四极子量子级联微腔激光器模式理论

介绍了一种计算四极子量子级联微腔激光器模式的方法.推导了本征方程和光场分布公式,对不同变形因子四极子微腔进行了数值计算和模式分析,结果表明四极子量子级联微腔激光器模式具有 “蝴蝶结”形状特征,在=45°、135°、225°、315°的4个方向光输出最强.该计算方法可适用于其它任意形状截面介质上电磁波传输或散射的计算问题.     

混合表面等离子体微盘腔模式特征及传感特性

为了实现高Q值极小模体积的表面等离子体微腔,提出一种混合表面等离子体微盘腔,介质微盘上放置横截面为矩形的金属纳米环形条,微盘腔中间由低折射率材料隔离.用有限元法对混合微腔的模式特性进行数值模拟,研究了其品质因子、有效模式体积和腔外能量比随器件几何尺寸的变化规律.结果表明,所设计微盘腔具有较低的传播损耗、较强的光场约束能力和较高的腔外能量比,品质因子高达7 000,最小模体积仅为0.315μm3,可实现高灵敏度折射率传感.     

光纤Mach-Zehnder干涉仪中的高阶模干涉现象

利用Hermite-Gauss函数、模式干涉理论以及电场矢量线性叠加方法,分析了高阶模经光纤Mach-Zehnder干涉仪后的输出光场的空间干涉现象,得出了两个高阶模之间干涉光场的公式,计算出了双模光纤中各模式之间空间干涉的光场.数值仿真结果表明二阶模之间的干涉光场是两个相同的圆形光斑,而基模和二阶模之间的干涉光场是两个不等大的圆形光斑.     

注入电流对垂直腔面发射激光器横模特性的影响

对980nm氧化限制型垂直腔面发射激光器横模进行测试和研究,理论上从时间、空间变量的速率方程出发,利用空间积分法分析了典型电注入参数对弱折射率导引垂直腔面发射激光器(VCSELs)横模行为的影响,通过实验测试,得到VCSELs的横模光场分布情况,并与理论分析进行对比,得出相应的实验结果,在氧化孔径不变的情况下,随着注入电流的增加,载流子分布从有源区中心向边缘移动,模式从低阶基模向高阶模转变,并发生了较强的模式竞争以及载流子空间烧孔效应,最终导致基模强度的降低.另一方面,通过比较不同注入孔径下高阶模的发生时 关键词： 横模 垂直腔面发射激光器 空间烧孔现象 模式竞争     

光子晶体微腔中高偏振单偶极模的研究

三角晶格排列的光子晶体微腔中的偶极模式是简并的,通过改变其晶格的对称性可以消除模式简并.晶格的整体形变破坏了晶格对称性从而影响光场的分布,同时还改变了电磁场的偏振分布.晶格整体形变使得简并的偶极模式分离成x极和y极偶极模式.通过计算分析发现分离后的模式具有良好的偏振特性,从而为实现单偏振光子晶体激光器提供了一种很好的途径.文中针对光子晶体薄板结构的微腔,主要计算了偶极模中x极偶极模式在不同拉伸时以及不同填充因子情况下的Q值,并分别计算了x关键词： 光子晶体 偶极模 品质因子 偏振度     

基于中红外光参量振荡器光束质量优化的90°像旋转四镜非平面环形谐振腔型设计与分析

为改善中红外光参量振荡器(OPO)激光输出光束质量,设计了一种90°像旋转四镜非平面环形腔型结构.通过建立单位球等效计算方法,对此种特殊腔型结构存在的像旋转角进行计算,并由此确定了适用于中红外OPO运行的90°像旋转谐振腔结构相关参数.在此基础上进一步建立了非对称轴环形腔中光场模式自再现模型,分析得出随着像旋转角由0°向90°变化,谐振腔内光场模式逐渐均匀化,当旋转角为90°时,基模以及高阶模都表现出非常好的中心对称性.基于此采用中红外ZnGeP_2 OPO对所设计的腔型参数进行实验测量,实现了光束质量M_X~2=1.81和M_Y~2=1.61.由此可以证明所设计的90°像旋转四镜非平面环形腔对中红外OPO激光系统的输出光束质量的优化有显著效果.     

原子质心运动与暗态原子

本文利用高阶量子绝热近似方法讨论了量子微腔驻波场中三能级暗态原子与光场相互作用中原子质心运动对电子,光场系统动力学的影响。文章分析了绝热近似成立的条件以及非绝热因子对动力学演化的影响。文中还计算了原子在腔中的非绝热跃迁几率及各部分能量分布的平均值。     

腔镜变形对平凹稳腔激光振荡模式影响的数值研究

用Fox-Li迭代法研究了激光谐振腔镜面变形对激光振荡模式的影响, 给出了几种镜面变形条件下的激光谐振腔自再现模,即镜面上光场振幅和位相分布的模拟结果。对平凹稳定腔,为获得严格的基模激光振荡,应将这种镜面变形控制在1/20波长范围内;若镜面变形超过1/10波长,则该谐振腔不存在严格的基模自再现模。同时,高功率激光腔镜的边缘冷却方式将造成较大的镜面形状变化,从而影响激光光束质量。     

腔镜变形对平凹稳腔激光振荡模式影响的数值研究

 用Fox-Li迭代法研究了激光谐振腔镜面变形对激光振荡模式的影响, 给出了几种镜面变形条件下的激光谐振腔自再现模,即镜面上光场振幅和位相分布的模拟结果。对平凹稳定腔,为获得严格的基模激光振荡,应将这种镜面变形控制在1/20波长范围内;若镜面变形超过1/10波长,则该谐振腔不存在严格的基模自再现模。同时,高功率激光腔镜的边缘冷却方式将造成较大的镜面形状变化,从而影响激光光束质量。     

双层孔大模场微结构光纤的模式特性分析

本文分析一种由两层低折射率孔组成的大模场光纤的模式特性,采用多极法和有限元方法数值计算并分析了内层孔与外层孔尺寸变化对光纤基模与高阶模的束缚损耗与弯曲损耗的影响,设计获得了一种具有较高的高阶模和基模损耗比同时允许一定程度弯曲的大模场光纤,结果表明:当内层孔直径为34μm,外层孔直径为24 μm时,其基模束缚损耗为0.00017 dB m,而高阶模束缚损耗为1.39 dB/m;光纤的基模模场面积为2450.9μm2,当弯曲半径为1.2m 时,弯曲损耗为0.106 dB/m.     

一种新型光学微腔的理论分析

应用波动光学理论,分析了一种新型锥顶柱状光学微腔的本征模式,得到了谐振腔的谐振波长表达式.在谐振波长1550 nm附近进行了设计与仿真优化,优化结果显示新型谐振腔与传统平行腔相比,在腔长为4512.5 nm,直径为3134.4 nm时,其品质因数可以提高22.4%,达到了49928.5,同时谐振腔的有效模式体积减小了47.8%.     

平板型光子晶体谐振腔性能分析

介绍了一种平板型光子晶体微谐振腔的结构.利用三维时域有限差分法(FDTD)分析了平板型光子晶体的结构参量及其对谐振腔性能的影响.平板型光子晶体微腔具有较小的模式体积和较大的品质因子(Q),可以有效的使光子局域化.该谐振腔可以用来制造单频发光二极管和零阈值微腔激光发射器.     

优化电激励光子晶体单缺陷激光腔结构

设计和制作电激励光子晶体微腔激光器的一个困难是电流的注入问题,而且电流的路径时常会导致微腔的Q值降低。将三维并行时域有限差分方法用于电激励光子晶体单缺陷激光腔研究,给出了微腔的本征模式分布。根据模式特点,选择单极子模式作为研究对象。数值模拟表明,在保持C_(6v)对称性条件前提下,微调最靠近微腔中心的6个空气孔的位置使得单极子模式的光场分布在腔边缘发生缓慢变化可以将单极子模的Q值和Purcell因子提高大约7倍。即激光器阈值可以降低7倍。     

Spatial and temporal coherence effects in interference microscopy and full‐field optical coherence tomography

Low‐coherence optical microscopy or optical coherence microscopy uses light with short coherence length. The well‐known case is: “white‐light interferometry”, which became recently more known as: “optical coherence tomography”. However, when lenses and microscope objectives are used to create interferometric images, in what is known classically as “interference microscopy” or today as “full‐field optical coherence tomography” the spatial coherence starts to play a critical role. In this article the coherence effects in low‐coherence optical microscopy are reviewed. As this technology is becoming increasingly publicized due to its importance in three‐dimensional imaging, particularly of scattering biological media and optical metrology, the understanding of the fundamental physics behind it is essential. The interplay between longitudinal spatial coherence and temporal coherence and the effects associated with them are discussed in detail particularly when high numerical apertures are used. An important conclusion of this study is that a high‐contrast, high‐resolution system for imaging of multilayered samples is the one that uses narrowband illumination and high‐NA objectives with an index‐matching fluid. Such a system, when combined with frequency‐domain operation, can reveal nearly real‐time three‐dimensional images, and is thus competitive with confocal microscopy.     

光梯度力驱动的纳米硅基光开关

通过一道光改变另一道光的传输路线是光子集成网络中重要而长远的目标, 然而, 由于硅材料的光学非线性较弱, 在硅材料上实现开关的全光控制难以实现. 因此本文提出了一种由光梯度力驱动的纳米硅基光开关, 实现了硅基光开关的全光控制. 该光开关由一个部分悬空的微环谐振器和一个交叉波导结构构成, 当通入一道控制光时, 悬空的微环谐振器在光梯度力的作用下发生弯曲, 微环谐振器的谐振波长随之发生变化, 从而实现光信号的传输路线发生改变. 该光开关利用纳米光子制造技术在标准绝缘体上硅晶圆上制造, 实验数据得出其最小消光比为10.67 dB, 最大串扰为 -11.01 dB, 开关时间分别为180 ns和170 ns. 该光开关具有尺寸小, 响应速度快, 低损耗和可拓展等优点, 在片上集成光路、高速信号处理以及下一代光纤通信网络中具有潜在应用.     

非线性光波导中基波和二次谐波的模场分布研究

非线性波导是一种重要的光量子器件。采用马卡梯里近似,可以近似描述波导的模场分布特征。针对ee-e准相位匹配的周期极化铌酸锂波导,分析波长为1 064 nm的基波和532 nm的二次谐波的基模模场分布。结果表明:如果波导为嵌入型正方形波导,基波和二次谐波的光斑基本为圆形,基波场分布范围较大;在截面正方形边长为5 μm并且芯区比包层折射率略高0.02时,波导就能将两种光波场基本约束在芯区中,但是这种波导边长为0.5 μm时约束能力就变得很差;如果采用芯区与包层折射率差别较大的波导,芯区边长为0.5 μm就可以将两种场分布基本约束在芯区中。结果对分析其他类型的非线性波导的模场分布具有指导意义。     

Analysis of directional emission in square resonator lasers with an output waveguide

Square microcavity laser with an output waveguide is proposed and analyzed by the finite-difference time-domain (FDTD) technique. For a square resonator with refractive index of 3.2, side length of 4 μm, and output waveguide of 0.4-μm width, we have got the quality factors (Q factors) of 6.7 × 102 and 7.3 × 103 for the fundamental and first-order transverse magnetic (TM) mode near the wavelength of 1.5 μm, respectively. The simulated intensity distribution for the first-order TM mode shows that the coupling efficiency in the waveguide reaches 53%. The numerical simulation shows that the first-order transverse modes have fairly high Q factor and high coupling efficiency to the output waveguide. Therefore the square resonator with an output waveguide is a promising candidate to realize single-mode directional emission microcavity lasers.     

超高精细度微光学腔共振频率及有效腔长的精密测量

超高精细度微共振器是实现原子或者其他偶极子与腔强耦合作用的基本部分, 在腔量子电动力学(QED)、弱光非线性效应及微光学器件研究中扮演着重要的角色. 微腔基本参数的精密测量最终可以确定腔与原子的耦合系数、腔场衰减率, 对决定系统的动力学特性具有重要的意义. 但是由于超高精细度光学微腔本身的构造和多层镀膜的特点, 高精度地确定其共振频率及有效腔长存在一定困难. 本文结合修正的多层介质膜模型, 实验上完成了膜层为37层的超高精细度光学微腔在不同共振频率下有效腔长的精密测量, 获得了超高精细度光学微腔的共振频率及波长; 理论计算分析与实验测量结果相符, 对纵模间隔的测量精度误差低于0.004 nm, 较为修正前提高了约两个量级. 同时给出了对应不同模式数下, 光波渗入到介质中的深度. 该方法可望应用到其他微共振器的精密测量中. 关键词： 光学微腔 高精细度 共振频率     

基于谐振腔增强型石墨烯光电探测器的设计及性能分析

提出了一种具有超薄有源层的谐振腔增强型石墨烯光电探测器的设计方法,利用谐振腔结构可以将光场限制在腔内,有效增强探测器的吸收.通过研究谐振腔内光场谐振条件及谐振模式下探测器响应度增强的机理,建立了驻波效应下谐振腔增强型石墨烯光电探测器光吸收模型,仿真分析谐振腔反射镜反射率、谐振腔腔长对于腔内光场增强器件性能的影响.理论分析表明,谐振腔增强型石墨烯光电探测器在850 nm处响应度可达0.5 A/W,相比无腔状态下提高了32倍;半高全宽为10 nm.采用谐振腔结构能够提高石墨烯光电探测器件的光电响应,为解决光电探测器响应度与响应速度之间的相互制约关系提供了途径.