有源光子带隙高速全光开关的研究

研究了一种新颖的基于非共振光学斯塔克效应的有源光子带隙全光偏振开关的理论模型,模拟了在抽运光作用下全光开关有源光子带隙的反射谱的变化情况;反射式全光偏振开关的对比度随延迟时间和抽运功率密度的变化以及插入损耗随延迟时间的变化;周期无序和折射率测量误差对光子禁带的影响.由于超辐射模的快速辐射衰减,在非共振抽运脉冲通过后,材料光谱特性将迅速恢复,可形成太赫兹的开关;并且材料的光子禁带对激子共振频率的变化非常敏感,使得光开关控制光能量比普通多量子阱光开关的小很多.     

用两端对称缺陷复合光子晶体实现多通道滤波和光开关

用传输矩阵法计算了两端对称缺陷复合光子晶体结构的光传输特性。计算结果表明:两端对称缺陷复合光子晶体[D(AB)mD]2结构中的禁带出现两个完全共振透射峰。通过控制入射光强来微调光子晶体材料的介电常数,使得完全共振透射峰移动,且介电常数变化越大,共振透射峰偏移越大,从而形成高效率的双通道光开关。当光子晶体为[D(AB)mD]N结构时,每个完全共振透射峰都分裂为N-1条,这样可通过调节N同时实现所需要通道数目的高效多通道光开关和多通道滤波器。     

光纤Bragg光栅非线性开关动态特性研究

基于光纤Bragg光栅中脉冲演变遵循的非线性耦合模方程,数值分析了光纤Bragg光栅在禁带附近由非线性光学特性导致的Bragg波长偏移。仿真结果表明：随着输入信号功率的增大,光栅的布拉格波长向长波方向移动,反射峰值下降,反射带宽变窄。进一步研究了基于此效应的全光自开关特性,结果表明：此开关的稳定时间短,并且输出脉冲形状保持良好。因此,这种具有高非线性系数的光纤光栅实现的全光开关在全光信号处理方面具有广泛的应用前景。     

基于高非线性光子晶体光纤Sagnac环形镜的全光开关

设计了一种新颖的、低开关功率的全光开关. 将高非线性光子晶体光纤和双向抽运掺饵光纤放大器引入Sagnac环形镜内，破坏了环形镜的对称性，利用交叉相位调制作用使反向传输的两路信号光产生非线性相移，从而实现开关效应. 理论分析表明：开关功率与放大器的增益倍数和光子晶体光纤非线性系数的积成反比，在实验中所得开关功率约40 mW，消光比约为15.9 dB，并且信号光透过率随脉冲控制光峰值功率呈余弦变化，实验结果与理论分析相吻合. 关键词： 全光开关 高非线性光子晶体光纤 环形镜 交叉相位调制     

二维光子晶体能带结构温度特性研究

采用有限元法对二维光子晶体的能带特性进行了分析.当光子晶体所受的温度发生变化时,由于构成二维光子晶体介质的热光效应,引起介质的折射率变化,介质的热膨胀效应引起介质厚度发生变化,改变了光子晶体的晶格周期,使得光子晶体的能带结构发生变化.分析了温度变化对二维光子晶体的第一禁带和第二禁带结构特性的影响,各禁带的起始波长、截止...     

一种全光开关及任意比能量输出光分束器的设计

基于光子晶体非线性Kerr效应设计了一种结构简单的任意比能量输出光分束器, 通过控制抽运光的强度来控制端口能量输出比. 该结构还可以实现控制光传输的动态开关作用, 并且具有插入损耗低、无串扰、信号光的开/关两个状态下的透射率相差非常大的特点, 因此该光开关具有很高的开关比. 关键词： 全光开关 光分束器 非线性Kerr效应 光子晶体     

光子带隙材料及亚波长微结构材料中等离子体共振导致的量子相干效应

我们对两类光学材料-光子晶体及左手材料中的量子相干效应进行了理论研究。光子带隙材料通常是指人工制作的具有光子通带和禁带的光学材料，它可以用来控制光场的传输及某些微观过程。光子晶体是典型的光子带隙材料，光子晶体的周期性结构导致其中的原子的量子光学性质与自由空间中明显不同，例如出现光局域化与原子自发辐射的抑制、光子-原子束缚态、二能级原子布居数囚禁等现象。最近的研究还表明心，特殊的态密度分布会导致感应透明现象，使得原子对与其共振的探测光场的吸收趋于零。这与电磁感应透明（EIT）类似，但不需要外加耦合场来建立相干。我们系统地研究了光子晶体特殊态密度产生的量子相干效应，包括三能级系统的感应透明、无反转增益、光速减慢等，及四能级系统的自发辐射和光开关效应，发现强的量子相干效应导致原子辐射与吸收性质产生多方面的改变。     

双光子吸收对光子晶体定向耦合全光开关的影响

 利用时域有限差分方法,在非线性条件下,考虑双光子吸收效应的同时,建立了分析2维光子晶体定向耦合波导光开关的模型。数值计算结果表明,对于长度较短的波导耦合器件,在强控制光和非线性条件下,双光子吸收效应会对波导的耦合作用产生一定的影响,从而改变入射光的透射特性,使光开关控制的动态过程发生变化。故而在设计全光开关器件时,对强控制光条件下的非线性双光子吸收效应有必要作为影响因素考虑进去。     

实现多共振模的一维异质结构光子晶体

用两种正折射率材料设计了一维光子晶体异质结构模型,并利用传输矩阵法对该光子晶体的透射谱进行了理论研究。结果发现:光通过光子晶体时,在较宽的禁带范围内出现透射率为100%的多条共振模,且共振模的数目与光子晶体结构周期数m相对应;当入射角一定时,共振模的位置可以通过介质的折射率、厚度来调制;当入射光入射角度增大时,多共振模出现整体蓝移,同时共振模宽度变窄。这些特性有望应用于多通道窄带滤波器的设计。     

光子晶体发光二极管

利用光子晶体的光子禁带和光栅衍射效应可以提高LED的出光效率,扩大LED的应用范围。总结了光子晶体发光二极管的原理和典型器件。通过比较表明,与光子禁带效应相比,利用光栅衍射效应提高LED出光效率的方法更适用于电注入发光。因此可望用更廉价的方法在LED表面制造光子晶体,可通过光栅衍射效应来有效地提高其出光效率。     

非线性一维光子晶体光开关与光双稳

设计和制备了ZnS/ZnSe叠层共 2 0个周期的非线性一维光子晶体光开关与光双稳器件 理论模拟了波长 5 14 .5nm的氩离子激光 ,在阈值功率密度 1.0× 10 5W/cm2 下 ,完全移出光子禁带 ,实现了光开关 同一器件也可作为光学双稳器件 ,实验测出其阈值功率密度为 1.38× 10 5W/cm2 ,双稳开关时间为 10 0ps 理论与实验结果基本一致     

利用二维光子晶体提高波的耦合效率

通过多重散射方法数值模拟研究和实验测量表明利用二维光子晶体可以提高波的耦合效率.研究发现,高的波耦合效率通常发生在光子禁带的边沿和其它非禁带区的某些频率处.当光子晶体的晶格常数接近于所传输的波的波长时,会出现很高耦合效率的共振耦合现象.利用二维光子晶体的情况下的波耦合效率最高可以达到不利用二维光子晶体时的1.89倍.这种现象在光集成器件中尤其有用.     

原子晶格中基于自发辐射相干效应的光子带隙

利用电磁感应透明技术,在一维光晶格中相干驱动四能级Lambda模型冷原子系统,从而实现动力学可调谐电磁感应光子带隙结构。基于两邻近能级间的自发辐射相干(SGC)效应,通过控制耦合场从远共振到共振,使该原子系统实现从两个光子带隙转变为三个光子带隙的动态过程。当自发辐射相干效应不存在时,在探测场共振区域处探测光子被原子系统强烈吸收,因此感应光子带隙严重形变甚至无法形成。通过数值计算证明光子带隙结构的形成源自于自发辐射相干效应下探测场和耦合场之间的三阶交叉克尔(Kerr)非线性调制,并且通过控制耦合场的耦合方式,可以实现系统从两个光子带隙到三个光子带隙的动力学调控。     

光子晶体对稀土上转换发光的调控

稀土掺杂上转换材料由于其高化学稳定性、低生物毒性,在发光显示、防伪和生物成像等领域得到了广泛的应用。稀土掺杂上转换材料的基质晶格和掺杂离子决定着其发光强度和颜色。光子晶体(PCs)是折射率不同的材料在空间周期性排列形成的有序结构,其最显著的特征是具有光子禁带(PBG)。波长位于光子禁带内的光不能透过光子晶体而被反射回来,因而光子晶体具有优异的光调控能力。本文综述了一维、二维和三维光子晶体对稀土上转换发光调控的进展,介绍了利用光子禁带与上转换荧光发射峰的相对位置对发光进行控制的方法。重点从蛋白石结构和反蛋白石结构两个方面论述了三维光子晶体对上转换发光的调控:对于反蛋白石光子晶体,综述了利用上转换材料构筑反蛋白和利用其他材料构筑反蛋白,通过布拉格反射调控上转换材料的发光;对于蛋白石光子晶体,论述了利用不同折射率胶体微球构筑三维光子晶体对稀土上转换发光进行调控。最后总结了利用等离子体共振和光子禁带共同作用调控上转换发光的研究现状,并展望了利用光子晶体调控上转换发光的发展方向。     

光电导开关工作模式的蒙特卡罗模拟

利用二维ensemble-Monte Carlo方法模拟了直流偏置的半绝缘GaAs(SI-GaAs)光电导开关在飞秒激光脉冲触发下的两种工作模式.结果表明：当偏置电场低于耿氏电场(GaAs为4.2kV/cm)时，开关输出电脉冲呈线性模式；偏置电场超过耿氏电场但触发光脉冲能量低于光能阈值，光电导开关仍然表现出线性工作模式；当偏置电场和触发光脉冲能量都超过非线性模式(“lock-on”模式)所需阈值，开关呈现非线性模式；在光子能量较高的激光脉冲触发下，开关非线性模式所需光能阈值降低.非线性工作模式源于光生载流子发生谷间散射，并在开关体内局部区域形成高场区，电场变化大，弛豫时间长，电脉冲呈现非线性.     

光子晶体共振现象研究

完整二维光子晶体中引入点缺陷后，在光子晶体禁带中会有共振模出现；将时域有限差分方法(FDTD)用于光子晶体共振特性研究中，给出共振频率的位置，直观地给出共振现象发生的过程。     

一维非线性光子晶体全光开关的数值研究

在光子晶体的缺陷层内掺入Kerr介质,基于Kerr非线性效应导致的缺陷态迁移原理,设计了两种一维光子晶体全光开关结构.应用时域有限差分（FD-TD）法,编制Matlab计算程序,对全光开关进行数值特性分析.讨论频率混合效应对全光开关的影响.观察光子局域效应增强光子晶体非线性的现象,验证了光子局域效应与光子晶体完整周期结构的层数有关,层数太少光子局域效应不明显.     

双负介质对光子晶体透射能带谱的简并效应研究

利用传输矩阵法理论,通过数值计算模拟的方法,研究双负介质对一维光子晶体透射能带谱的影响。结果表明:当C介质由双正介质变成双负介质时,光子晶体(CBAABC)n的禁带、能带和光子晶体(AB)m(CBAABC)n(BA)m的透射峰均出现明显的简并现象,即前者相邻多禁带和多能带结构简并为较宽的单禁带和单能带结构,后者的透射峰由2n+1条简并成2n-1条;当双负介质C的光学厚度负值减小时,光子晶体(AB)m(CBAABC)n(BA)m的透射峰向禁带中心靠拢,出现简并趋势。双负介质对光子晶体透射能带谱的简并效应,为光子晶体设计光学滤波器件、光学开关等提供参考。     

一维非线性光子晶体全光开关的数值研究

在光子晶体的缺陷层内掺入Kerr介质,基于Kerr非线性效应导致的缺陷态迁移原理,设计了两种一维光子晶体全光开关结构.应用时域有限差分(FD-TD)法,编制Matlab计算程序,对全光开关进行数值特性分析.讨论频率混合效应对全光开关的影响.观察光子局域效应增强光子晶体非线性的现象,验证了光子局域效应与光子晶体完整周期结构的层数有关,层数太少光子局域效应不明显.     

基于无序纳米颗粒的光子晶体有机薄膜

无序光子晶体有机物薄膜的制备是实现光阻隔材料量产的关键。设计了无序多级光子晶体结构有机物薄膜，以热塑性聚氨酯作为膜材基质，将二氧化钛颗粒作为反射隔光材料填入基质中。采用时域有限差分法进行了模拟，结果表明，增加填充因子导致了反射峰和光谱禁带的蓝移，而增加颗粒直径造成了光谱禁带红移。将单一直径均匀分布的阵列作为对比，分析了粒径多级性和结构聚结性对光谱的影响。对于横电波和横磁波，在0°～70°的宽入射角范围内实现了高效禁带效应。这种无序光子晶体结构的有机薄膜为宽角度光阻隔材料提供了参考。