双光子吸收对光子晶体定向耦合全光开关的影响

 利用时域有限差分方法,在非线性条件下,考虑双光子吸收效应的同时,建立了分析2维光子晶体定向耦合波导光开关的模型。数值计算结果表明,对于长度较短的波导耦合器件,在强控制光和非线性条件下,双光子吸收效应会对波导的耦合作用产生一定的影响,从而改变入射光的透射特性,使光开关控制的动态过程发生变化。故而在设计全光开关器件时,对强控制光条件下的非线性双光子吸收效应有必要作为影响因素考虑进去。     

光脉冲在孔硅波导中的非线性调制过程与波形特征分析

研究了具有不同中心载波波长的高功率双脉冲在微纳孔硅波导中的非线性光学过程和输出脉冲在时域与频域的波形特征。结果表明,由于双光子吸收、自由载流子吸收、自由载流子色散、自相位调制和交叉相位调制的非线性效应作用,在波导输出端,目标脉冲的不对称时域和频域脉冲波形被观察,而且脉冲波形的改变依赖于注入功率、初始宽度、波导长度和脉冲时延参数。     

传输矩阵法分析微环谐振器阵列传输特性

微环谐振器可用作未来高密度、超大规模集成光路的基本构件,其重要发展方向之一是多环化、阵列化,微环谐振器阵列近来成为研究的热点。基于定向耦合器、环形谐振腔、直波导腔的基本单元传输矩阵,建立了用于分析微环谐振器阵列传输特性的传输矩阵模型。讨论了列间距对传输特性的影响,并数值模拟了不同尺度的奇数行和偶数行情况下谐振器阵列的传输特性。结合此传输矩阵模型,讨论了通过改变微环谐振器阵列的尺度以及耦合系数以实现滤波特性改善的方案。最后数值研究了最小尺度微环谐振器阵列传输特性与腔间耦合系数的关系。     

集成马赫-曾德尔热光耦合器的可调谐振环优化设计

根据耦合模理论,推导出可调谐光波导谐振环的光强和相位传递函数的表达式,并分析了可调谐谐振环的传输特性.结果表明,谐振环中集成的马赫-曾德尔耦合器的参量设定和调谐方式直接影响谐振环的谐振频率移动范围和调制功率.通过改变耦合器参量对谐振环进行优化设计,在中心波长为1550 am附近,谐振环半径2 cm,传输损耗0.08 dB/cm的情况下,实现了清晰度和最佳谐振深度的调谐,谐振频率的移动范围低于0.027 GHz,降低了谐振环对频率调制器的调频要求,同时降低了耦合器的调制功率.     

全光数字光开关和光限幅器

分析了级联单端输入非线性光波导耦合器的输出特性。理论分析表明这类器件具有极好的开关、限幅以及稳定光功率的特性。调整耦合器的耦合长度,可改变开关的阈值功率和限幅器的门限,且随着级联耦合器数目的增加,开关的动态开关区、消光比以及输出功率的起伏下降。数值分析表明,级联耦合器作为全光开关,消光比可小于－９０ｄＢ,动态开关区可小于３×１０－４Ｐｃ;作为光功率稳定器和光学限幅器,其输出光功率起伏可小于１０－７Ｐｃ。     

GaAs在光通讯波段的超快非线性光学研究

采用Z-扫描和泵浦-探测技术,在光通讯波段对砷化镓(GaAs)单晶进行了非线性动力学以及非线性光学的实验研究.飞秒泵浦-探测实验结果表明,三阶非线性光学效应源于砷化镓单晶对飞秒激光的瞬态双光子吸收,而五阶非线性光学效应源于砷化镓单晶双光子吸收诱导的自由载流子吸收效应.通过Z扫描实验,得到了关于GaAs单晶所有的非线性光学参数,包括双光子吸收系数、三阶非线性折射系数、双光子吸收诱导的自由载流子吸收截面以及双光子吸收诱导的自由载流子折射截面.结果表明,砷化镓单晶在制造光限幅器件和光电探测器方面具有良好的发展前景.     

GaAs在光通讯波段的超快非线性光学研究（英文）

采用Z-扫描和泵浦-探测技术,在光通讯波段对砷化镓(Ga As)单晶进行了非线性动力学以及非线性光学的实验研究。飞秒泵浦-探测实验结果表明,三阶非线性光学效应源于砷化镓单晶对飞秒激光的瞬态双光子吸收,而五阶非线性光学效应源于砷化镓单晶双光子吸收诱导的自由载流子吸收效应。通过Z扫描实验,得到了关于Ga As单晶所有的非线性光学参数,包括双光子吸收系数、三阶非线性折射系数、双光子吸收诱导的自由载流子吸收截面以及双光子吸收诱导的自由载流子折射截面。结果表明,砷化镓单晶在制造光限幅器件和光电探测器方面具有良好的发展前景。     

并联结构微光纤双结谐振器中的慢光效应

为了研究基于微光纤的谐振器中的慢光效应,设计并制作了并联结构的微光纤双结谐振器.基于环形谐振器和方向耦合器理论,提出并联结构微光纤双结谐振器的理论模型,分析了该谐振器中光场传输和耦合的方向,推导了该谐振器中输出光场与输入光场之间的数学解析式和群延时表达式.通过数值模拟,给出了有关该谐振器的透射光谱和群延时,分析了群延时与透射光谱中谐振波长的对应关系.数值结果表明在该谐振器中,大的群延时能够在具有大消光比的谐振波长处产生.实验制作了一个并联结构的微光纤双结谐振器,测得的透射光谱与理论模拟相一致,验证了该谐振器理论分析的正确性.利用示波器上脉冲延时的方法,搭建了慢光延时测量系统,测得该谐振器中大约75 ps的群延时,远大于现有文献中的值.该谐振器可用于微纳光学的数据延时线、光学开关和光学存储等.     

并联结构微光纤双结谐振器中的慢光效应（英文）

为了研究基于微光纤的谐振器中的慢光效应,设计并制作了并联结构的微光纤双结谐振器.基于环形谐振器和方向耦合器理论,提出并联结构微光纤双结谐振器的理论模型,分析了该谐振器中光场传输和耦合的方向,推导了该谐振器中输出光场与输入光场之间的数学解析式和群延时表达式.通过数值模拟,给出了有关该谐振器的透射光谱和群延时,分析了群延时与透射光谱中谐振波长的对应关系.数值结果表明在该谐振器中,大的群延时能够在具有大消光比的谐振波长处产生.实验制作了一个并联结构的微光纤双结谐振器,测得的透射光谱与理论模拟相一致,验证了该谐振器理论分析的正确性.利用示波器上脉冲延时的方法,搭建了慢光延时测量系统,测得该谐振器中大约75ps的群延时,远大于现有文献中的值.该谐振器可用于微纳光学的数据延时线、光学开关和光学存储等.     

掺铒光纤非线性耦合器的实验研究

提出一种耦合参量可用光调控的掺铒光纤非线性耦合器.用熔融拉锥法熔合两根掺铒光纤，拉制成工作波长为155nm的3dB掺铒光纤耦合器.通过调变输入耦合器一臂的980nm泵浦光功率，可以改变两臂的传播常量差，从而改变耦合器两臂信号光的相对输出功率.通过测量输入泵浦光功率和两臂信号光输出功率，得到直通臂耦合比依赖于泵浦光功率的实验曲线.实验研究表明，当泵浦光功率从0 mW变化至20 mW时，耦合比的变化可达到40％.与理论模拟的结果一致.     

具有皮秒量级开关窗口的光波导微环谐振器

提出一种可以产生皮秒量级开关窗口的光波导微环谐振器,对其设计与性能进行了分析和研究。采用多环层叠结构来设计微环谐振器的传输特性曲线,利用特性曲线的非线性特征,在正弦电压的作用下改变材料的折射率可获得一个较窄的开关窗口。采用耦合矩阵理论研究了系统的调制特性以及开关窗口特性,分析了开关窗口宽度和消光比与驱动电压的关系。研究结果表明,10 GHz驱动电压情况下,开关窗口宽度、消光比和插入损耗可以分别优于10 ps,40 dB和1 dB。只需要电的控制信号而无需高质量的光控制脉冲,且具有工作速率高、结构简单、消光比高、传输损耗小和工作电压低等特点。     

石墨烯的三阶非线性和光双稳态调控特性

研究单层石墨烯的三阶非线性和光双稳态效应。通过理论分析和数值模拟,改变单层三阶非线性石墨烯的费米能级、弛豫时间、双光子吸收系数及温度条件,调制单层三阶非线性石墨烯光双稳态的阈值大小。单层三阶非线性石墨烯的费米能级越大,温度越高,则光双稳态的阈值越大;双光子吸收系数越大,双稳态的低阈值越大;弛豫时间和双光子吸收系数会明显地改变石墨烯结构的光透射率,而光透射率则对石墨烯材料自身温度不敏感。该结论可为设计各类微纳结构的光子器件如光开关和光传感等提供理论依据。     

熔锥型微纳光纤耦合器的理论与实验研究

针对熔融拉锥系统制得的熔锥型微纳光纤耦合器,选择适当的连续函数描述其光场分布,采用归一化的三角分布和矩形分布的加权叠加,以及高斯分布和三角分布的加权叠加实现了模场沿耦合器区域的连续变化;利用局部模式耦合理论推导出腰区及腰区附近锥形区的耦合系数计算公式,并得到微纳光纤耦合器输出光功率随拉伸长度的变化曲线.计算结果表明,随着拉伸长度的增加,光能量在两臂中来回交替耦合的程度变小并且呈现包络样,直至腰区耦合功能消失.通过实时监测拉制微纳光纤耦合器的输出光功率,得到火焰扫描宽度以及氢气流量对双纤失去耦合效应拉伸长度的影响:火焰扫描宽度(均匀腰区)越宽,拉伸长度临界值越大;氢气流量(熔融度)越大,拉伸长度临界值越小.实验结果显示,当光纤耦合器腰区直径达到1.6μm时,耦合功能消失,两输出端口光功率相同且恒定,微纳光纤耦合器具备稳定的光学传输特性.     

环中环结构谐振腔中的耦合谐振透明特性研究

在考虑耦合器插入损耗的情况下,理论分析了环中环结构谐振腔的耦合谐振透明效应.利用迭代法推导了整个结构的透过系数和有效相移,从而得到考虑了插入损耗的该结构的色散.研究表明,整个结构的有效相移,群速度和带宽,可通过耦合器的插入损耗、环中环结构中环与环周长之间的倍数以及环的个数来控制,这在旋转传感、光学时延线、光缓存、滤波等方面的应用有重要意义. 关键词： 环中环结构 耦合谐振透明 色散 慢光     

超小型带宽可调谐微环谐振腔（英文）

基于狭缝波导和热光学调制的耦合特性,提出一种尺寸为15μm×20μm的绝缘硅基底的超小型微环谐振器,该器件可通过调节加热器功率调节其带宽.用时域有限差分法模拟其可调谐特性,结果表明,当加热器功率从0mW增加至0.742mW时,1550nm入射光的TE模式在1 900nm波长下的带宽可调范围为2.5nm,TM模式在1 543nm波长处的带宽可调范围为3.1nm.该器件尺寸小、驱动功率低、可调谐带宽范围大,适用于动态集成光信号处理,如重构滤波和布线等.     

有限元分析法在SOI基微环谐振器设计中的应用

利用有限元法(FEM)分析了大横截面SOI(Silicon-on-insulator)脊型波导的本征模式分布,确定了脊型波导的单模条件。在保证单模传输的情况下,模拟了SOI微环谐振器中波导耦合器的耦合长度、功率耦合系数与波导尺寸和间距的关系。模拟结果表明:对于W=1μm,H=2μm的SOI脊型波导耦合器,耦合长度LC随波导间距d的增加而增大,功率耦合系数随之减小。在波导间距d0.8μm的情况下,耦合长度LC随着归一化脊高r的增加而增大,当d0.8μm时,耦合长度LC随r的增加而减小。模拟结果为SOI微环谐振器的设计和应用提供了理论依据。     

分子动力学模拟方法在非线性光学中的应用

有机分子非线性光学材料在频率转换、电光调制和双光子吸收等方面具有重要的应用.介绍了近年来分子动力学模拟方法在有机分子非线性光学性质理论研究中的主要应用,包括电场极化效应、局域场因子、非线性极化率和双光子吸收等.此外,结合最新的科研工作,介绍了分子动力学模拟方法在溶剂效应和聚集效应研究中发挥的重要作用. 关键词： 分子动力学模拟 溶剂效应 聚集效应 双光子吸收     

串联双环光微谐振器的滤波特性

详细研究了串联双环光微谐振器的光带通滤波特性，给出了其通带带宽的公式，分析了出／入环光耦合系数和环间光耦合系数对通带特性的影响，计算并特别强调了滤波通带的结构特点，也分析了微环中存在的光损耗对串联双环光微谐振器的滤波特性的影响。     

光学微腔中倍频光场演化和光谱特性

在考虑光学微腔中二阶和三阶非线性效应的情况下,引入了可同时描述腔内基频和倍频光场的演化过程的Lugiato-Lefeve方程,分析了SiN微腔中二次谐波的产生,并讨论了各参数对腔内基频和倍频光场的影响.理论分析结果表明,失谐参量为0时,稳定后的基频光场为平顶脉冲的形式,而倍频光场呈正弦分布;失谐参量增加,将导致腔内基频和倍频光功率在演化过程中出现振荡,且最终稳定的光功率变弱,稳定后的光场分布为周期性变化;失谐参量的值过大,会使得微腔光场处于混沌状态.抽运光强较弱时,腔内可形成稳定的光场分布;抽运光强较强时,会导致腔内色散以及非线性效应过强,最终稳定的光场仍然呈周期性变化,且抽运光功率越强,光功率的演化曲线振荡越强.此外,选取特定的微腔尺寸,微腔可工作于"图灵环"状态.理论分析结果对研究光学微腔中二次谐波的产生有重要意义.     

包含掺铒光纤和微结构光纤的光纤环镜光开关

设计了一种低开关功率的全光开关.将掺铒光纤和微结构光纤引入Sagnac环镜中,信号光在泵浦光作用下经过掺铒光纤被放大,破坏了环镜的平衡,利用交叉相位调制效应使两束反向传输的信号光产生非线性相移,实现了光开关效应.理论分析表明:信号光经过掺铒光纤后,增益越大微结构光纤的非线性系数越高,开关功率越低,并且环镜信号光的透射率...