纳米光子学全光开关研究进展

全光开关是全光网络和数字光信息处理的基本器件,该器件主要基于非线性光学原理．自激光发明以来,对该器件的研究已历时半个世纪．虽然全光开关的基础研究十分活跃,研究成果丰硕,但是至今尚未做出实用器件．文章分析了全光开关面临的困难,指出只有在极小的时空条件下,也就是采用飞秒激光驱动的纳米尺寸器件,才有可能研制出低开关功率、高开关速度、低插入损耗的实用的全光开关器件．文章简要介绍了近10年来纳米全光开关的研究成果,包括纳米尺寸干涉仪开关（空间开关）、量子限制光双稳触发器（时间开关）、半导体光放大器的波长转换器（波长开关）、光子晶体带隙移动开关和表面等离子体激元开关（强度开关）等5类16种典型的纳米全光开关器件．     

纳米光子学全光开关研究进展

全光开关是全光网络和数字光信息处理的基本器件,该器件主要基于非线性光学原理.自激光发明以来,对该器件的研究已历时半个世纪.虽然全光开关的基础研究十分活跃,研究成果丰硕,但是至今尚未做出实用器件.文章分析了全光开关面临的困难, 指出只有在极小的时空条件下,也就是采用飞秒激光驱动的纳米尺寸器件,才有可能研制出低开关功率、高开关速度、低插入损耗的实用的全光开关器件.文章简要介绍了近10年来纳米全光开关的研究成果,包括纳米尺寸干涉仪开关（空间开关）、量子限制光双稳触发器（时间开关）、半导体光放大器的波长转换器（波长开关）、光子晶体带隙移动开关和表面等离子体激元开关（强度开关）等5类16种典型的纳米全光开关器件.     

光数据存储的新进展

文章从不同角度全面系统地论述了光数据存储的新进展,一是以存储功能为生长线,着重论述只读存储→可录存储→可直接重写存储等光存储的存储机理和应用现状;二是以存储密度为里程碑,着重阐明CD存储→DVD存储→纳米存储→三维存储等存储密度不断获得数量级提高的物理内含,文章最后指出21世纪光存储技术的发展趋势。     

突破光学衍射极限,发展纳米光学和光子学

信息技术已经进入纳米时代,纳米光学和光子学正是为满足快速和高密度信息技术的需求而产生、发展的.先进的纳米光学和光子学器件应该是高速、高分辨率和高集成的,形成各类光学和光子学芯片和盘片.由于器件最小特征尺寸和加工分辨率受限于光的衍射极限,现有技术已接近实用化技术的理论极限并且成本很高,只有突破光学衍射极限才能进一步发展纳...     

基于纳米光学等离子晶体的新型纳米光子学器件的发展

通过设计合适的纳米表面等离子结构,纳米光学等离子晶体具有光场增强效应,能调控近场范围内的光场分布,可用来设计新型的纳米光子学器件。介绍了纳米光学等离子晶体的原理、结构特点、制作工艺和纳米光子学器件的设计方法,对纳米光学等离子晶体和普通光子晶体做了比较。归纳了纳米光学等离子晶体的物理机制、光学特征,描述并分析了波长选择性场增强效应和束流效应等。给出几种基于纳米光学等离子晶体的纳米光子学器件应用实例。     

基于DNA自组装的金属纳米结构制备及相关纳米光子学研究

纳米光子学是研究光在纳米尺度下的行为以及光和纳米材料相互作用的一门科学.金属纳米材料凭借其独特的表面等离子体效应,可以在衍射极限以下对光进行传递和聚焦,因而是纳米光子学研究的重点.大量研究表明,通过调控金属纳米材料的形貌和成分可以控制表面等离子体的性质,从而对光进行可控调节.近年来,随着DNA纳米技术的发展,又为纳米光子学的发展带来了新的机遇.首先,人们发现不同的DNA序列可以调控金属纳米颗粒的成长,从而影响金属纳米颗粒的形貌和成分.此外,利用DNA自组装技术,可以将金属纳米颗粒组装成为有序可控的纳米结构.因此,基于DNA的纳米光子学研究近年来发展十分迅速.在此背景下,本文对相关研究进行归纳与总结,以期吸引更多研究人员的关注,推动该领域的进一步发展.本文首先介绍了金属纳米结构基于表面等离体实现突破光学衍射极限的原理,然后按照DNA对金属纳米结构的形貌或成分影响方式的不同分成若干部分,对基于DNA的纳米光子学做了系统的综述,最后展望了未来可能的发展方向.     

未来十年纳米光子学若干重点发展领域

纳米光子学已经对人们的日常生活产生了重要影响,并且纳米光子学器件产品有强大的市场需求,因此其研究结果可以很快转化为商品。文章介绍了在未来5到10年内对光子工业有重大影响并且有望进入商品市场的11个纳米光子学领域,其中包括：纳米尺度量子光子学、全光路由、用于增强磁存储的表面等离子体光子学、用于诊断治疗和药物输送纳米光子学、纳米成像、分子尺度上的化学与生物传感器、纳米标签、纳米尺度上操控光场的分布(光伏器件和LED/OLED)、原型试制的新技术、量身定制光学特性的纳米光子材料以及太赫兹技术等,希望文章能对中国的纳米光子学研究及其工业化应用有一定帮助。     

纳米光子学的最新进展

论述了纳米光子学的最新进展，介绍了国际上的一些研究小组所做的关于纳米光子学的实验，包括纳米开关、近场光学探针技术、近场光化学气相沉积制备、基于等离子体激元波导实现的远近场能量的转换装置等内容，着重阐明实验原理和纳米制备技术中的一些关键问题。     

免疫光子学进展

光学分子成像是在复杂生物体中同时描述多种分子和细胞功能的最佳手段.作为机体发挥防御、监视和自稳功能的免疫系统,研究者们正面临着如何将其作为一个真正的系统来研究的挑战.免疫光子学是指基于光子学原理和方法的活体免疫光学成像和免疫光子治疗.以多光子激发显微成像和光声层析成像为代表的高时空分辨活体成像技术,以荧光蛋白为代表的活...     

亚酞菁:一种新的信息光子学材料

亚酞菁是一种可望在信息光子学技术中获得重要应用的新型染料,其优良的非红性光学性质源于它特有非中心对称三维近平面锥形结构以及较大的共轭体和丰富的π电子,此外,基于它的短波长光学特性,这类材料也可能在高密度光存储中得到应用,文章综述了亚酞菁的一般结构和性能及其在非红性光学和光存储等方面的应用。     

Nanophotonics in China: Overviews and highlights

The major purpose of this paper is to present a brief overview of the history and the current status of nanophotonics research in China, and to highlight some research results in the past years made by the Chinese nanophotonics communities. I will first briefly introduce the principles of nanophotonics and several of its major disciplines including photonic crystals, plasmonics and metamaterials, and related artificial acoustic structures. Then I will highlight some major progresses made by Chinese research groups in these areas with the selection made merely based on my personal taste. The aim is to let these results better known and appreciated by researchers in the Chinese communities of nanophotonics and related areas, and provide better opportunities of researchers in different areas to have more communications. I also hope that this brief introduction will help to make a better bridge to connect Chinese nanophotonics communities with the broader communities in the world.     

锥形二维光子晶体太阳电池数值模拟

采用时域有限差分方法,模拟研究在本征吸收层引入锥形二维光子晶体(2D PC)后,其结构参数变化对单结微晶硅电池各膜层吸收的影响规律.研究表明,2D PC的纵横比(高度与周期之比)对电池本征吸收具有决定性影响.周期小于1μm时,本征吸收随着纵横比的增大先上升后下降,纵横比为1时达到最大值;周期大于1μm时,本征吸收达到最大值的纵横比小于1,且周期越大,实现本征吸收最大化的纵横比越小.当周期为0.5μm,纵横比为1时,锥形2D PC电池的本征吸收达到峰值,短路电流密度为27.8 mA/cm2;与平面结构相比,短路电流密度提升5.8 mA/cm~2,相对增加27%.该研究突破了以往认为绒面陷光效果主要取决于绒面形貌横向特征尺寸的观点,对实验获取最佳的周期或随机绒面陷光结构具有指导意义.     

Subpicosecond pulse compression in nonlinear photonic crystal waveguides based on the formation of high-order optical solitons

We investigate by numerical simulation the compression of subpicosecond pulses in two-dimensional nonlinear photonic crystal (PC) waveguides. The compression originates from the generation of high-order optical solitons through the interplay of the huge group-velocity dispersion and the enhanced self-phase modulation in nonlinear PC waveguides.Both the formation of Bragg grating solitons and gap solitons can lead to efficient pulse compression. The compression factors under different excitation power densities and the optimum length for subpicosecond pulse compression have been determined. As a compressor, the total length of the nonlinear PC waveguide is only ten micrometres and therefore can be easily incorporated into PC integrated circuits.     

非线性一维光子晶体波导光双稳

利用非线性折射率系数较大且非线性时间响应较快的CdS_xSe_1-x玻璃为材料,设计并制备了非线性一维光子晶体波导光双稳器件,该器件的折射率空间分布呈正弦形式。实验测得双稳开关的阈值功率密度为1.60×10⁵W/cm²,开关时间为63ps。采用时域有限差分方法讨论了光子晶体带隙随入射光强变化而移动的情况,随着入射光功率密度的增加,光子晶体的带隙中心向短波方向移动。同时计算了该器件的双稳特性,理论计算得到双稳开关的阈值功率密度为1.40×10⁵W/cm²,开关时间约为50ps。获得了理论与实验基本一致的结果。     

Photothermal imaging by F–Z2 colour centre conversion in KCl doped with gadolinium

A new scheme for photonic information storage based on photothermal F to Z₂ colour centre conversion is presented. Z₂ centres are formed by F-band bleaching in the temperature range 300 to 500 K in additively coloured crystals of KCl doped with gadolinium. The variation of the optical density in the F-band is studied as a function of the logarithm of exposure in order to obtain the Hurter-Driffield characteristics of the storage medium. The ideal parameters of storage are arrived at and the writing sensitivity of the medium for the proposed process is determined. Photonic information storage using a helium-neon laser is demonstrated and the results are compared with other reported schemes.     

Applications of Nonlinear Effects in Highly Nonlinear Photonic Crystal Fiber to Optical Communications

Unique dispersion characteristics and enhanced nonlinearity make the small-core photonic crystal fiber (PCF) an ideal candidate for nonlinear optical devices to telecommunication applications. Some technical reasons behind great research interest of highly nonlinear PCFs in optical communication components are reviewed. Nonlinear effects in highly nonlinear PCFs and their research progress are presented. Several typical applications including WDM sources, optical amplification, optical switching, wavelength conversion, optical regeneration and all-optical demultiplexing etc are introduced, together with state-of-the art performances. Some new possible applications and future prospects are discussed.     

一维反铁磁光子晶体光学双稳态效应研究

基于传递矩阵方法和光局域化原理, 本文研究了一维反铁磁光子晶体共振频率附近光学双稳态效应随电磁波入射角、 外磁场强度及电介质层数的变化.研究发现, 当外磁场为1.0 kG(1 G=10^-4 T)、电磁波小角度入射时, 反铁磁材料高低共振频率附近均可探测到光学双稳态效应; 当电磁波大角度入射时, 仅在高共振频率附近探测到光学双稳态效应. 然而, 当外磁场强度增加到2.0 kG时, 由于反铁磁材料的高低共振频率向两侧移动, 低共振频率附近缺失的光学双稳态频率窗口又被有效激发. 此外, 电磁波小角度入射时, 电介质层数在低共振频率附近对双稳态效应影响较明显.     

基于强非局域空间光孤子特性的光子开关和光子逻辑门

利用(1+1)维Snyder-Mitchell模型讨论了由强非局域介质构成的平面介质波导中同频率和同极化的双光束和三光束同向共同传输的相互作用过程，得到了任意斜入射双光束和三光束相互作用的精确解析解.强非局域空间光孤子的相互作用过程是其特殊情况.基于强非局域空间光孤子的相互作用原理， 提出了实现光子开关、光子“同”(XNOR)和“或非”(NOR)逻辑的新理论方案，并讨论这些基本光子信息处理器件的优化设计问题. 关键词： 强非局域非线性介质 空间光孤子的相互作用 光子开关和光子逻辑     

Multilevel optical data recording methods on phase-change media

Multilevel data storage (ML) is a new method in the optical storage field, which is also a trend for improving the capability of future optical discs. This article introduces several ML methods based on phase-change media including pit depth modulation (PDM) and mark radial width modulation (MRWM). In addition, some disadvantages and advantages concerning the principle of these methods will be discussed. Finally, a new ML method will be advanced, through which the levels in one recording pit will be increased evidently.