带有同心双圆环谐振腔的MIM波导的Fano谐振特性研究

本文设计了一种支持多重Fano谐振的金属-介质-金属(MIM)型表面等离子体光波导(SPW)结构,该结构由带有枝节谐振腔的直波导耦合同心双圆环谐振腔组成。利用有限元法进行数值仿真,研究了耦合距离、枝节的高度以及同心双圆环内、外环半径对Fano传输特性的影响。同时,结合磁场分布图,分析了多重Fano谐振形成的物理机理。另外,通过改变填充在同心双圆环谐振腔内介质材料的折射率研究了该结构在折射率传感器领域的应用。该波导结构具有灵敏度为1 400nm/RIU,品质因数高达1 380的传感特性。最后,本文研究了该波导结构的慢光特性,研究表明Fano峰附近的最大群折射率约为11.4,最大延迟时间约为0.076ps。这种SPW结构在纳米尺度的滤波器、折射率传感器以及慢光器件等领域有着潜在的应用前景。     

基于多圆环谐振腔MIM波导多路分频特性

在可见光到近红外频段,利用时域有限差分数值模拟计算方法,研究了一种多圆环形金属-介质-金属等离子体波导结构的电磁传输特性.结果表明,由于谐振作用,不同波长电磁波能量被分别束缚于圆环中,之后被耦合到各出口端进行传输,从而实现了电磁波的多路分频传输功能.圆环的共振波长与圆环半径之间存在近似线性关系,且随着圆环内填充介质折射率的增大呈现明显的红移现象;各出口端共振波长对应电磁能量的传输率随着介质波导与圆环间耦合厚度的增大而急剧降低.利用电磁波共振理论阐述了电磁能量的谐振束缚现象,与数值模拟结果吻合.研究结果可应用于未来光子集成器件中.     

基于多圆环谐振腔MIM波导多路分频特性（英文）

在可见光到近红外频段,利用时域有限差分数值模拟计算方法,研究了一种多圆环形金属-介质-金属等离子体波导结构的电磁传输特性.结果表明,由于谐振作用,不同波长电磁波能量被分别束缚于圆环中,之后被耦合到各出口端进行传输,从而实现了电磁波的多路分频传输功能.圆环的共振波长与圆环半径之间存在近似线性关系,且随着圆环内填充介质折射率的增大呈现明显的红移现象;各出口端共振波长对应电磁能量的传输率随着介质波导与圆环间耦合厚度的增大而急剧降低.利用电磁波共振理论阐述了电磁能量的谐振束缚现象,与数值模拟结果吻合.研究结果可应用于未来光子集成器件中.     

基于锚形谐振腔的等离子体波导特性研究

基于表面等离子体激元在金属-介质-金属结构中优良的传输特性,设计了一种由直波导和锚形谐振腔组成的波导滤波器。仿真分析了波导滤波器传输特性和电场分布随结构参数和谐振腔内介质折射率变化规律。结果表明,该锚形谐振腔最佳结构时滤波器半峰全宽低至8 nm,品质因数高达121.9。利用共振波长与结构参数变化规律,设计了光通信波长窗口的窄带带阻滤波器。根据SPPs对谐振腔介质折射率敏感的特性,发现透射谱线随折射率变大而发生红移。本文提出的基于锚形谐振腔的等离子体MIM波导滤波器为设计特定波长的窄带带阻滤波器提供了新思路,也为基于谱线红移特性设计的介质折射率传感器提供了技术支持。     

基于L形谐振腔MIM波导结构滤波特性的研究

设计了一种基于表面等离极化激元金属-介质-金属的L形谐振腔波导结构,并应用有限元方法研究了该结构的传输特性。数值计算结果表明,透射光谱中出现了明显的阻带,其滤波特性强烈地依赖于L形谐振腔结构的尺寸。相比于同尺度的水平放置的矩形谐振腔,L形谐振腔结构具有更高的品质因子,滤波效果更佳。随着L形谐振腔结构尺寸的增大,透射光谱发生红移;在L形谐振腔中充入折射率不同的介质,根据表面等离极化激元共振对L形谐振腔内折射率变化敏感特性,通过探测透射光谱中共振波长来探测介质折射率,该结构可广泛用于传感器方面。     

带有开口方环谐振腔的MIM波导的Fano谐振特性研究

本文设计了一种支持Fano谐振传输特性的金属-介质-金属(MIM)型表面等离子体光波导结构,该结构由带有枝节谐振腔的直波导和一个开口方环谐振腔组成。利用数值方法详细研究了Fano谐振传输特性对几何参数的依赖关系,并通过时域耦合模理论(CMT)对给定参数条件下的传输谱进行了拟合验证。同时,也对该结构在折射率传感器方面的应用进行了研究,通过计算介质折射率变化引起的Fano谐振峰的波长变化可以发现,传感器的灵敏度高达1500nm/RIU,品质因子超过1800。这种表面等离子体光波导结构在光子器件集成及纳米滤波器、快速光开关以及折射率传感器等领域有一定的应用前景。     

不同沉积层的纳米波导谐振腔特性测试

为确定硅基片上系统半导体光电器件集成中绝缘层材料对器件整体性能的影响,设计并制备了带有覆层的纳米波导谐振腔.谐振透射谱功率测试表明顶层覆盖Si_3N_4薄膜和SiO_2薄膜绝缘层没有削弱环形谐振腔的品质因素,沉积后的最佳耦合间距为70~110 nm.覆层为SiO_2时谐振点波长附近的谐振峰消光比达16.5 dB,3 dB带宽为0.12 nm;覆层为Si_3N_4时谐振点波长附近的谐振峰消光比达13.9 dB,3 dB带宽为0.18 nm.该研究为片上系统集成设计中最佳绝缘层材料的选择提供参考.     

掺半导体玻璃波导特性研究

利用离子交换技术制成了单模和多模掺CdSxSe_1-x半导体玻璃波导。通过对波导参数的测量得出这种波导的折射率剖面满足费米函数分布。同时,对这种K⁺—Na⁺离子交换技术得到的单模波导在0.5145μm波长下输入—输出功率的测量,观测到它的功率限制作用。并得到在Ar⁺激光0.5145μm波长下吸收系敲是4cm^-1。在这篇文章中,我们对波导的光功率限制起源于热效应进行了分析和讨论。     

电压调控多种金属膜波导特性研究

采用自由空间耦合的方法,激发双面金属包覆波导中的超高阶导模,通过在双面金属包覆介质波导的两个金属膜上加不同的电压,改变导波层铌酸锂的厚度和折射率,得到不同参数下的衰减全反射谱,从而验证超高阶导模的偏振不灵敏性及对导波层厚度和折射率十分灵敏的特殊性质,实验结果与理论相吻合。比较相同条件下反射率的变化,得到铝包覆波导的灵敏度要高于金包覆波导。所得结果对集成光电子器件的研制有一定的参考价值。     

基于MIM谐振腔内嵌金属方芯结构的可调谐Fano共振

设计了一种由内嵌金属方芯的金属-绝缘体-金属方形气腔以及两个侧耦合波导组成的耦合结构,并采用有限元方法研究了该结构的传播特性.结果表明:通过对气腔内金属方芯偏离角和偏离距离的调节可以获得并调制Fano共振;该Fano共振由对称破缺或几何效应影响左右波导和谐振腔之间耦合区域中的场分布强度所致,场分布模式的变化是由波导模和腔模之间的干涉引起的.此外,Fano共振的光谱位置和调制深度对偏差参数十分敏感,通过计算不同偏差角及偏差距离下的折射率传感特性发现,其折射率敏感度最高达1 508nm/RIU,品质因数最高达1 308.研究结果为设计更加灵活、简单、高效的片上等离子体纳米传感器提供了理论依据.     

全息明孤子的波导特性

研究了光折变晶体中的全息明孤子所产生的波导的特性，结果表明波导所有可能的导模数依赖于产生波导的全息明孤子光的强度.利用数值计算给出了在不同的孤子强度时波导的导模并考察了波导对导模和正弦余弦波的动态导引.     

波导管与谐振腔的边界条件

阐述齐次边界条件Et＝0和Hn＝0在求解波导管和谐振腔中电磁波的重要作用;说明附加边界条件ЭEn/Эn=0和ЭH1/Эn＝0在何种情况下有用。     

基于系统辨识的平面光波导谐振腔滤波器仿真实验研究

分别用时域有限差分仿真算法和系统辨识算法对GaAlAs/GaAs单环谐振腔滤波器的滤波特性进行了仿真计算并进行了对比.结果表明：两种算法获得的滤波器的滤波特性基本一致,系统辨识算法比时域有限差分算法可节省一定的计算时间.以仿真模拟为基础,设计、制作了GaAlAs/GaAs平面光波导单环谐振腔滤波器.仿真计算的滤波器滤波特性与实际器件测试结果吻合较好,通带半宽约为13 nm.     

带有T型腔的MIM波导的法诺共振特性研究

设计了一种带有枝节的金属-介质-金属(MIM)波导与T型谐振腔侧耦合的表面等离子体光波导结构。利用有限元法(FEM),数值分析了改变耦合距离、T型腔几何尺寸及其不对称性、枝节高度对法诺(Fano)共振谱线的影响。结合电磁场分布进一步揭示了Fano共振现象产生的物理机理,由此可以动态调节表面等离子体波在结构中传输时产生的Fano共振特性。另外,研究表明在T型腔内填充不同折射率的材料,利用所设计的波导结构可以实现灵敏度高达940nm/RIU的纳米尺度的折射率传感器。最后研究了结构的慢光传输特性,可以在Fano峰值附近实现约0.025ps的光学延迟。这种新型的表面等离子体光波导可能会在光子器件集成、慢光效应及纳米传感领域有着较大的应用前景。     

基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器

提出了一种基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器.该振荡器中,相位调制器串联光波导谐振腔,取代了传统系统中的强度调制器、长光纤和滤波器.由于光学谐振腔对光子频率和相位敏感,调节激光器改变输出光的波长,不仅可以调制光的强度,还可以对微波光子进行选频输出.当光子在波导腔中发生谐振时,产生很强的延时特性,可以取代传统系统中的长光纤.整个光电振荡器系统体积为长29.5cm、宽21cm、高7cm.实验中,改变0.1pm的光子波长,能够产生步长为12.535.5 MHz的调谐,调谐范围达2 GHz,且系统能够产生10 GHz的微波信号,在中心频率为10 GHz处其相位噪声为-109.7dBc/Hz@10kHz.该研究为光电振荡器的小型化和实用化提供了一种新的思路.     

波瓣波导谐振腔太赫兹回旋管的研究

以电子回旋脉塞非线性理论为基础, 结合三维电磁仿真软件, 通过导入高频场数值解替代理论解析的方法, 对波瓣波导谐振腔高次谐波太赫兹回旋管进行了理论和模拟研究. 给出了该类回旋管的起振电流、耦合系数以及注波互作用效率等重要参数, 并在此基础上设计了一只工作频率为0.4 THz, 工作模式TE₃₃模三次谐波波瓣波导谐振腔回旋管, 其电子注参数为1.0 A, 40.5 kV, 横纵速度比1.5,互作用区引导磁场为5.09 T, 输出功率达到3.3 kW.     

基于MIM型表面等离子体光波导的Y形分束器的传输特性研究

采用二维时域有限差分(FDTD)法,分析并对比了弯曲分叉部分的形状分别为正弦形和圆弧形的基于金属-绝缘体-金属(MIM)型表面等离子体光波导的Y形分束器的反射率、传输率以及能量分束比随几何结构参数的变化关系。数值计算表明,波导宽度对这两种Y形分束器传输特性的影响较为明显,两个输出分支的偏移量和弯曲分叉部分的长度对这两种Y形分束器传输特性的影响比较微弱。在600～1500nm波长范围内,弯曲分叉部分为圆弧形的Y形分束器的传输特性比弯曲分叉部分为正弦形的好。对于非对称型Y形分束器,当弯曲分叉部分为正弦形时,偏移量对反射率、传输率和能量分束比的调节作用较为明显,能量分束比最大可达到2∶1。当弯曲分叉部分为圆弧形时,偏移量对反射率、传输率和能量分束比的调节作用较为微弱。     

用垂直阵确定浅海波导特性

本文介绍利用声场复简正波近似确定浅海波导特性的方法。该方法的优点在于:(1)对环境参数的依赖程度大大降低。(2)在对海底介质结构(诸如层的数量、层的厚度、纵波和横波的速度和衰减等)知之不多或根本不了解的情况下,可同时获得波导特性参数(k_m,β_m)。(3)确定波导海底界面平面波的反射系数V(k)。数值结果显示:对海底是单层或两层软固态的波导,用90M长、18阵元组成的垂直接收阵,接收频率分别为250Hz、150Hz的声信号,(1)获得的简正波水平波数k_m的精度均在10^-5以上;简正波衰减系数β_m的相对误差绝大部分在20%以内,其中前几号都在10%范围内,且简正波号数越低,误差越小。(2)基本反映海底在小掠角的反射相移和反射损失。本文在数值仿真的基础上,重点分析声场复简正波近似对93年冬季海上实验数据的处理结果。     

微环谐振腔集成波导光延时线研究

从波导微环谐振腔的光场传输函数出发,推导出其延时响应函数,分析了微环波导损耗对其延时响应特性的影响,发现应用于光学相控阵天线系统的微环谐振腔光延时线必须工作于过耦合状态,即耦合系数κ与微环波导损耗因子γ应满足关系式κ(1-γ)。以延时抖动品质因子ε为判据,建立了微环谐振腔光延时线的优化设计方法,获得了目标延时为0.6 ns,延时带宽为2 GHz,延时抖动品质因子小于1×10~(-3)ns~2的四环级联波导微环谐振腔光延时线的优化结构参数。     

一种基于矩形腔的MIM波导滤波器的滤波特性研究（英文）

理论提出并研究了一种基于矩形腔的窄带金属-介质-金属波导滤波器.建立滤波器内电场的传递矩阵模型,研究了矩形微腔与直通波导间耦合特性对器件滤波特性的影响.同时,研究了耦合长度、矩形微腔腔长、传输损耗等因素对滤波带宽的影响.研究结果表明,对于不同的矩形微腔腔长,存在一个可使器件滤波带宽达到最窄的耦合系数.此外,当微腔腔长越长且传输损耗越小时,滤波带宽也将越窄.该研究为表面等离子体波导的研究与设计提供了一定的参考.