基于Parity-Time对称结构极点效应构建光学三极管模型

为了构建光学三极管模型,设计了一个基于半导体磁性材料InSb的PT(parity-time)对称耦合微腔的结构模型。通过结构参数优化,产生了PT对称结构磁场强耦合的极点效应。在极点频率附近,通过改变输入电流信号改变施加在磁性材料上的磁感应强度,实现极点状态下信号的放大输出。这种放大可以是同相,也可以是反相,该设计实现了特殊光学三极管模型。     

Parity-Time对称Scarff势中多级孤子的传输特性

研究了线性情况,自聚焦和自散焦非线性情况下Parity-Time对称Scarff复合势中二级孤子和三级孤子的存在与稳定性.对于线性情况,数值得到了不同调制深度下的Parity-Time对称Scarff复合势中的Parity-Time对称破坏点、本征值和多级线性模.对于非线性情况,研究了自聚焦与自散焦介质中的二级孤子和三级孤子的存在与稳定性.研究结果表明:对于确定的调制深度,二级线性模和三级线性模的本征值恰好等于相应的调制深度下二级孤子和三级孤子存在的临界传播常数b_c.在自聚焦与自散焦介质中,多级孤子能稳定存在于靠近临界传播常数b_c的区域.     

高Q值薄壁液芯毛细管微腔电场传感器

为提高电场传感器的抗电磁干扰能力、灵敏度和稳定性,将高Q值薄壁液芯毛细管微腔和电泳效应结合,增强回音壁模共振微腔对外加电场的感知能力,并进行了实验验证.基于时域有限差分法得到了液芯毛细管微腔回音壁模式共振特性随毛细管直径、壁厚等结构参数的变化规律,发现随着壁厚变薄灵敏度增加.采用熔融拉锥法制备了直径为86μm,壁厚约为2μm的薄壁毛细管微腔,通过高精度位移平台实现了锥形光纤和毛细管微腔的高效率耦合,测得回音壁模式Q值为2.8×10^6.毛细管微腔内注入不同浓度的蛋白质溶液,利用电泳原理和蛋白质分子在缓冲溶液里带电的特性,实现的最大电场传感灵敏度为10.6 pm/(kV/m).     

光学微球腔的壳层结构研究

使用时域有限差分法,对带表面壳层的光学微球腔进行模拟计算,分析了微腔内回音壁模式的能量密度分布,总结了壳层厚度对微球腔谐振性能的影响,并由此探讨对微球腔进行调谐和模式控制的方法.采用这种壳层结构,微球腔的谐振性能得到了有效提高（Q值提高了30％以上,模式体积减小了60％）,为光学微球腔后续的结构设计和实际应用提供了一个新的优化思路.     

基于衍射微透镜的光学加速度传感器设计

提出了一种基于菲涅耳衍射微透镜的新型光学加速度传感器,它能够解决导航系统中惯性传感器普遍存在的抗电磁干扰和电磁冲击能力差等缺陷。其传感原理是把一个反光膜平行地置于衍射微透镜的后方,加速度的变化会改变反光膜的位置,根据微透镜前方会聚点处光强的变化,感知加速度的大小。介绍了传感器及其动力学系统的工作原理,并对衍射微透镜和动力学系统的微弹性机械结构进行了设计和加工,最后对传感器的性能和误差进行了分析。原理验证性实验的结果表明这种新型光学加速度传感器的原理正确,并且结构简单,灵敏度高。     

基于F-P腔强度解调的微位移传感器

基于一次谐波腔长锁定技术,设计了一种基于法布里-珀罗(F-P)腔干涉的强度解调型微位移传感器。系统对F-P腔的初始腔长进行动态锁定,通过将F-P腔腔长的微小变化转化为强度信号,实现直接快速地对待测目标的微位移进行测量。详细地阐述了位移传感器的理论模型及一次谐波锁定F-P腔腔长的技术方案,实验中采用商用的高精度压电陶瓷平移台(PZT)模拟了实际物体的运动状态,实验结果表明,该系统对峰峰值在λ/4(λ为光波波长)以内、频率不高于400Hz的微位移有很好的测量结果,频率误差小于0.5Hz,测量精度小于1nm。     

Slot结构聚合物波导微环光学生物传感器研究

Slot结构在提高集成波导光学传感器灵敏度和降低探测极限值方面具有极大的优势。对基于Slot结构的聚合物PSQ-Ls波导微环光学生物传感器进行了研究。分析了850 nm波段Slot波导的单波导高度、狭缝宽度及单波导宽度对传感器灵敏度的影响,在满足单模传输的条件下,得到了优化的微环传感器横截面尺寸参数。对Slot结构波导微环的弯曲损耗、自由光谱范围等进行了仿真分析,得到微环传感器的消光比、品质因子等随结构参数的变化,确定了优化的微环弯曲半径、耦合效率。与正脊形结构波导微环传感器相比,Slot结构波导微环传感器的灵敏度是前者的两倍,探测极限值是其一半。     

回音壁模式光学微腔传感

回音壁模式光学微腔具有很高的品质因子和较小的模式体积,能极大地增强腔内光场与物质相互作用,已经成为超高灵敏光学传感的优异平台,也是国际学术前沿之一。文章简介了回音壁微腔传感研究现状与热点、微腔传感平台及传感机制原理;着重列举了微腔传感的部分典型应用,例如纳米尺度单个颗粒检测、温度传感、磁场传感、化学气体传感以及压力/应力等物理量传感等;最后对光学微腔传感的研究进行了展望。     

光学微球腔及其应用

光学微球腔因其极高的品质因和极小的模式体积，在非线性光学、腔体量子电动力学以及窄带光学滤波、高灵敏度运动传感器、极低阈值激光器等许多研究与应用领域具有广泛的应用前景。文章对光学微球腔的谐振原理、特点、耦合、制备和应用进行了综述。     

有机电致发光的光学微腔效应

有机电致发光器件的Fabry-Perot光学微腔效应导致在一定波长的发射峰强度增加、宽度压窄,因而在有机彩色显示中受到人们的重视,阐述了有机电致发光的Fabry-Perot光学微腔的发展、微腔结构和微腔效应的各种表现和理论表征。     

光学微球腔谐振模式研究

使用时域有限差分法对近场耦合状态下的光学微腔进行了计算。系统地研究了微腔中不同阶径向模式的各方面性能的差异。并在此基础上讨论了通过改变耦合参数，选择性增强特定模式的途径。研究了数种非均匀介质微腔的性能改变，指出选择性增强特定模式，可以通过以下两类方法：一是对于均匀介质分布的微腔，通过改变耦合参数来改变修逝波场的场强和相位分布，例如改变入射波的入射角，改变耦合间距。二是通过区域性改变微腔的折射率分布来改变微腔的修逝波场的场强和相位分布，如折射率改变（△n）折射率梯度（dn/dr）。探讨选择性抑制高阶模形成改善微腔性能的途径。使得基模获得到高能量密度，和更低的模式体积为研究原子或离子与微腔的相互作用提供更好的环境。     

微腔中的光学耦极俘获

将磁光阱中处一预冷状态的原子Loading到光学耦极阱中,是实现原子进一步冷却并最终获得单原子俘获的重要方法.本文研究了采用数十微米,总损耗在10ppm左右的微腔系统可获得的光学耦极俘获的各种参数.并对在实验上可获得的条件以及理想情况下光学耦极俘获的结果作了分析,说明基于现有实验条件可实现对预冷在亚mK的单个铯原子的长时间俘获.     

半导体微腔中激子的光学效应

文章基于Fabry-Pérot半导体微腔,阐述了新型元激发——激子极化激元的基本概念和微观描述,讨论了其在光学放大器、光学开关和单光子源方面的潜在应用,概述了对其实现Bose-Einstein凝聚的实验研究,最后对将来的发展做了一个简单的展望.     

半导体微腔中激子的光学效应

文章基于Fabry-Pérot半导体微腔,阐述了新型元激发--激子极化激元的基本概念和微观描述,讨论了其在光学放大器、光学开关和单光子源方面的潜在应用,概述了对其实现Bose-Einstein凝聚的实验研究,最后对将来的发展做了一个简单的展望.     

铌酸锂光学电场传感器温度稳定性改善研究

铌酸锂晶体材料具有较高的电光系数和稳定的物理、化学性质,广泛应用在各种电场传感器中。但是,铌酸锂晶体折射率对温度较为敏感,在使用最大电光效应方向时,由于自然双折射的存在,晶体工作点随温度漂移,一方面导致传感器无法稳定工作,另一方面也影响了传感器的灵敏度和动态范围。为了消除这一影响,探头中将使用长度相等、主轴正交的两块铌酸锂晶体,一块作为传感晶体,一块作为补偿晶体。由于补偿晶体的存在,传感器的自然双折射得到很大程度的抑制,温度稳定性也得到了改善。经实验对比,补偿之后的传感器工作状态稳定性比未补偿的传感器得到大幅提升。     

基于菲涅耳微透镜的光学加速度传感器原理研究

目前航空业惯性导航系统中广泛采用的加速度传感器存在抗电磁干扰（EMI）和电磁冲击（EMP）能力差等缺陷，针对此提出了一种基于菲涅耳衍射微透镜的光学加速度传感器，它能够有效地解决上述问题。该传感器的传感原理是把一个反光膜平行地置于微透镜的后方，根据微透镜前方汇聚点处光强的变化来敏感加速度的大小。通过Fresnel-Kirchhoff衍射公式详细推导了传感器的光学原理，并且对光纤的偏移对光强的影响进行了计算机模拟分析。结果表明：光纤接收的光强对反光膜的位置具有纳米级的灵敏度，并且对光纤沿微透镜焦平面方向的偏移极其敏感，当此偏移超过2μm，光强就会下降至不足理想情况下的50%。验证性实验结果表明这种传感器的原理是正确的。     

光学微腔用磷酸盐玻璃基体的研究

量子点光学微腔器件在低阈值激光器和单光子光源等量子信息处理技术领域有重要的应用前景。为了有效地实现受激辐射,光学微腔需要在高介电常量的玻璃微球中嵌入高浓度的量子点。为此使用玻璃技术开展了在磷酸盐玻璃中生长高浓度Ⅱ-Ⅵ族量子点的研究,探索了ZnO-P2O5、CdO—P2O5和CdS—P2O5二元磷酸盐玻璃的形成能力、红外通过率、结晶行为和微腔成彤能力。在这些玻璃基体中,ZnO的最大溶解度为0．6,CdO和CdS的溶解度为0．4;基体表现出和商用截止型过滤片玻璃相似的光吸收特性,并与玻璃的种类和成分含量无关;基体晶化后可以析出α-Zn2P3O7或CdS等品相,其中CdS相均匀分布在试样中;磨细的玻璃基体可以成型为球表面完整和椭网度小的微腔。试验结果表明,ZnO-P2O5和CdS-P2O5等二元磷酸盐玻璃可以成型为光学微腔并可以有效地生长出高浓度的Ⅱ-Ⅵ族量子点。     

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%.     

耦合光学微腔的频率调谐过程分析

不同的频率失谐会在耦合光学微腔激发出不同的工作模式.以两个耦合光场的非线性薛定谔方程为理论模型,分别研究了失谐参量正调谐和负调谐过程中微腔内光场的变化.理论分析结果表明,在正失谐区域中,腔内光场可由多脉冲形式演变为亮孤子,但亮孤子存在范围较小,当失谐参量过大时,腔内光场会演化为直流分布.在负失谐区域,腔内可以形成较高功率"图灵环"形式的光场.当耦合微腔没有发生频率失谐,或者失谐参量接近0时,腔内只能形成混沌形式的光场分布.当耦合微腔内激发出光孤子后,通过选取合适的失谐参量和抽运功率,可在腔内维持稳定的亮孤子.此外还可通过继续调谐第一个微腔的失谐参量,将亮孤子转变为低功率的"图灵环".理论分析结果对耦合微腔的实验研究具有重要意义.     

回音壁模式光学微腔的激发模式控制

利用二氧化碳激光器在熔融石英棒上加工出具有超高品质因子的微棒腔,并研究了微腔的曲率、耦合位置以及耦合位置处锥形光纤的半径对激发的模式数量、品质因子以及耦合效率的影响。通过优化加工和耦合过程中的参数,在保证超高品质因子的同时激发出少量模式,有效避免了模式重叠,从而在不同波长下产生了具有频谱光滑包络的孤子光频梳。