光子晶体波导与微谐振器耦合特性的研究

在利用耦合模理论(CMT)研究了谐振器与波导之间耦合工作特性的基础上,在二维正方格子光子晶体中设计了两种对称的带有5×5微谐振器的弯折波导。采用时域有限差分法(FDTD)研究了波导的传输特性,结果表明:通过改变微谐振器中心缺陷柱半径大小,波导与微谐振器之间引入了不同的耦合谐振模式,得到了9个通带;这两种波导结构都具有窄带通的特性,其带通频率随微谐振器缺陷柱半径增加向低频移动;微谐振器相同时,侧向耦合波导输出端口通带中心频率强度衰减较直接耦合波导的小,实现了波导与谐振腔之间更强的耦合作用。这两种微型波导均可作为信号处理接口,用于窄带滤波及网络互连器件设计,在光通信、集成光路、光谱传感等领域具有潜在应用价值。     

耦合诱导的四分之一波长超导谐振器微波传输透明

类似于利用强泵浦光调控介质光学性质实现对原共振吸收光的诱导透明,本文利用实空间量子散射理论研究了如何实现波导光子从全反射到透射的转变.结果表明,通过引入辅助四分之一波长谐振器的耦合,可实现原四分之一波长谐振器对共振微波全反射的透射.利用微纳加工工艺制备了对应上述理论模型的四分之一波长谐振器样品,在极低温条件下对该样品的微波传输特性进行了实验测试,观测到了理论预言的微波波段类电磁诱导透明的部分现象,证实了耦合谐振器的模式重整理论.     

耦合谐振器光波导旋转传感的相位灵敏度

利用光学谐振器结构的色散可提高旋转传感的灵敏度, 耦合谐振器光波导可实现强色散, 本文利用传输矩阵理论, 研究耦合谐振器光波导旋转传感的相位灵敏度, 讨论谐振器布局和波导参数对相位灵敏度的影响, 结果表明波导的相位曲线和相位灵敏度依赖于波导中谐振器的布局, 谐振器数量和耦合系数不仅会影响波导旋转传感相位灵敏度曲线峰值的数量和带宽, 还会影响相位灵敏度的大小, 而损耗会降低波导的相位灵敏度, 本文的结果可用于利用谐振器布局和波导参数设计耦合谐振器光波导的相位灵敏度, 对其在旋转传感方面的应用有重要意义. 关键词： 谐振器 旋转传感 光波导     

共面波导-微带耦合谐振器测量风力机叶片覆冰厚度研究

风力机叶片覆冰现象严重影响其安全、经济运行,开展覆冰厚度在线测量技术研究具有重要的实际意义。本文提出了共面波导-微带耦合谐振器测量覆冰厚度的方法。通过耦合谐振器等效电路分析,得到了介质厚度测量的理论关系式;建立了耦合谐振器电磁场仿真模型,在谐振器表面覆盖不同介电常数、不同厚度的介质,计算得到了谐振器的谐振频率,进而得到了测量介质厚度的通用关系式,给出了谐振器谐振频率、介电常数和介质厚度之间的函数关系;制作了共面波导-微带耦合谐振器,开展了谐振器表面覆冰实验,测量厚度和实际厚度的相对误差在15%以内,验证了共面波导-微带耦合谐振器测量风力机叶片表面覆冰厚度的可行性。该方法对研究飞机机翼覆冰及其他介质厚度测量具有一定借鉴意义。     

垂直耦合结构纳米微环谐振器工艺失准分析

垂直耦合结构纳米微环谐振器是光子集成电路的重要组成单元.主要研究了与其实际制作相关的工艺失准问题.针对高折射率差波导材料垂直耦合结构纳米微环谐振器,先用耦合模理论解析方法研究了耦合系数与直波导和微环波导耦合层厚度d以及横向偏移量△之间的关系,为三维时域有限差分法(3D-FDTD)的精确数值计算确定了模拟范围.之后结合解...     

基于弱耦合模理论的空间多波导耦合特性研究

不在同一平面的空间多波导中光耦合发生在横截面两个方向,利用空间多波导可以方便、有效地实现不同层间器件的互连。将平面波导耦合模理论推广到空间多波导之间的耦合,在弱导引条件下给出了空间多波导的耦合方程。利用该耦合方程对三维集成光学器件中常见的空间三波导和空间四波导的耦合特性进行分析,得出光强分布及耦合长度的解析表达式,并用三维全矢量光束传输法验证了分析结果。分析结果表明利用空间多波导可以实现水平和垂直两个方向上的均匀或非均匀分束,为利用空间多波导之间相互耦合的三维定向耦合器件的设计和分析提供理论基础。     

环形耦合Duffing振子间的同步突变

以环形耦合Duffing振子系统为研究对象,分析了耦合振子间的同步演化过程.发现在弱耦合条件下,如果所有振子受到同一周期策动力的驱动,那么系统在经历倍周期分岔、混沌态、大尺度周期态的相变时,各振子的运动轨迹之间将出现由同步到不同步再到同步的两次突变现象.利用其中任何一次同步突变现象可以实现系统相变的快速判别,并由此补充了利用倍周期分岔与混沌态的这一相变对微弱周期信号进行检测的方法. 关键词： Duffing振子 同步突变 相变 微弱信号检测     

过耦合结构超导铝共面波导谐振器温度特性研究

制备了基于超导铝膜的四分之一波长反射型共面波导谐振器,并利用矢量网络分析仪测量了该谐振器在低温超导状态下的传输特性。实验结果表明:对于拥有较大耦合电容的超导共面波导谐振器,在超导状态下随着环境温度的升高,超导薄膜的表面阻抗会增大,进而谐振器的中心谐振频率降低,谐振峰变宽。温度越高,谐振频率随温度升高而向低频偏移的速率越快。另一方面,随着环境温度升高,谐振器的外部耦合品质因数和负载品质因数也都会降低。温度越高,谐振器品质因数随温度升高而降低的速率越快。用二能级理论解释了实验现象,品质因数理论计算值与实验测量结果相接近。     

CDMA移动通信用高温超导滤波器的研制

本文提出了一种新型H型环带谐振器,具有结构紧凑,尺寸小,Q值高,非相邻耦合弱等优点.该谐振器在一侧设置了一个开口,改变开口位置,可以在较大范围内改变谐振器谐振频率,并且能够改变基频和二倍谐频之间的频率间隔.对于直连型馈线引入方式,H型环带谐振器容易实现外部Q值的匹配,同时对输入/输出端谐振器的谐振频率影响很小.本文还基于H型环带谐振器,采用2英寸双面YBCO高温超导薄膜设计并制作了用于CDMA移动通信系统的12节高温超导滤波器.该滤波器的中心频率为832MHz,相对带宽为1.6%.在70K温度下的测试结果显示滤波器的带内插入损耗低于0.28dB,反射损耗优于-15.5dB,带外抑制约为75dB,通带低频端带边陡峭度超过30dB/MHz,高频端带边陡峭度超过20dB/MHz.     

利用一种改进模型研究谐振器耦合时的约瑟夫森结的响应(英文)

提出了一种改进的谐振器耦合时的约瑟夫森结模型,模型考虑了结与谐振器之间的耦合强度。利用这种模型,研究了谐振器耦合时的约瑟夫森结的响应,包括单结的电压自锁定和结阵列的相位互锁定现象。研究了耦合强度、谐振器的品质因数和谐振频率对电压自锁定的影响,并给出了合理的解释。此外,还对结阵列的相位互锁定强度对锁定电压和结数量的依赖关系进行了研究,并与理论值进行了比较。所得结果对谐振器耦合下的约瑟夫森结的应用具有指导意义。     

基于H型谐振器的L波段宽带高温超导滤波器设计

宽带的高节数高温超导滤波器一直是滤波器设计和制作的难点.主要原因是强耦合的设计要求使得谐振器间距过小,制作精度难以达到.本文使用H型强耦合谐振器设计和制作了中心频率1335 MHz、相对带宽28%的14节高陡峭度超导滤波器.H型谐振器具有耦合系数高和结构紧凑、对称的性质.高的耦合系数使得H型谐振器适合用于宽带滤波器的设计;紧凑、对称的结构使得高节数的高性能宽带滤波器的实现成为可能.高温超导滤波器在无调谐情况下测试结果为S21<0.33 dB,S11<-11.3 dB,带外抑制超过70dB,矩形系数达到1.3,测试结果与设计结果符合得很好.     

直线型端口类盒型拓扑结构微带滤波器设计

针对微波带通滤波器小型化、高性能的应用需求,研究了基于双模方形环谐振器的直线型端口的两阶带通滤波器响应特性,进一步提出使用单模谐振器和双模谐振器相结合设计直线型端口的高阶微带带通滤波器。提出的直线型端口双模方形环微带滤波器具有类盒型拓扑结构,能够实现灵活的频率响应特性,而且传输零点的位置可调,能够满足不同的应用需求。由于存在寄生的对角交叉耦合路径,提出的类盒型拓扑结构微带滤波器可以实现一个额外的传输零点。为了验证结构和设计方法的可行性,设计了两款中心频率为5.2 GHz的三阶和五阶带通滤波器,最后进行加工和测试。耦合矩阵响应、仿真和测试结果一致性较好,表明了该结构实现高性能滤波器的可行性。     

基于双SSLR的小型化双通带带通滤波器设计

设计了一种新的具有良好选择性的小型化的双模双通带带通滤波器。该滤波器的谐振结构由两个短路枝节加载谐振器(SSLR)连接到同一个接地金属柱构成。首先通过奇偶模分析方法分析单个SSLR的谐振频率,得到谐振频率的变化规律;然后为了实现滤波器的小型化,将两个SSLR连接到同一个金属柱上并且折叠微带线,通过调节枝节长度分析滤波器通带的变化;设计中使用双枝节分别对谐振器馈电的结构,并且引入了源与负载耦合,可以在上阻带多提供一个传输零点,以提高阻带抑制;最后对滤波器的传输零点进行分析,提高滤波器的选择性。通过上述的分析,对该滤波器进行仿真、加工以及测试,得到最后实物的测试结果与软件的仿真结果较为一致。     

ZrO_2的掺杂对于单畴YBCO超导块材的影响

研究了在Y211中掺入ZrO2对于用顶部籽晶熔渗方法制备YBCO块材的影响,以及不同掺杂比例对于样品表面形貌和磁悬浮力的影响.实验表明,随着ZrO2掺杂量的增加,样品的磁悬浮力有增大的趋势.这种现象可能是由于ZrO2的掺杂在样品中形成了磁通钉扎中心,有效的提高了超导体的物理性能.     

S波段高温超导滤波器的研制

本文采用全波电磁仿真分析方法,在YBCO/LAO/YBCO双面超导薄膜(介电常数为23.5)上设计并研制了具有内部耦合的8级高温超导(HTSC)小型化多曲折滤波器,在77K时基本未经调谐测得其中心频率为3.6GHz,带宽为200MHz,通带内插入损耗<0.2dB,回波损耗优于-20dB,带外抑制优于50dB.本文研制的S波段高温超导滤波器在移动通讯和卫星通讯领域具有广泛的应用前景,测试结果表明,滤波器具有较为优异的性能.     

Multi-channel drop filters using photonic crystal ring resonators

In this paper, we propose a photonic crystal multi-channel drop filter based on ring resonators and investigate its properties numerically by using the finite-difference time-domain (FDTD) method. This structure is constructed in a two-dimensional square lattice. Our multi-channel drop filter is composed of three waveguides and three ring resonators. These ring resonators are located in two different regions (heterostructure) which each region has specific dielectric constant. At resonance of each ring resonator, the power with certain wavelength transferred to one of the three drop waveguides is found to be more than 81%.     

一种高选择性的可调0.83~2.15 GHz带通滤波器

设计了一种宽频率调节范围的高选择性可调带通滤波器。宽调节范围由一对简单的加载变容管的平行耦合线谐振器设计实现。由于谐振器之间存在电磁混合耦合以及通过加载变容管引入的源与负载频变耦合,该滤波器最终引入了三个自适应性传输零点。而且,三个传输零点在整个调节范围内能够保持相同的相对位置,因此,设计的滤波器实现了在整个宽频率调节范围内的高选择性和良好的带外抑制。同时,在中心频率调节的过程中,通过选择合适的耦合系数,该滤波器可以实现恒定的相对带宽。最终设计出的可调滤波器的调节范围为0.83~2.15 GHz, 可调范围可达88.6%,并保持9%±0.3%的相对带宽不变。测试结果表明该滤波器具备了高选择性和良好的带外抑制能力。     

准椭圆函数高温超导滤波器的设计

本文结合近年来高温超导滤波器的研究成果,探索基于准椭圆函数的高温超导滤波器的研究过程,用全波分析的滤波器设计方法,对谐振器间的耦合和滤波器的结构进行研究,对几种基于准椭圆函数的滤波器设计进行仿真并对其结果进行讨论分析.     

光子晶体环形腔的四波长THz滤波器

提出一种基于光子晶体环形腔的四波长THz滤波器,该滤波器在光子晶体结构中引入两个环形腔,且环形腔内部各增加一个正方形介质柱,四周各引入一个散射介质柱。应用基于时域有限差分法(FDTD)的Rsoft软件进行仿真分析,结果表明通过对内部正方形介质柱的边长、散射介质柱半径以及耦合介质柱半径等结构参数的调节,可以滤出74.813,76.98,78.168和78.883 m四个太赫兹波长。该滤波器性能优良,透过率高、Q值高、信道隔离度大,对于THz技术应用具有重要意义。     

基于TM010模介质谐振腔的小型化腔体滤波器

现用于4G基站的介质腔体滤波器都采用TE_01δ模介质谐振腔,虽然其品质因数Q值很高,但体积较大。为了小型化介质腔体滤波器,创新性地使用了TM₀₁₀模介质谐振腔,虽然其Q值比较低,但同样能满足高带外抑制的要求。对TM₀₁₀模介质谐振腔的端口耦合和两腔之间的磁耦合、电耦合进行分析研究,创新性地使用了介质窗的形式产生电耦合,避免了使用飞杆,易于加工,降低制造成本。最后设计了一个8腔TM₀₁₀模准椭圆函数介质腔体带通滤波器,在通带(TD-LTE频带,2570~2620 MHz)两端分别设计两个传输零点以提高带外抑制。调试结果表明,TM₀₁₀模介质腔体滤波器不仅能满足低插损、高带外抑制的要求,而且其体积大幅度缩小。