非对称金属包覆左手介质平板波导的微扰分析

基于微扰方法分析非对称金属包覆左手介质平板波导的特性,给出了该波导的复有效折射率的一级近似解,并对波导的传输特性和损耗特性进行了数值模拟.结果表明:非对称金属包覆左手介质平板波导没有零阶模式;TE1模传播系数随波导厚度的增加迅速减小,损耗系数随波导厚度的增加快速增加,达到最大值后又迅速减小;非对称金属包覆左手介质平板波导传输特性相对于左手介质三层平板波导传输特性发生了很大改变,TM1模,TM2和 TE2模式以及更高阶模式在截止厚度附近出现双值现象;特别在二阶及高阶模式中,TE模式相对于TM模式具有高传输低损耗的特性,而以右手介质为芯层的金属包覆波导不具有这一特性.     

二维正方光子晶体波导中的慢光传输

采用平面波展开法分析了正方晶格光子晶体线缺陷波导中的慢光传输.数值模拟结果表明,介质柱光子晶体线缺陷波导中,缺陷模的群速度与填充比、缺陷处介质柱半径及与波导相邻介质柱半径有关,其中缺陷处介质柱半径对缺陷模的群速度影响最大|随着填充比和缺陷处介质柱半径的增大及与波导相邻介质柱半径的减小,缺陷模的群速度逐渐减小且最小减至0.015c.进而对比研究空气柱光子晶体线缺陷波导,发现缺陷模的群速度随着缺陷处空气柱半径的减小而减小,最小减至0.008c.     

不对称左手介质平板波导模式特性分析

对不对称左手介质平板波导的几个低阶的TE模和TM模进行了数值计算,得到了模式特征方程,分析了归一化传播常数β/k_0随平板厚度d变化的色散关系,作出了模式的电场E_y(x)分布．在左手介质平板波导中,每一模式都有截止点, TE_0模和TM_0模不出现,在我们给出的特定的介质参数下,TE_1模和TM_1模不能和其他高阶模式共存,其归一化传播常数β/ k_0随k_0d的增加而减小．给出的结果对左手介质元器件的研究有实际的参考意义．     

色散渐减光纤中超连续谱产生的数值模拟及优化

从脉冲在光纤中传输所遵循的广义非线性薛定谔方程出发,通过数值模拟对色散渐减光纤产生超连续谱(SC)进行了研究.结果表明:色散渐减光纤的色散斜率k、色散参量D0、参量L0和R及脉冲的峰值功率、脉冲宽度对SC谱的产生有着极其重要影响|在色散渐减光纤产生超连续谱的过程中,三、四阶群速度色散甚至更高阶群速度色散对超连续谱的影响完全可以忽略,但高阶非线性效应对SC谱的产生影响很小|计算表明对光纤和脉冲的各参量进行优化选择后,可以获得宽而平坦的超连续谱.     

基于PPKTP波导产生多通道光子对

提出了一种基于PPKTP波导利用自发参量产生多通道纠缠光子对的方案.计算在使用脉冲,连续激光,Ⅰ型、Ⅱ型相位匹配这些不同条件下,同时产生位于通信波段的多通道纠缠光子对的特性.结果显示该方案能够为量子密钥分配网络提供更为高效易行的方案.     

通信波段金属包覆波导传播特性研究

采用等效折射率的方法,以金、银、铜作为金属材料,计算了入射波长为1550nm时,2种不同结构金属包覆波导的几何色散关系、场分布特征及损耗情况。采用金属为衬底的非对称包覆结构进行计算,结果表明TE模的特点与全介质波导的情况类似。采用双面金属对称包覆结构进行计算,计算表明TM0模由金属-介质界面处的表面模对称结合而成,其等效折射率不在导模的范围之中,TE模和TM1模等效折射率的范围大于全介质波导的情况,TM1模由金属-介质界面处的表面模反对称结合而成。     

含单负材料的不对称平板波导的传导模

利用图解法系统地研究了由不同类型的单负材料作为包层的三层平板波导的模式特征.研究表明单负介质波导具有一系列奇异的特性,与传统介质波导或左手介质波导相比,此波导的芯区横向振荡导模的模折射率范围较大.除0阶导模外,其它TE,TM导模均为芯区横向振荡模,且同阶的TE、TM模的色散曲线几乎重合,只有0阶的TE,TM模才可以支持表面波的传播.单负介质的结构参数对0阶导模的影响较大.一定条件下,波导中可以出现0阶导模的完伞缺失或仅支持表面波的传输,还会出现超慢波现象,甚至可以共生都是后向波的0阶双模.     

便携式表面等离子体共振传感器温度特性

采用美国德州仪器公司开发的Spreeta系列小型化SPR传感模块,实验研究了环境温度变化对便携式表面等离子体共振传感器工作特性的影响.发现随着温度的升高,共振角度向小角度方向移动,并提出了完整的理论分析模型.该模型讨论了环境温度变化对金属薄膜、棱镜、待测物的物理性质的影响,模拟结果与实验测量结果吻合得很好.     

锥形光纤探针荧光信号分析与优化设计

利用建立的生物传感器系统信号分析模型,以锥形探针为例对荧光信号归一化功率分布、探针的传输效率、探针的收集效率、探针的有效收集效率及系统探测值等物理量进行了详细的理论分析,并以此为基础,得到了锥形探针的优化设计参量.实验表明,理论分析给出的优化设计参量与实验结果符合得较好.      

含左手材料对称三层平板空气波导的模式特性

研究了左手材料作为衬底及覆盖层的对称三层平板空气波导的传输特性.快波和慢波都可以在这种波导中传播.快波不存在基模模式,只有0阶和1阶的TE或TM模才会出现慢波.当左手材料的相对介电常量和相对磁导率相等时,TE、TM模式完全简并,当其相异时简并消除.可以存在同阶模式的双传播模.     

二维随机体系中长寿命模的研究

用时域有限差分法求解Maxwell方程,数值研究了TM模在二维随机散射体系中传输,通过傅里叶变换得到不同几何参量和光学参量的散射体系内长寿命模的频谱。计算得出宽带脉冲源激励随机散射体系后,存在于随机体系中的长寿命模频谱以分立频率窗口的形式存在。建立了用以解释长寿命模以分立频率窗口存在的物理模型,该模型与数值研究结果吻合较好,论证了存在于随机散射体系中长寿命模的形成机制与传统光学谐振腔内冷腔模形成机制的相似性。     

金属包层对称平面单轴晶体波导的模式场(Ⅱ)

对于晶体光轴平行于波导界面的结构,讨论了光在金属包层对称平面单轴晶体波导(波导层是单轴晶体,两个波导界面均为金属)内的传输特性.解析地得到了这种结构下波导模式场的精确解.模式场的性质因单轴晶体的性质不同而异.对于正单轴晶体,波导的主模是横电波,任何频率的光波均可激励该模式;当频率满足一定条件时,波导内传输单模,否则,将激励起高阶模式.高阶模既非TE波,也非TM波,而是两者耦合而成的混合模.对于负单轴晶体,波导的主模是一种混合模,该模式同样可被任何频率的光波所激励;当频率满足一定条件时,波导内传输单模,否则 关键词： 平面金属波导 单轴晶体 模式场 混合模     

A partially reflecting metal cladding: its effect on the modes of dielectric optical waveguides

If the metal cladding of a dielectric optical waveguide is sufficiently thin to be only partially reflecting, then the waveguide modes differ from those of the conventional metal-clad waveguide. The TE modes are little affected by a variation in the metal thickness but the TM modes change considerably due to a coupling between the waveguide modes and the surface plasma waves supported by both the metal: dielectric interfaces and the metal film. It is the refractive index of the dielectric cladding which is remote from the guiding core that determines whether the lowest order TM mode is the TM₀ or TM₁ mode. This dielectric cladding also strongly influences the attenuation of the TM modes and, if the guide supports a TM₀ mode, then the attenuation of the TM modes far from cut-off are an order of magnitude higher than that of the corresponding modes when the guide cannot support a TM₀ mode. If the guide can support a TM₀ mode then its dimensions can be chosen such that it will support the TE_N and TM_N modes with equal phase velocities. A lossless approximation is used to develop an expression which will specify the required guide dimensions directly and parametric plots of these dimensions are discussed.     

某空间望远镜相关跟踪系统摆镜的设计与研究

分析了相关跟踪系统摆镜的设计要求,对摆镜的减重方式进行了研究.选择SiC材料作为镜体材料,设计了三种镜体结构.使用Ansys作为求解器对所设计的镜体结构进行了自重条件下的静力分析,以及频率为100 HZ、振幅±0.1 mrad时的瞬态动力学分析,并给出了不同镜体结构下的计算结果比较.为便于处理有限元结果数据和光学表征参量的关系,在MATLAB环境下编写了统一数据处理程序.计算结果表明所设计的三种方案能够满足光学系统的性能要求.     

电磁波在负折射材料填充的3层平板波导中的传播特性

从电磁场理论出发对负折射材料填充的3层平板波导的传播特性进行研究,并进行了数值计算,分析TE和TM波在平板中传播的性质,得到了电磁波的模式方程,与电磁波在右手材料填充的平板波导中的传播特性做了对比,考察了TE模式的能流密度,进行了归一化计算。结果分析表明：基模、一阶模不存在,且任何模式都存在一个截止厚度,随着厚度的增大,模式数量也增多;在一定的入射频率下,平板薄膜厚度趋向一定数值时,可以同时传播多种模式的波,并且入射波频率越高,波导同时存在多种模式的可能性越大;与右手材料相比,左手材料填充相同尺寸的3层平板波导可以传播更高能量的电磁波,导波效果更好。     

Guided modes in slab waveguides with a left handed material cover or substrate

We study guided modes propagating along a dielectric slab waveguide with a left handed material (LHM) cover or substrate. The dispersion relation is derived by using normalized waveguide parameters. An analytical method is then proposed to calculate the universal dispersion curves. Different from a slab waveguide with a LHM core, we find that guidance properties are strongly dependent on dielectric permittivity ε and magnetic permeability μ of the substrate and cover layers. For oscillating guided modes, fundamental zero order mode is not always absence, sometimes it exists in a restricted range of normalized propagation constant. First order mode behaves as other higher order modes and exists up to infinite high frequency. Higher order modes have no double degeneracy in the case of LHM cover layer. For surface guided modes, the existence and the type of the mode solutions with respect to different parameters are classified systematically and discussed in detail. Unlike a slab waveguide with a LHM core where the dispersion curve of TE₁ surface mode continues with that of oscillating TE₁ mode, the dispersion curve of TE₁ surface mode continues with that of oscillating TE₀ mode. It seems that the two different kinds of modes compensate each other to form one whole mode. Both TE and TM guided modes are discussed.     

对称单负介质包层平面波导的模式特征

系统研究了负μ材料(MNG)作为包层的对称三层平板波导的传输特性. 研究发现,这种波导既支持快波的传播,又支持TE₀,TE₁模式的慢波传输. 其模式特性不同于左手介质波导和传统介质波导,导模存在的模折射率范围要比它们的大. MNG波导的TE₀快波模缺失,且TE_m模(m>1)的传播常数大于TM_m模的传播常数. TE_m模具有双模特征,且与波导的结构参数密切相关,导致波导中的净能流出现负值. 关键词： 单负介质 平板波导 快波与慢波 传播常数     

掺镱双包层光纤激光器的径向偏振振荡

通过在腔内放置汇聚型布儒斯特角轴锥体,并对增益光纤采用双端泵浦, 实验上实现了掺镱双包层光纤激光器的径向偏振模振荡.对增益光纤的末端做了斜角抛光,抑制了光纤端面间的寄生振荡,减小了在低泵浦功率下被放大的自发辐射光份额.该激光器的域值约为175 mW,斜率效率13.8%,激发波长约1085 nm.当泵浦功率达到最大值460 mW时,获得了39 mW的激光输出功率,其光束偏振纯度和圆柱形对称性有显著改善.     

GaN及AlGaN薄膜透射光谱的研究

利用透射光谱矩阵光学原理,对三种GaN或AlGaN外延薄膜的透射光谱进行了分析.在传统的透射光谱拟合方法的基础上,添加了表征材料表面粗糙度、膜内散射情况的拟合参量,拟合曲线与实验曲线达到了准确的吻合.结果表明：外延薄膜透射光谱的拟合可以准确提取出材料的消光系数、表面状况、散射情况、折射率及厚度,从而对样品质量作出详细的分析.