红外波段光子晶体线性折射率传感器设计

基于传输矩阵理论和光学谐振原理,研究了含敏感空气缺陷层的一维光子晶体谐振腔的谐振特性,建立起敏感气体折射率变与红外波段谐振峰波长之间的线性变化关系。设计了基于红外波段光子晶体谐振腔的线性折射率传感器,利用MATLAB软件数值模拟,得到线性传感器的半峰带宽小到3nm左右、Q值可达到1400、敏感度可达1070nm/RIU。在光谱仪的分辨率为0.01nm时,传感器的分辨率可达9.35×10-6 RIU。结果表明,基于光子晶体结构的折射率传感器,具有良好的线性特性、高的灵敏度以及高Q值等特点,可为气体折射率检测提供一定的理论参考。     

双色量子阱红外探测器顶部光子晶体耦合层的设计优化

采用三维时域有限差分算法(3D-FDTD)对GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器(QWIP)的顶部光子晶体光输入耦合层结构的电磁场分布进行了仿真分析,得到了多种不同周期、占空比、深度的二维光子晶体结构耦合效率及电磁场分布.探索了一种双色探测器的光子晶体光输入耦合层结构的设计思路,使之可对中波/长波或长波双色8/12 μm同时提供较高的耦合效率. 关键词： 红外探测器 量子阱 光子晶体     

一种光子晶体谐振腔的TM模特性

构造了一种二维砷化镓石墨点阵柱状光子晶体谐振腔.利用时域有限差分方法计算了这种光子晶体谐振腔TM_y模的共振峰波长随应力和温度变化的情况.计算结果表明,这种谐振腔TM_y模的共振峰波长随x、y方向的应力变化以及随应力环境的变化均具有较好的线性特性,其应力响应灵敏度为0.013 69 nm/Mpa,且这种谐振腔沿x方向和y方向的应力响应灵敏度相同;同时,这种谐振腔的共振峰主峰随温度呈分段线性变化趋势,且具有最大1.4 nm/℃的温度灵敏度.另外,计算结果显示,这种结构的光子晶体谐振腔具有很好的频率开关特性.     

双波长垂直腔面发射激光器及特性研究

基于光子晶体技术在一维光子晶体带隙内引入缺陷态模式,并对激光器谐振腔内部电磁场分布和共振波长进行调制,从而将单一波长分裂为双波长输出.最终制备出了一种新的具有双波长光谱输出特性的垂直腔面发射激光器,缺陷层为Al_0.8Ga_0.2As材料,厚度为5λ/4.所得到的双波长输出光谱具有低吸收损耗、输出波长容易控制及同方向垂直输出特性.同时,通过调整一维光子晶体的折射率差和缺陷层厚度可以有效调谐双波长的间距及输出波段.所设计的双波长垂直腔面发射激光器结构同样 关键词： 垂直腔面发射激光器 光子带隙 双波长     

一维边发射有机半导体光子晶体激光器设计

基于有机共轭聚合物聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔](MEH-PPV)的脊形波导,利用光子晶体特殊的光调制特性,模拟设计了一维边发射有机光子晶体激光器。利用光子晶体的带隙结构和带边效应构建了由光子晶体全反镜和透反镜形成的谐振腔,在谐振腔内的脊形波导上引入一维缺陷型光子晶体,利用光子晶体缺陷模特性抑制了多纵模竞争,并在此基础上分析了复合结构所导致的边界模效应,得出此类非金属微腔激光器腔长设计的经验公式。模拟结果表明该一维边发射有机光子晶体激光器可实现中心波长为588nm、半峰全宽为0.131nm的单纵模激光输出。     

15W光子晶体光纤激光器的研究

利用光子晶体光纤在原来输出功率3 4W的基础上,研制成功了激光输出15W的光子晶体光纤激光器,实验装置为典型的F P腔结构,分别采用二色镜和光纤端面作为高反射腔镜和激光输出腔镜 一端二色镜紧贴光纤的入射端面,它对1 0 5 μm～1 1μm波段信号光的反射率大于99% ,对976nm泵浦光透射率为93% ;另一端利用光纤端面4 %Fresnel反射作为输出端反馈与二相色镜构成了线形谐振腔 实验采用掺Yb3+ 双包层光子晶体光纤,长度为2 0m 内包层为2 0 0 μm ,外包层为380 μm ,Yb2 O3浓度为1 5mol % 当泵浦功率为6 0W时,获得了15W 1 1μm的激光输出 15W光…     

有效抑制光子晶体加载矩形谐振腔中模式竞争的方法

研究了光子晶体加载矩形谐振腔,针对传统光子晶体加载无法完全抑制模式竞争的问题,提出了特性阻抗和介质加载方法进行改进,完全实现了谐振腔的高次模式的单模工作,为抑制高次模式工作的谐振腔中模式竞争的问题提供了一种新方法.在此基础之上,采用解析方法以及高频仿真软件HFSS,设计了一个采用TM₅₃₀高次模式工作的传统光子晶体加载的谐振腔,进一步采用了该新方法对其进行改进,并深入分析了采用这种方法抑制模式竞争的物理原因.计算结果表明,新方法能有效抑制模式竞争,实现谐振腔的高次工作模式的单模工作. 关键词： 光子晶体 谐振腔 模式竞争 特性阻抗     

基于定向耦合的光子晶体光纤高灵敏度磁场和温度传感器

设计了一种新型光子晶体光纤(PCF)磁场和温度传感结构.在光子晶体光纤包层的一个空气孔中填充磁流体,形成定向耦合结构,检测结构的磁场和温度变化.利用全矢量有限元法(FEM)对该传感器特性进行了仿真研究.结果表明,该传感结构可以实现磁场范围为100~250Oe(1Oe=79.58A/m),温度范围为10~60℃的检测,在该范围内磁场和温度的灵敏度最高可达1.10nm/Oe和-3.86nm/℃.     

含复合缺陷层的光子晶体的光学特性

运用传输矩阵法研究了在一维光子晶体中插入缺陷层的透光特性。在无缺陷层的一维光子晶体中能产生467~510 nm、1 279~1 715 nm两处明显的光子带隙。重点研究了插入缺陷层后,在1 279~1 715 nm的光子带隙中缺陷层厚度和入射角度大小分别与透射光谱变化的关系。研究发现：缺陷模的位置对入射角变化很敏感;出现缺陷模的数量和插入缺陷层的数量相同;一维光子晶体厚度的增大不会改变缺陷模的数量和位置,只改变透射峰的宽度和透射率。     

基于异质结构的一维光子晶体红外3～5μm高反射镜设计

研究了具有异质结构且适用于3~5μm红外光区的一维光子晶体高反射镜,系统地分析了光波在一维周期性光子晶体中的反射特性,通过传输矩阵计算和仿真验证了λ/4介质膜系的反射率和最佳禁带宽度。在此基础上,选取Si和Y_2O_3两种材料,构造了24层一维光子晶体的双异质结构,仿真结果表明:在3~5μm红外波段,该结构的反射率为97.418%~99.999%。为了减少膜层数量,以金属银为衬底,设计了以Si和Y_2O_3为介质层结构的一维金属增强型光子晶体,其总层数为9层,仿真结果表明:在3~5μm红外波段,其反射率为98.943%~99.979%。     

Improvement of optical sensing performances of a double-slot-waveguide-based ring resonator sensor on silicon-on-insulator platform

We demonstrate a label-free photonic biosensor with double slots based on micro-ring resonator. The footprint is less than 25 μm × 15 μm. Finite-difference time-domain (FDTD) method is used to analyze the influence of several key parameters on the performance of the double-slots micro-ring resonators. An asymmetric structure is considered for the ring waveguide in order to improve the sensor's bending efficiency. Our numerical analysis shows that the sensitivity of double-slot micro-ring resonator sensor with the radius of 5 μm reaches a value of 708 nm/RIU. The quality factor of 580 and the free spectral range (FSR) of 33 nm are achieved.     

Characteristics of double-plasmonic-racetrack resonator to increase quality factor

We have numerically evaluated wavelength characteristics at telecommunication wavelengths by means of a doubleplasmonic-racetrack resonator using the finite-difference time domain method. We investigated the effect of the space between the two plasmonic racetracks of the resonator on the quality factor. The quality factor of the proposed structure is 57 when the space between two racetracks is 600 nm. The quality factor of a double-plasmonic-racetrack resonator of a dielectric-filled trench is 1.5 times greater than that of a single-plasmonic-racetrack resonator of an air-filled trench. The phase mismatch of the trench channel plasmon polaritons contributes to the quality factor of the double-plasmonicracetrack resonator.     

利用特征向量法分析有源失调腔的2维模场

 利用一种用于光腔模式及光束传输模拟计算的特征向量法计算有源腔的2维失调,通过对谐振腔几何关系的求解,以及对增益进行薄层模型处理,最后利用特征向量法计算有源腔失调后的模式分布,发现失调造成了模式强度分布不均匀,并带来模式阶数的改变。计算了相应的光束质量因子,结果表明:在一定失调范围内,失调可能会带入新的模式竞争;谐振腔在一定范围的失调情况下,各阶模式的光束质量可能变好,也有可能变差,随着模式阶数的增加光束质量整体趋势是越来越差;原来简并的模式可能不再简并。该方法可以为计算失调后谐振腔的模场带来方便。     

A new type of quasi-optical cavity in millimeter wave-band

A new type of cavity-the resonator of plane mirrors with dielectric tubes is analyzed theoretically and experimentally. Making use of equivalent dielectric constant method, we calculated the field distribute, quality factor, attenuate and transmission constant in the cavity. We measured the parameter of the cavity and discovered that the cavity's quality factor is high, band-width wide, modes less and structure simple.     

Frequency tuning of the whispering-gallery modes of silica microspheres for cavity quantum electrodynamics and spectroscopy

We have tuned the whispering-gallery modes of a fused-silica microresonator over nearly 1 nm at 800 nm, i.e., over half a free spectral range, or 10(6) linewidths of the resonator. This result has been achieved by use of a new method based on the stretching of a two-stem microsphere. We describe devices that will permit new cavity QED experiments with this high- Q optical resonator when it is desirable to optimize its coupling to emitters with given transition frequencies. The demonstrated tuning capability is compatible with both UHV and low-temperature operation, which should be useful for future experiments with laser-cooled atoms or single quantum dots.     

光纤复合环形腔单模激光器的研究

单模光纤激光器在光通讯和光传感中具有广阔的应用前景。分析了复合腔光纤激光器的构成及单模的实现特点,提出了一种新颖的光纤复合环形腔激光器结构,并对其进行了实验研究。该激光器使用了波长为980nm的半导体激光器作为泵浦源。三个腔长均为2m,彼此之间的腔长差为1～2mm的光纤环形滤波器与主谐振腔构成复合腔。此激光器在波长为1562nm处得到了线宽小于0.1nm的单模激光输出,输出的光功率可达到1mW。该激光器的阈值为5mW,斜率效率为4%。     

十字形孔径谐振腔的失调分析

给出十字形孔径谐振腔失调后的光轴确定方法,对因失调引起的腔内损耗进行了分析和近似计算;讨论了基模和高阶高斯光束在十字形孔径谐振腔中传输时的衍射损耗问题。计算结果表明,平面镜或凹面镜倾斜角度在10″以内,TEM30和TEM03及以下的低阶模式的平均单程损耗小于1%。     

KGW 晶体外腔式高功率579 nm喇曼黄光激光器

报道了579 nm高功率KGd(WO₄)₂喇曼晶体外腔式喇曼黄光激光器的输出特性.基于808 nm脉冲激光二极管侧面泵浦Nd:YAG陶瓷、腔内BBO电光晶体同步延迟调Q和Ⅰ类临界相位匹配的LBO晶体腔外倍频方案,并通过外腔式KGW晶体Ng轴二阶斯托克斯喇曼频移,获得了579.54 nm黄光激光输出.当脉冲信号重复频率为1 kHz、532 nm泵浦光最高平均功率为5.02 W、脉冲宽度为10.1 ns时,获得了最高平均功率2.58 W、脉冲宽度7.4 ns、峰值功率348.6 kW的579.54 nm二阶斯托克斯喇曼黄光激光输出;532 nm至579.54 nm的光-光转化效率为51.4%、斜率效率为54.8%,光束质量因子M_x-579.54²=5.829、M_y-579.54²=6.336,输出功率不稳定性小于±2.35%.实验表明:外腔式喇曼结构能够高效地获得喇曼黄光,具有很高的光-光转化效率及良好的功率稳定性,并通过脉冲LD结合同步延迟电光调Q可获得高重复频率、高平均功率、窄脉冲宽度和高峰值功率的黄光激光输出.     

Bandwidth-tunable silicon nitride microring resonators

We designed a reconfigurable dual-interferometer coupled silicon nitride microring resonator.By tuning the integrated heater on interferometer's arms,the"critical coupling"bandwidth of resonant mode is continuously adjustable whose quality factor varies from 7.9×10⁴ to 1.9×10⁵ with the extinction ratio keeping higher than 25 dB.Also a variety of coupling spanning from"under-coupling"to"over-coupling"were achieved,showing the ability to tune the quality factor from 6.0×10³ to 2.3×10⁵.Our design can provide an adjustable filtering method on silicon nitride photonic chip and contribute to optimize the nonlinear process for quantum photonics and all-optical signal processing.     

Q-factor of shielded inhomogeneously filled resonators

Conclusion Factors which affect the intrinsic Q of shielded inhomogeneously filled resonators are analyzed. The dominant factor proves to be the resonator oscillation mode. Dielectric modes are characterized by high ohmic and low dielectric quality factors. For screened type modes the opposite is true. Optimization of resonator parameters to increase intrinsic quality factor is considered.Electronic Technology Institute, Moscow. Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Radiofizika, Vol. 33, No. 5, pp. 594–597, May, 1990.