非单色光抽运的光参量啁啾脉冲放大的带宽及增益特性研究

采用傅里叶变换的方法将脉冲光分解成不同的频率成分,建立了非单色光抽运的光参量放大耦合方程组的数值求解模型.研究了非单色抽运光对光参量啁啾脉冲放大的小信号增益、大信号增益以及增益带宽的影响.非单色抽运光降低参量放大的增益水平,但同时可提高增益带宽,且抽运光谱宽越宽,对增益带宽的提高作用越大.还进一步从相位失配和参量带宽的角度分析了非单色抽运光使参量放大的增益降低、带宽增大的原因. 关键词： 光参量啁啾脉冲放大 非单色光 增益带宽 飞秒激光     

Si基Ge异质结构发光器件的研究进展

近年来,与Si的CMOS工艺相兼容的Ge/Si异质结构发光器件取得很多重要的进展。本文概述了Si基Ge异质结构发光器件的最新成果,如Ge/Si量子点发光二极管、Si衬底上的Ge发光二极管及激光器和Ge/SiGe多量子阱发光二极管,分别描述了这些器件的特点和增强其发光特性的途径。最后展望了Si基Ge异质结构发光器件的发展趋势,指出尽管Si基Ge异质结构发光器件获得了很大的发展,但是器件的发光效率仍然很低,离实用还有一定距离,还需要在材料和器件的结构方面有更多的创新。     

Si基IV族异质结构发光器件的研究进展

Si基光互连具有高速度、高带宽、低功耗、可集成等特点, 有望解决集成电路的集成度在日益提高时电互连带来的问题. 在Si基光互连的关键器件中, 除了Si基光源尚未得到解决, 其他器件都已经实现, 因此Si基可集成高效光源具有十分重要的研究意义. 同为IV族元素的Ge 和GeSn因其与Si的可集成性及其独特的能带结构有望成为Si基光电集成回路中的光源. 虽然Ge是间接带隙材料, 但通过引入张应变、n型重掺杂, 或者引入Sn形成GeSn合金等能带工程手段来提高发光效率. 近年来, Si 基IV族发光材料和发光器件有许多重要进展, 本文就Si基Ge, GeSn材料发光研究中的几个关键技术节点——应变工程、掺杂技术、理论模型和器件研究——回顾了近几年国际和国内的研究进展, 并展望了Si基IV族激光器的发展趋势.     

Room-temperature direct-bandgap photoluminescence from strain-compensated Ge/SiGe multiple quantum wells on silicon

Strain-compensated Ge/Si_0.15Ge_0.85 multiple quantum wells were grown on an Si_0.1Ge_0.9 virtual substrate using ultrahigh vacuum chemical vapor deposition technology on an n +-Si（001） substrate.Photoluminescence measurements were performed at room temperature,and the quantum confinement effect of the direct-bandgap transitions of a Ge quantum well was observed,which is in good agreement with the calculated results.The luminescence mechanism was discussed by recombination rate analysis and the temperature dependence of the luminescence spectrum.     

An arrayed nanoantenna for broadband light emission and detection

We suggest a broadband optical unidirectional arrayed nanoantenna consisting of equally spaced nanorods of gradually varying length. Each nanorod can be driven by near‐field quantum emitters radiating at different frequencies or, according to the reciprocity principle, by an incident light at the same frequency. Broadband unidirectional emission and reception characteristics of the nanoantenna open up novel opportunities for subwavelength light manipulation and quantum communication, as well as for enhancing the performance of photoactive devices such as photovoltaic detectors, light‐emitting diodes, and solar cells. (© 2011 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Room-temperature direct-bandgap photoluminescence from strain-compensated Ge/SiGe multiple quantum wells on silicon

Strain-compensated Ge/Si_0.15Ge_0.85 multiple quantum wells were grown on an Si_0.1>Ge_0.9 virtual substrate using ultrahigh vacuum chemical vapor deposition technology on an n⁺-Si(001) substrate. Photoluminescence measurements were performed at room temperature, and the quantum confinement effect of the direct-bandgap transitions of a Ge quantum well was observed, which is in good agreement with the calculated results. The luminescence mechanism was discussed by recombination rate analysis and the temperature dependence of the luminescence spectrum.     

Room temperature direct-bandgap electroluminescence from a horizontal Ge ridge waveguide on Si

We report a lateral Ge-on-Si ridge waveguide light emitting diode(LED) grown by ultrahigh vacuum chemical vapor deposition(UHV-CVD). Direct-bandgap electroluminescence(EL) of Ge waveguide under continuous current is observed at room temperature. The heat-enhancing luminescence and thermal radiation-induced superlinear increase of edge output optical power are found. The spontaneous emission and thermal radiation based on the generalized Planck radiation law are calculated and fit very well to the experimental results. The Ge waveguides with different lengths are studied and the shorter one shows stronger EL intensity.     

简并态锗在大注入下的自发辐射谱模拟

基于费米狄拉克模型模拟了应变、温度以及掺杂对简并态锗的直接带自发辐射谱的影响.随着温度升高,更多的电子被激发到导带中,使得锗自发辐射谱的峰值强度和积分强度随温度的升高而增大.对自发辐射谱峰值强度的m因子进行计算,结果表明张应变可以显著提高锗自发辐射的温度稳定性.在相同应变水平下,由Γ-hh跃迁引起的自发辐射谱峰值强度大于Γ-lh跃迁引起的自发辐射谱峰值强度,但二者的积分强度几乎相等.此外,计算结果还证明了n型掺杂能显著提高锗的自发辐射强度.以上结果对于研究简并态半导体的自发辐射性质有重要的参考意义.     

纳米集成光路中的光源、光波导和光增强

使用近场光学显微术(scanning near-field optical microscopy, SNOM)研究了ZnO亚微米线端面出射性质，不同空间形貌Ⅱ-Ⅵ族半导体荧光器件光波导特性，二维光子晶体、准晶光子晶体对LED的出射增强作用以及表面等离激元(surface plasmon polariton, SPP)与半导体纳米荧光器件的相互作用，对纳米集成光路中的光源、光波导、光增强三个重要问题做了实验和理论上的分析.研究发现半导体微纳米线端面出射光束的质量与样品的直径有密切关系.通过合理地设计其直径和     

纳米集成光路中的光源、光波导和光增强

使用近场光学显微术(scanning near-field optical microscopy, SNOM)研究了ZnO亚微米线端面出射性质,不同空间形貌Ⅱ-Ⅵ族半导体荧光器件光波导特性,二维光子晶体、准晶光子晶体对LED的出射增强作用以及表面等离激元(surface plasmon polariton, SPP)与半导体纳米荧光器件的相互作用,对纳米集成光路中的光源、光波导、光增强三个重要问题做了实验和理论上的分析.研究发现半导体微纳米线端面出射光束的质量与样品的直径有密切关系.通过合理地设计其直径和 关键词： 纳米集成光路 扫描近场光学显微术 光波导 光增强     

增益半导体光放大器的特性

为满足半导体光放大器（SOA）在光纤到户FTTH系统接入网中的广泛应用,提出了基于光纤光栅外腔反馈型GC-SOA结构的全光增益机制,窄线宽激光光源经可变衰减器、隔离器和光纤光栅注入到SOA中,SOA的输出光经隔离器和光纤光栅送至光谱分析仪,通过光纤光栅反馈输入SOA形成钳制激光。对GC-SOA的阈值特性、增益特性及开关特性进行分析,结果表明:当注入电流小于GC-SOA的阈值电流时,增益随注入电流的增加而增加;当注入电流大于GC-SOA的阈值电流后,其增益不再随注入电流的变化而变化,实现了SOA的增益稳定,使SOA的饱和输出功率得到了提高。     

复合抛物面聚光器作为可见光通信光学天线的设计研究与性能分析

针对室内可见光通信的特点, 选择复合抛物面聚光器作为可见光通信系统光学天线, 介绍了复合抛物面聚光器的几何结构和光学特性, 利用光学仿真软件 TracePro对复合抛物面聚光器进行了设计、建模与仿真. 通过对不同光源条件下复合抛物面聚光器聚光特性的仿真发现: 在光源为朗伯辐射模型时复合抛物面聚光器的聚光性能更好, 且视场角越小增益越高; 但接收端与光源的相对位置对小视场复合抛物面聚光器的实际增益有明显影响, 在仿真条件下, 视场角为10°的复合抛物面聚光器实际增益为22.88, 比理论值降低了31%. 在此基础上, 在一个5 m×5 m×3 m的房间中对采用复合抛物面聚光器为光学天线的室内可见光通信系统进行了建模, 分别得到了直射链路和非直射链路下房间内各个位置的光功率分布. 仿真结果表明, 采用一个视场角为60°的复合抛物面聚光器为光学天线, 两种链路下平均接收功率分别提高了4.29 dBm和4.77 dBm, 非直射链路比直射链路的平均接收功率提高了11.2%.     

二级级联式室内可见光通信光学接收天线设计

针对室内可见光通信系统的传统光学接收天线无法同时满足高增益和大视场的问题, 设计了一种二级级联式光学天线. 通过分析信噪比、通信速率与接收天线视场角的关系, 发现视场角为40°–60°的光学天线最适用于室内可见光通信系统. 通过光学仿真软件TracePro的模拟及计算, 给出了所设计的二级级联式光学天线的增益随信号光入射角的变化关系. 结果表明, 相较于传统接收天线, 二级级联式光学天线具有更好的光学性能, 视场角为菲涅耳透镜单独接收时的4 倍. 利用Matlab对二级级联式光学天线竖直向上时的接收功率分布进行仿真, 结果显示探测器接收到的信号功率提升效果明显, 平均值较直接探测时增大了7 dBm, 进一步证实该二级级联式光学天线适用于室内可见光通信系统.     

基于室内可见光通信技术的新型两级光学接收天线设计与分析

针对室内可见光通信系统的应用需求,设计了一种新型两级光学接收天线.根据复合抛物面聚光器光学增益随视场增大而减小的聚光特性,将复合抛物面聚光器截面基准曲线旋转设计得到具有一定旋转角与厚度的透镜壁复合抛物面聚光器.进一步结合透镜壁复合抛物面聚光器和半球透镜的优势设计了一种新型两级光学接收天线,在增益保持的情况下视场角增大了近20~?.在一个5 m×5 m×3 m的空旷房间,通过Trace Pro建立光学天线的分析模型,Matlab软件对室内可见光通信系统进行信道建模.计算结果表明,采用这种新型两级光学接收天线,与直接接收的情况相比,平均接收功率增幅为757.2%,是复合抛物面聚光器的5.62倍;信噪比平均值增幅为28.07%,是复合抛物面聚光器的1.67倍;光学增益为11.49,是复合抛物面聚光器的2.81倍.且光斑半径仅为2.5 mm,较复合抛物面聚光器减小了近37.5%,使得能量集中均匀分布,进一步证实该新型两级光学接收天线适用于室内可见光通信系统.     

非简并光学参量振荡腔的经典增益

采用双晶体串接,温度调谐及光楔补偿方法,实现了参量振荡腔内泵浦场与非简并亚谐波场之间的三模同时共振,测定了系统的经典增益,实验结果与半径典理论计算符合.     

N型掺杂应变Ge发光性质

应变锗材料具有准直接带特性,而且与标准硅工艺兼容,成为实现硅基发光器件重要的候选材料之一.本文基于vandeWalle形变势理论,计算了应变情况下半导体Ge材料的能带结构以及载流子在导带中的分布;通过分析载流子直接带和间接带间的辐射复合以及俄歇复合、位错等引起的非辐射复合的竞争,计算了N型掺杂张应变Ge材料直接带跃迁的内量子效率和光增益等发光性质.结果表明,张应变可有效增强Ge材料直接带隙跃迁发光.在1.5%张应变条件下,N型掺杂Ge的最大内量子效率可以达到74.6%,光增益可以与III-V族材料相比拟.     

系统增益对光混沌通信系统性能影响的研究

针对强注入开环结构的外腔反馈半导体激光器混沌通信系统,数值计算得到系统增益与注入系数的定量关系曲线.对比是否使用系统增益对接收系统输出进行校正两种情况下系统的解调性能,表明使用增益校正的相减解调法获得的信息更接近原始信息.通过采用不同频率的正弦信号进行调制,表明信息频率对系统增益没有影响;用不同调制方法对0.2?Gbit/s数字信号加密,结果表明系统增益与信号类型及调制方法无关. 关键词： 光混沌通信 强注入 系统增益 同步     

带有增益的单微环谐振器的光速控制行为

带有损耗的光波导微环谐振器在实现光速控制时存在输出脉冲能量损耗大、脉冲形状畸变严重等问题。基于带有增益和带有损耗的微环谐振器的传输特性之间的对称性,计算分析了单微环谐振器的透射率、群折射率和群速度色散等特性,分析了增益和损耗对微环谐振器输出特性影响的机制。计算了带有增益的微环谐振器的光速控制行为,并与带有损耗的微环谐振器进行对比。结果显示,带有增益的微环谐振器输出脉冲不分裂且有较大的输出强度。脉冲延迟量和超前量比损耗系统大,可用于光速控制,克服了微环带有损耗时产生的光强损耗和脉冲畸变。     

光参量啁啾脉冲放大增益特性研究

 通过对非线性三波耦合方程组进行数值求解，研究了光参量放大的增益特性及饱和放大特性。给出了泵浦光、信号光参数对参量增益的影响及其与晶体饱和长度的关系。且OPA具有传统CPA系统所不具有的优点，将有可能取代传统的CPA系统而作为超短超强激光系统的新型前端。     

第一性原理研究[112]硅锗异质结纳米线的电子结构与光学性质

基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似,本文利用第一性原理方法着重研究了[112]晶向硅锗异质结纳米线的电子结构与光学性质.能带结构计算表明:随着锗原子数的增加,[112]晶向硅锗纳米线的带隙逐渐减小;对Si_(36)Ge_(24)H_(32)纳米线施加单轴应变,其能量带隙随拉应变的增加而单调减小.光学性质计算则表明:随着锗原子数的增加,[112]硅锗纳米线介电函数的峰位和吸收谱的吸收边均向低能量区移动;而随着拉应变的增大,吸收系数峰值呈现出逐渐减小的趋势,且峰位不断向低能量区移动,上述结果说明锗原子数的增加与施加拉应变均导致[112]硅锗纳米线的吸收谱产生红移.本文的研究为硅锗异质结纳米线光电器件研究与设计提供一定的理论参考.