表层厚度渐变一维耦合腔光子晶体的反射相位特性及其应用

利用传输矩阵法研究了表层厚度渐变的一维非对称耦合腔光子晶体的反射相位特性. 研究表明, 光子禁带内(包括缺陷模附近)的反射率在98%以上, 且基本不受表层厚度影响, 特别是, 在非正入射情况下, 简并的缺陷模随着表层厚度的变化会发生分裂; 进一步研究发现, 在缺陷模分裂处附近, TE, TM偏振的反射相位以及它们之间的相位差均敏感地依赖于表层厚度的变化, 从而使得反射光的偏振态也随表层厚度的变化而敏感变化, 其物理机理在于缺陷模分裂所造成的剧烈相位变化. 基于上述特性, 设计了一种表层厚度呈二维周期变化的一维光子晶体结构, 从该结构反射的激光经透镜聚焦后, 在聚焦区域同时存在各种偏振态(包括沿不同方向的线偏振、左旋或右旋圆偏振、椭圆偏振等)的子光束, 它们叠加后在聚焦区域将产生具有无规相位和无规偏振态的光场. 以上结果能有效降低激光的相干性, 在激光核聚变等领域有潜在的应用价值.     

光子晶体光纤中交叉相位调制光谱展宽特性研究

实验研究了超高速时分复用信号与探测光同向传输,在色散平坦高非线性光子晶体光纤中的交叉相位调制光谱展宽特性,从光谱学的角度分析了信号光波长漂移,泵浦光与信号光总功率及功率比,二者偏振态失配对交叉相位调制光谱展宽效应的影响,探讨了实现偏振不敏感交叉相位调制效应的可行性。研究发现,在36 nm波长范围,总功率大于23 dBm,泵浦光与信号光功率比合理,二者偏振态匹配时交叉相位调制效果最好,交叉相位调制的偏振相关性为11 dB,指出利用色散平坦高非线性光子晶体光纤中的残余双折射,调节泵浦光与光纤双折射主轴成45°,可以实现偏振不敏感交叉相位调制效应,随后的理论模拟和实验结果相一致。研究结果为实现基于交叉相位调制原理工作的超快全光信号处理器件作了充分准备。     

光子晶体光纤及其在光通信中的应用

简述三类光子晶体光纤(Photonic crystal fibers,PCF)的结构、导光机制及特性,介绍了PCF的研究现状和在光通信中的应用,并探讨了PCF的应用前景。     

光子晶体光纤四波混频光谱中相位匹配特性的研究

与传统光纤不同,光子晶体光纤可以具有多个零色散波长,在四波混频光谱中,具有更丰富的相位匹配特性。目前很多文献报道了光子晶体光纤非线性光学特性的实验结果,但对其产生机理及光谱的变化规律缺乏详细的理论分析。为此对光纤中四波混频原理进行了分析,给出了高增益的相位匹配条件。利用多极法计算了光子晶体光纤的非线性系数及色散特性。对具有多个零色散波长光子晶体光纤的相位失配特性进行了分析,得到了相位匹配波长随泵浦波长及泵浦功率的变化规律。给出了相位匹配曲线,分析了不同色散曲线的相位匹配波长特点,两个零色散波长光子晶体光纤,在四波混频光谱中将激发出四个新的波长。实验得到了两个零色散波长光子晶体光纤的四波混频光谱,与理论分析一致,验证了相位匹配理论的可靠性。多个零色散波长光纤,能产生丰富的相位匹配曲线,会出现更多的四波混频波长,可以有效的控制光孤子及超短脉冲的四波混频及共振散射产生的光谱特性。为光子晶体光纤中基于四波混频的波长变换及超连续谱的研究提供了理论指导。     

二维非线性光子晶体中的高阶准相位匹配谐频

在二维正方晶格的周期性极化铌酸锂晶体中，通过调节基频光波长实现了皮秒光束的高阶共线及非共线准相位匹配谐频过程，在垂直于入射光束的方向上观察到了多对红、绿、蓝三种颜色的谐频光斑.同时，通过改变晶体的入射角度也实现了基频光的高阶谐频过程.实验与理 论符合得很好，这一结果对光电子集成及紧凑器件的研究发展有重要的指导意义. 关键词： 高阶准相位匹配 二维非线性光子晶体 频率转换     

光子晶体光纤气体传感器

光纤传感器因其具有体积小、 抗电磁干扰、 灵敏度高、 可以形成分布式测量等优势, 成为传感领域研究的热 点之一. 介绍了光子晶体光纤气体传感器的基本原理、 分类及最新研究进展, 并指出了今后研究需要解决的问题     

基于光子晶体光纤的相位再生器的设计及优化

采用光子晶体光纤构成一个Sagnac环,在锁相本地振荡抽运源的驱动下,形成一个相位再生器,实现对差分相移键控调制信号的相位和幅度再生.理论推导了入射光信号经过相位再生器后的光场分布,讨论了不同入射信号光功率下,抽运光与信号光的相位差以及光子晶体光纤长度对信号功率增益的影响,给出了相位再生器的最优参数,数值模拟了信号再生前后的相位分布、强度分布及误码率,取得了很好的再生效果. 关键词： 光通信 相位再生 光子晶体 差分相移键控信号     

光子晶体及其应用

 过去的50年中,人们通过对半导体的深入研究及其广泛应用,极大地推动了电子工业和信息产业的发展。在电子信息领域,较小体积的电路和更高的信息交换速度是当今科学家不断追求的目标。我们知道线路越细,电阻就越大、能量散失就越多,而更高的速度则提高了信号同步的准确性要求。在电子线路已经发展到极限的今天,科学家们把注意力转向了光。这是因为光子有着电子所不具备的优势:速度快,彼此间不存在相互作用。如果能实现这一点,信息的传输速度将快得无法想象。我们虽然已经朝这个方向迈出了可喜的一步--光纤的使用,但是对于信息的输入和输出,光纤依靠的仍然是传统的电子器件,这大大限制了信息的传输效率。光子晶体可能将扭转这一局面。     

一维光子晶体材料中的光学传输特性

研究了光在一维周期性介电材料中的传播特性,指出传统的高反膜只是光子晶体的一个特例,从而从光子晶体的角度对多层膜系的设计提出了一条新的思路,同时研究了材料的介电常数以及结构与高反带带宽之间的关系。最后通过在多层膜中引入掺杂（中间一层被另一种介质所代替）,得到第一能隙中掺杂模式的频率与掺杂材料的介电常数之间的对应关系,由此提出一种精确测量介质介电常数的方法。     

可调光子晶体研究进展

可调光子晶体是光子晶体研究中的一个新领域，文章简单介绍了当前可调光子晶体的发展状况，阐述了其调制机理及存在的问题，同时论述了可调光子晶体的发展趋势。     

Tunable and highly sensitive temperature sensor based on graphene photonic crystal fiber

Optical fiber temperature sensors have been widely employed in enormous areas ranging from electric power industry, medical treatment, ocean dynamics to aerospace. Recently, graphene optical fiber temperature sensors attract tremendous attention for their merits of simple structure and direct power detecting ability. However, these sensors based on transfer techniques still have limitations in the relatively low sensitivity or distortion of the transmission characteristics, due to the unsuitable Fermi level of graphene and the destruction of fiber structure, respectively. Here, we propose a tunable and highly sensitive temperature sensor based on graphene photonic crystal fiber (Gr-PCF) with the non-destructive integration of graphene into the holes of PCF. This hybrid structure promises the intact fiber structure and transmission mode, which efficiently enhances the temperature detection ability of graphene. From our simulation, we find that the temperature sensitivity can be electrically tuned over four orders of magnitude and achieve up to ～ 3.34×10^-3 dB/(cm·℃) when the graphene Fermi level is ～ 35 meV higher than half the incident photon energy. Additionally, this sensitivity can be further improved by ～ 10 times through optimizing the PCF structure (such as the fiber hole diameter) to enhance the light-matter interaction. Our results provide a new way for the design of the highly sensitive temperature sensors and broaden applications in all-fiber optoelectronic devices.     

基于光子晶体光纤的弱压力传感器研究

利用有限元法仿真了光子晶体光纤的双折射与横向压力之间的关系,研究弱压力条件下光子晶体光栅的特性。虽然光子晶体光纤比传统的阶跃光纤对压力更为敏感,但弱压力导致的双折射变化很小,应用测量布拉格波长的变化测量压力的变化比较困难。采用偏振相关损耗来测量外界微弱压力导致的双折射变化。仿真结果表明：利用偏振相关损耗的方法,测量灵敏度可达0.75dB/MPa。     

High sensitivity plasmonic temperature sensor based on a side-polished photonic crystal fiber

A high sensitivity plasmonic temperature sensor based on a side-polished photonic crystal fiber is proposed in this work.In order to achieve high sensitivity and high stability,the gold layer is coated on the side-polished photonic crystal fiber to support surface plasmon resonance.The mixture of ethanol and chloroform is used as the thermosensitive liquid.The performances of the proposed temperature sensor were investigated by the finite element method(FEM).Simulation results indicate that the sensitivity of the temperature sensor is as high as 7.82 nm/℃.It has good linearity(R;=0.99803),the resolution of 1.1×10;℃,and the amplitude sensitivity of 0.1008℃;.In addition,the sizes of the small air hole and polishing depth have little influence on the sensitivity.Therefore,the proposed sensor shows a high structure tolerance.The excellent performance and high structure tolerance of the sensor make it an appropriate choice for temperature measurement.     

光子晶体压力传感器的基本原理

通过研究一维光子晶体受压力后其光带隙性能的变化，提出了光子晶体压力传感器的原理.计算表明，压力的大小与禁带起始波长、截止波长和禁带宽之间呈简单的线性对应关系.这就提供了通过测量光带隙性能而感知外载荷或者通过施加载荷而调制光带隙性能的可能.由于光子晶体的结构周期和光波波长为一个数量级，也就有可能制造出一系列精巧的压力、温度传感器或者其他精密仪器. 关键词： 压力传感器 光子晶体 光带隙性能     

基于表面等离子体共振和定向耦合的D形光子晶体光纤折射率和温度传感器

利用光子晶体光纤结构的灵活性和性能的优越性, 设计了一种基于D形光子晶体光纤的折射率和温度传感器. 在D形光子晶体光纤表面抛磨并镀上金纳米薄膜, 作为表面等离子体共振传感通道用来测量液体折射率; 在包层的一个空气孔中填充温敏液体甲苯, 作为定向耦合通道实现对温度的测量. 进一步的数值计算发现, 基于定向耦合效应的温度传感和基于表面等离子体共振的折射率传感相互独立, D形光子晶体光纤同时进行折射率和温度传感检测. 在各向异性的完美匹配层边界条件下利用全矢量有限元法对该传感器特性进行了数值研究, 发现D形光子晶体光纤的空气孔直径决定了定向耦合吸收峰的中心波长和温度传感的灵敏度, 金薄膜的厚度和D形结构的抛磨深度仅影响表面等离子体共振峰的相对强度. 结果表明: 该传感器在-10–80 ℃的温度范围内具有11.6 nm/℃的温度灵敏度, 在1.34–1.44折射率范围内折射率灵敏度最高可达26000 nm/RIU.     

基于光子晶体分光的气敏传感器研究

本文利用微机电系统技术实现气敏传感器的主要思想,设计了基于超棱镜效应的光子晶体分光系统,它能够实现高精度的分光,使得光谱仪的分辨率有很大程度的提高,并且为应用于许多光学系统的新型分光元件的研究提供新的思路和基础. 关键词： 气敏传感器 光子晶体 超棱镜 负折射     

基于不同液晶填充光子晶体光纤传输特性的研究

将5种不同折射率的液晶分别填入实芯光子晶体光纤的空气孔中, 通过改变外场条件, 研究其输出光谱的变化规律, 并进行了理论模拟分析. 结果表明: 填充液晶后, 输出光谱由全通变为多个波峰的带隙式; 同时, 液晶的折射率差值越大, 其波峰位置越向长波长方向移动, 且相对光强的对比度可以达到16 dB; 温度由20 ℃上升到85 ℃时, 波峰向短波长方向移动, 最大调控范围可达41 nm; 调节电压从0-250 V, 输出光谱的相对光强变小, 但波峰具有较好的稳定性; 在室温下, 波峰不随入射光偏振态的变化而变化. 该液晶光子晶体光纤可应用于温控可调谐滤波器或电控衰减器.     

Liquid refractive index sensor based on slow light in slotted photonic crystal waveguide

A high sensitive and compact refractive index sensor based on slotted photonic crystal waveguide (S-PhCW) is demonstrated. This design is worked on a Mach–Zehnder interferometer (MZI) configuration with S-PhCW as the measuring arm, which can be used to detect any changes in refractive index that correspond to different concentration of the measuring liquid. Combining the slow light enhancement in photonic crystal waveguide (PhCW) with the advantage of excellent optical confinement in slot waveguide, the sensitivity of this simple scheme can reach to 2.3 × 10⁹ nm/RIU with the active region of only 1 mm long.     

圆环结构磁光光子晶体中的拓扑相变

二维圆环结构的三角晶格磁光光子晶体中可以呈现多重拓扑相.在不同的几何参数和磁场下,这些拓扑相包括正常光子带隙相、量子自旋霍尔相和反常量子霍尔相.与文献[1]类似,该结果展现了二维光子晶体丰富的拓扑相变现象.     

光子晶体异质结的位相和应用

研究了由不同周期结构的光子晶体组成的异质结和含耦合杂质的光子晶体异质结的位相. 发现光子晶体异质结使光子晶体杂质模的反射率接近1,但反射相移不随反射率的改变而改变,反射相移只由前边的子光子晶体的禁带、通带或耦合杂质模中的子峰决定. 即异质结的前边的子光子晶体的耦合杂质模中的每一子峰、每一通带或禁带对应的反射相移为2π. 对多杂质耦合的结构,反射相移很灵敏,可用于制作高灵敏光子器件. 以全光位相与非门为例描述全光位相逻辑门的方案和可行性. 另外,这些特性对研究位相有关的新物理过程和现象有意义. 关键词： 光子晶体 位相 异质结 耦合杂质