微环谐振器与交叉信道相结合的光学滤波器结构,采用信号流程图理论推导出其在下载端和输出端的传递函数,讨论了耦合系数对滤波器下载端输出光谱的影响。仿真结果表明:通过优化滤波器结构中的耦合系数,在下载端可实现顶部平坦、边沿陡峭的输出光谱。数值计算得出,在谐振波长1 550 nm处,滤波器的品质因子达到10~3量级,精细度为4.75,消光比为68 dB,具有良好的滤波特性,可以将该结构应用于密集波分复用(DWDM)系统作为滤波器使用;也可以将该结构级联,设计波分复用器。利用SOI材料的热光性能,通过对微环加热,发现下载端光谱向右漂移,能够实现滤波器的可调谐性。     

多环端镜激光谐振腔的探讨

多环端镜激光腔中各阶横模特性的一些计算结果表明:适当结构的这类新型腔与普通激光腔比较,可具有较大的横模选择性与基横模光斑半径.不考虑开孔衍射的准几何光学理论不适用于这类新型腔.新型腔可使某些单横模工作激光器的最佳输出功率约为应用相应的普通激光腔时的两倍或两倍以上.     

鼓式制动器噪声的结构间环耦合理论模型

试验研究制动器结构参数对制动噪声的影响，建立鼓式制动器高频噪声问题的结构闭环耦合模型，运用Ｈａｍｉｌｔｏｎ变分原理推导该问题的结构闭环耦合动力学方程。并针对某车通过改变制动底板的结构参数，利用本模型进行计算分析。”理论分析与试验结果在一定程度上定量一致。本理论模型是针对双领蹄型鼓式制动器建立的，但可在改变局部结构和边界条件的情况下适应于任何型式的鼓式制动器。     

电大尺寸矩形谐振腔耦合场的神经网络预测

以电大尺寸的矩形谐振腔局部点的前后门耦合场的计算,通过神经网络方法实现其他点耦合场的预测,判定矩形谐振腔的电磁敏感点.由于电大尺寸的矩形腔很难通过全波分析或小波分析获得特定条件下的耦合场,而神经网络方法不需考虑内部模型的复杂性便可实现非线性预测,因此将人工神经网络方法应用于电磁预测中可实现矩形腔耦合场的计算.通过电大尺寸矩形腔前后门耦合场实验方案,提取了目标参数,创建了BP神经网络的预测模型.即在平面波照射下,以入射波的功率,极化方向,预测点的位置坐标作为BP网络的输入参数,相应点的功率(电压)作为输出参数,经过适当的训练,建立耦合场的预测模型,并以此模型预测了腔体内探测点的耦合场.预测结果与实测结果相比较显示了该方法的有效性和准确性,为电大金属腔耦合场的计算提供了一种有效的方法.     

非对称耦合量子阱中的光学克尔效应研究

详细研究了GaAs/AlxCa1-xAs非对称耦合量子阱的光学克尔效应,并利用紧束缚密度矩阵方法及迭代法导出了光学克尔效应的解析表达式.数值结果表明,入射光强、弛豫率和结构参数(如势垒宽度和右阱宽度)对光学克尔效应有明显的影响;通过优化入射光强、弛豫率和结构参数,可以获得比量子盘模型的克尔系数大四个数量级的克尔系数,其...     

耦合极限环系统的混沌研究

在考虑振子振幅变化的情况下，耦合极限环系统的随着耦合强度的增大出现了混沌，当耦合强度超过临界值时，混沌又会消失而成为准周期运动．     

级联微环电光开关阵列的理论分析

给出了一种用作电光开关的微环阵列模型.在工作波长为1 550 nm的情况下,对于4微环5信道的级联结构,依次在第i个微环上施加工作电压,第i条信道的输出光功率随电压的增大能快速地增加并达到饱和.模拟结果表明,所设计器件的开关电压为7. 5 V,器件的插入损耗处于1. 3～4. 5 d B之间,串扰小于-8. 0 d B.     

压电微马达控制的激光谐振腔调节器

压电微马达控制的激光谐振腔调节器董蜀湘霍玉晶王树昕邱海波（清华大学北京１０００８４）本文报道了作者发明的压电微马达控制的激光谐振腔调谐系统。该压电微马达控制的激光谐振腔调节器，在新型激光器的研究中得到了很好的结果。此种压电微马达基于波动驱动原理。压电...     

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。     

关于金纳米圆柱环折射率灵敏度的规律研究

基于边界元理论对不同形状和大小的金纳米粒子进行了仿真和理论分析,通过在不同折射率的介质中得到的消光光谱,得出相应的灵敏度曲线.经过多次的拟合和理论分析,发现当金纳米圆柱环满足R/h是定值且r=R-h时,折射率灵敏度几乎不变这一规律,为金纳米圆柱环的制备提供了仿真的理论依据.