双波长抽运拉锥光子晶体光纤产生超连续谱研究

利用1064 nm抽运光在总长度为1 m的光子晶体光纤(PCF)的前半段(77 cm)通过四波混频产生747 nm短波信号光,并对光纤的后半段进行拉锥处理,拉锥光纤具有707 nm和1177 nm两个零色散点(ZDW).利用1064 nm抽运光和产生的747 nm信号光共同在两个零色散点之间的反常色散区抽运拉锥光子晶体...     

长脉冲抽运光子晶体光纤四波混频和超连续谱的理论研究

本文数值研究了长脉冲抽运光子晶体光纤四波混频和超连续谱的产生.依据准连续波近似下的相位匹配条件和能量守恒定律,能够理论上确定在光子晶体光纤正常色散区抽运时,四波混频效应产生的信号光和空闲光波长;以及在光纤反常色散区抽运时,调制不稳现象产生的两个对称旁瓣波长.利用自适应分步傅里叶法,定量地模拟了利用波长为1064 nm的亚纳秒激光器抽运两种不同色散特性的光子晶体光纤四波混频效应和超连续谱的产生,模拟结果与实验结果符合非常好. 关键词： 光子晶体光纤 超连续谱 四波混频 自适应分步傅里叶法     

基于光子晶体光纤关联光子对频谱特性的研究

为了研究光子品体光纤在800 nm波段关联光子对的频谱特性.基于自发四波混频得到了脉冲抽运光产生的光子对的相位匹配函数和频谱甬数.数值计算、证明闲频光中心波长取796 nm时的频谱对称性最好;在假设闲频光频率为单一频率的前提下,利用简化频谱函数的表达式,通过改变光子晶体光纤零色散点色散斜率和非线性系数,以及抽运光的入射中心波长,进一步讨论了抽运光和光子晶体光纤参数变化对信号光和闲频光频谱函数的影响及变化规律.提出了有利于产生高纯度纠缠光子对的光纤参数和抽运光参数,结果对于在800 nm波段发展光子晶体光纤纠缠光子源的实验具有指导和参考意义.     

三个零色散波长光子晶体光纤及相位匹配特性

利用多极法对光子晶体光纤的色散特性进行了模拟,通过结构参数的精确设计,得到了具有三个零色散波长的单模光纤,获得了色散值极低的超平坦色散曲线。对三个零色散波长光子晶体光纤特殊的相位匹配特性进行了研究,在不同光纤结构参数下,得到了相位匹配波长随抽运波长及抽运功率的变化规律,分析了不同色散曲线对应的相位匹配波长特点。三个零色散波长光纤能实现两个反常色散区之间光孤子的高效波长变换,可以获得6个新的四波混频相位匹配波长,产生更多光子对,为高效、多波长四波混频的产生及超连续谱的研究提供了新的物理环境。     

高非线性光子晶体光纤中飞秒脉冲的传输特性和超连续谱产生机制的实验研究及模拟分析

用实验和数值模拟两种方法研究了高非线性光子晶体光纤中飞秒激光脉冲的传输特性和超连续谱的产生机理，给出了抽运脉冲在三种不同中心波长情况下输出光谱展宽并形成超连续谱的实际测量及理论模拟结果.研究表明：在零色散波长抽运时，光谱展宽以自相位调制为主，同时三阶色散的影响明显，传输脉冲在时域内出现振荡次峰.而在反常色散区抽运时，光谱展宽的初期以自相位调制为主，随后根据抽运功率的不同孤子自频移、高阶光孤子的裂变和四波混频效应会逐渐增强，进而成为光谱展宽的主要原因.与此相应，在时域中能明显看到孤子的形成和红移，飞秒传输脉 关键词： 光子晶体光纤 高非线性光子晶体光纤 飞秒脉冲激光 超连续谱     

双折射光子晶体光纤中基于孤子分裂的超连续光谱产生

利用亚纳焦量级、脉冲宽度为100 fs的激光脉冲在双折射光子晶体光纤中获得了450—1050 nm 的超连续光谱,且超连续光谱具有明显的分立峰状结构.分析了光谱中分立峰状结构产生的物理机制,抽运光波长处于接近零色散波长的反常色散区,形成高阶光孤子,由于高阶非线性和高阶色散的影响,高阶孤子分裂成多个基孤子,使初始光谱上演化出红移的光孤子成分和蓝移的色散波成分.理论模拟了飞秒激光脉冲在光纤中的色散特性和传输特性,较好地解释了实验结果. 关键词： 光子晶体光纤 超连续光谱产生 孤子分裂 脉冲俘获     

光子晶体光纤包层可见光及红外宽带色散波产生

对光子晶体光纤包层3个空气孔之间节区的传光特性进行了分析, 对比了纤芯与包层节区传光的模场面积、非线性系数及色散特性, 得到光子晶体光纤包层节区具有小芯、高非线性的特点.在包层空气孔较大的情况下, 得到了双零色散曲线.根据色散曲线, 分析了色散波产生的相位匹配特性, 得到了色散波中心波长随抽运波长及功率的变化规律.制备出了所设计的光子晶体光纤, 实验得到了在可见光及红外大于300 nm的宽带色散波, 并给出了色散波随抽运波长及功率的变化规律.实验和理论分析结果一致, 为波长变换及超连续宽带光源的研究奠定了基础. 关键词： 光子晶体光纤 色散波 相位匹配 非线性     

超短光脉冲在双折射光子晶体光纤中产生超连续谱的偏振特性数值分析

采用矢量耦合非线性薛定谔方程描述了超短光脉冲在双折射光子晶体光纤中的传输过程,并利用分步傅里叶方法求解该方程。数值模拟了中心波长为1550nm的超短光脉冲在不同色散参量的双折射光子晶体光纤中超连续谱的产生及其偏振特性。分析了光纤在不同色散区时,高阶色散和非线性效应对超连续谱及其偏振态的影响。结果表明,当超短光脉冲波长位于近光纤零色散点的反常色散区时,比其在光纤正常色散区和远离光纤零色散点的反常色散区更容易产生宽且平坦的超连续谱,所得到的光谱显示出了复杂的偏振态特性。     

光子晶体反常色散超窄带滤波理论

讨论了利用由反常色散材料构成的二维（2D）光子晶体(PCs)实现超窄带滤波（PCADOF）的原理，并对铯原子蒸气6P3/2←6S1/2谱线的反常色散曲线进行了研究，讨论利用此反常色散曲线通过2D PCs实现超窄带滤波的方法和特点，研究发现这种滤光器的带宽可达到0.002nm，这将为设计一种全新的滤波器提供指导. 关键词： 反常色散 光子晶体 超窄带滤波     

双零色散光子晶体光纤中可见及红外宽带高效色散波

利用Ti宝石激光器生成的飞秒激光脉冲入射高非线性双零色散光子晶体光纤,进行非线性光谱实验.抽运脉冲的中心波长为800nm,位于接近零色散点的反常色散区,在正常色散区观测到双零色散光子晶体光纤产生的超宽带连续光谱输出,相对于单零色散光子晶体光纤,转换效率更高、谱带稳定而平滑,不仅获得了高效宽带蓝移色散波,还获得了长波段正常色散区的宽带红移色散波.实验结果与理论分析的相位匹配条件一致,阐明了色散波产生的物理机理.随泵浦功率的增大,长波段红移色散波发生明显红移,可见波段蓝移色散波强度显著增长,当泵浦功率为0.68 W时,泵浦光几乎全部转化,蓝移色散波与残余泵浦的输出功率之比大于257∶1,光谱转换效率极高,达到99.6%以上.蓝移色散波的宽带达到了309nm,近红外波段的红移色散波与孤子波相连,形成超连续谱,带宽可达628nm.实验结果对超短脉冲激光频率转换和宽带光源的研究具有参考价值.     

Anomalous dispersion in one-dimensional plasma photonic crystals

The anomalous dispersion in one-dimensional plasma photonic crystals (1-DPPCs) is studied. The width of band pass and band gap are compressed, the phase velocity decreases and the cup-off frequency comes close to the frequency of plasma when EM wave oblique incidence on 1-DPPCs. The band gaps are affected by the thickness of plasma, the dielectric constant of the dielectric material, the plasma density and the angle of incidence. Superluminal negative group velocity is discovered in this study. This character is interesting for scientists and may have a potential application.     

高质量三维胶体光子晶体中慢光速与超光速的实验研究

利用飞秒脉冲自相关技术研究了高质量三维胶体光子晶体中的慢光速和超光速效应.实验中使用的胶体光子晶体是采用压力控制的绝热沉积技术（PCIHVD）制备的、由聚苯乙烯小球组成的人工蛋白石结构.由于其中的缺陷和位错密度很低,它们具有很高的通带透过率和陡峭的能带边缘.测量了从通带到带边直至带隙中央群速度的变化,在只有20层左右小球的样品中观察到低至0.43c的慢光速以及高至1.34c的超光速现象.此外,利用时域有限差分（FDTD）方法对短脉冲在三维光子晶体中的群速度进行了数值模拟,并且和 关键词： 三维胶体光子晶体 慢光速 超光速 脉冲自相关     

正方介质柱光子晶体中异常传输现象研究

研究了电磁波在二维正方介质柱光子晶体中的传输,发现处于第一频带部分带隙的电磁波在不同界面切割方向上不同角度入射时可分别产生全反射及复杂异常折射现象如自准直现象、负折射现象.首先利用平面波展开法从理论上研究正方介质柱正方晶格光子晶体的频带结构及等频线,然后通过时域有限差分法来仿真研究光子晶体在第一频带部分带隙的传输特性.当光子晶体的界面切割沿着ΓX方向时,由于光子晶体内无本征模能够被有效地激发,入射波束被完全反射,这与光子带隙导致的全反射具有本质的不同;当光子晶体的界面切割方向沿着ΓM时,归因于其扁平的等频线,一定角度范围内入射的波束在光子晶体内几乎沿同方向传输即产生自准直现象.     

Square lattice photonic-crystal collimator

The anomalous dispersion of planar photonic crystals (PhCs) near the dielectric band edge is utilised to control the wavelength-dependent propagation of light. Light beams with up to ±10° divergence were cleanly collimated over a 40 nm (1260–1300 nm) bandwidth using a square lattice. The collimating range and angular dispersion sensitivity between the square and hexagonal lattice have been compared. Both the plane-wave expansion calculation and finite difference time domain (FDTD) simulation match well with the experimental results.     

Enlargement of the omnidirectional reflectance gap in one-dimensional photonic crystal heterostructure containing double negative index material

In this paper, we investigate by theoretical analysis a way to enlarge the frequency range of band gap in one-dimensional heterostructure photonic crystal (PC) made of two PCs alternate stacked by conventional and double negative index material. The numerical results by scattering matrix method (SMM) show that, for the proposed PC with appropriate parameters, there is an omnidirectional photonic band gap (OBG), which is insensitive to incident angle and polarization. The thickness ratio of layers in the second PC is the inverse and identical of that in the first PC, respectively. Two PCs form the PC heterostructures. Moreover, we demonstrate the existence of OBG and notable enlargement of the frequency range of the OBG in proposed PC heterostructure. The reason is that the pass band of one of the two PCs falls into the forbidden band of another PC. Decreasing the thickness of layers but not changing the thickness ratio of layers in the second PC, the frequency range of OBG keeps invariant. However, with the increasing of thickness of layers, the frequency range of OBG gets narrow.     

基于GaAs/AlxGa1-xAs多量子阱光子晶体的窄带滤波器

讨论了利用GaAs/AlxGa1-xAs多量子阱构成的一维光子晶体实现窄带滤波的原理.研究了外加电场下GaAs/AlxGa1-xAs多量子阱的激子吸收所导致的反常色散行为.研究发现,在反常色散材料的共振频率附近,存在一个较强色散且吸收很小的区域,该区域内的色散可以在PCs的带隙中产生一个窄的通频带,其对应的最大透过率约为0.73,全固态滤光器的带宽约为4.9 nm,并可利用外加电场进行调谐,这将为设计一种全新的固态滤波器提供指导.     

Light confinement in 3D silicon doped with germanium (n-SixGe1−x) and silicon-on-insulator (SOI) photonic crystal structures

The numerical investigation of photonic band gaps (PBGs) for three-dimensional (3D) photonic crystals (PCs) of silicon doped with germanium (n-Si_xGe_1−x) and silicon-on-insulator (SOI) structures has been illustrated. The effect of germanium-doping (Ge-doping) concentration on the vertical confinement of the light and the band gap size has been presented. A 3D full vectorial plane wave was developed and employed to investigate design parameters of the 3D PC structure and to calculate dispersion relation for guided modes. Calculations of band structures for the triangular lattices of dielectric cylinders in air for quasi-3D PC structures have been performed.     

类石墨烯复杂晶胞光子晶体中的确定性界面态

拓扑绝缘体是当前凝聚态物理领域研究的热点问题.利用石墨烯材料的特殊能带特性来实现拓扑输运特性在设计下一代电子和能谷电子器件方面具有较广泛的应用前景.基于光子与电子的类比,利用光子拓扑材料实现了确定性界面态;构建了具有C_(6v)。对称性的类似石墨烯结构的的光子晶体复杂晶格;通过多种方式降低晶格对称性来获得具有C_(3v),C_3,C_(2v)和C_2对称的晶体,从而打破能谷简并实现全光子带隙结构;将体拓扑性质不同的两种光子晶体摆放在一起,在此具有反转体能带性质的界面上,实现了具有单向传输特性的拓扑确定性界面态的传输.利用光子晶体结构的容易加工性,可以简便地调控拓扑界面态控制光的传播,可为未来光拓扑绝缘体的研究提供良好的平台.     

局部高斯变迹布拉格光纤光栅中的调制不稳定性

利用激光脉冲在光纤光栅中传播时所遵守的相干耦合非线性薛定谔方程,研究了激光脉冲在局部高斯变迹布拉格光纤光栅中传输时,在反常色散区和正常色散区所产生的调制不稳定性。结果表明在反常色散区和正常色散区都能产生调制不稳定性;在反常色散区,当输入功率达到一定数值、传输距离一定时,当f=-1禁带之上能带底时,调制不稳定性增益的强度最强、宽度最窄;当远离能带底时强度减弱、宽度变宽;在正常色散区,在产生调制不稳定性功率区域,调制不稳定性存在并从给定值一直持续到无穷;并且,在反常色散区和在正常色散区,增益谱都受到局部高斯变迹函数的制约。     

强双折射光纤中单一频率传输区域的调制不稳定性

利用光脉冲在光纤中传播时所遵守的相干非线性薛定谔耦合方程,研究了单一频率的线偏振光,且偏振方向沿两个双折射轴的分量强度相等时,在反常色散区和正常色散区所产生的调制不稳定性.结果表明在反常色散区和正常色散区,对应不同的功率区域输入脉冲有不同的增益谱,并且当输入脉冲功率一定时,双折射性质变化导致增益谱表现出明显的不同.