SOI波导反射模式的古斯-汉欣空间位移效应及其数字式热光开关

借助波导转角镜结构,利用古斯-汉欣空间位移和热光效应折射率调制的有效组合,提出了波导反射模式数字式热光开关结构.在给定入射角的条件下优化了空间古斯-汉欣位移,在具有古斯-汉欣效应的本征态下,反射光束出现了较大的跳跃.在1.0μm厚硅膜的绝缘体上硅平台上,单模输入波导和多模干涉波导结构之间的导模本征态匹配,验证了1×3数...     

棱镜波导结构的古斯-汉欣位移模拟（英文）

模拟并分析了波长为633 nm的偏振光通过Kretschmann-Raether微米级棱镜波导结构时的古斯-汉欣位移.在金膜厚度为45 nm的条件下,当入射角为44.1°时,利用稳态相位理论,得到的最大柬位移为+120μm;当入射角为44.1°时,利用COMSOL Multiphysics5.1软件中的波动光学模块,得到的最大束位移为+3.37μm.在共振角附近,COMSOL Multiphysics5.1模拟软件与稳态相位理论均得到正的古斯-汉欣位移,但是COMSOL Multiphysics5.1软件模拟的结果远小于稳态相位理论仿真的结果.该研究对设计基于古斯-汉欣位移测量的高灵敏度传感器具有指导意义.     

棱镜波导结构的古斯-汉欣位移模拟

模拟并分析了波长为633 nm的偏振光通过Kretschmann-Raether微米级棱镜波导结构时的古斯-汉欣位移.在金膜厚度为45 nm的条件下,当入射角为44.1°时,利用稳态相位理论,得到的最大束位移为+120μm;当入射角为44.1°时,利用COMSOL Multiphysics5.1软件中的波动光学模块,得到的最大束位移为+3.37 μm.在共振角附近,COMSOL Multiphysics5.1模拟软件与稳态相位理论均得到正的古斯-汉欣位移,但是COMSOL Multiphysics5.1软件模拟的结果远小于稳态相位理论仿真的结果.该研究对设计基于古斯-汉欣位移测量的高灵敏度传感器具有指导意义.     

基于古斯-汉欣位移效应的波长传感研究

利用双面金属包覆波导在导模共振激发时对古斯-汉欣位移具有极大的增强效应来实现激光波长微小变化的监测.双面金属包覆波导由上层金膜、导波层和下层金膜组成.当导波层厚度为亚毫米尺度时,应用自由空间耦合技术使入射的激光以小角度入射,在满足相位匹配的条件下激发超高阶导模.理论研究表明,当波导的辐射损耗等于本征损耗时,反射光的侧向位移可达到数百微米,并且此时激发的超高阶导模对波长具有极强的色散能力.通过测量反射光的侧向位移可实现对激光波长变化的实时探测,且具有很高的灵敏度.同时,实验中探测信号只与光束位置相关,可有效避免因光源输出光强的波动带来的干扰.实验测量结果表明对激光波长在859nm附近的分辨率可达到0.2 pm.     

基于古斯-汉欣位移效应的波长传感研究

利用双面金属包覆波导在导模共振激发时对古斯-汉欣位移具有极大的增强效应来实现激光波长微小变化的监测.双面金属包覆波导由上层金膜、导波层和下层金膜组成.当导波层厚度为亚毫米尺度时,应用自由空间耦合技术使入射的激光以小角度入射,在满足相位匹配的条件下激发超高阶导模.理论研究表明,当波导的辐射损耗等于本征损耗时,反射光的侧向...     

SOI环形光波导谐振腔双层石墨烯调制器（英文）

在片上光互连系统中,电光调制器起到将电信号调制为光信号的作用,是光互联系统中的核心部件之一。调制器的3dB带宽决定着载波所能携带的最大信息量,是衡量调制器性能的核心参数。利用石墨烯和高Q环形谐振腔设计成具有CMOS结构的新型调制器,其集成了石墨烯的宽带吸收、载流子迁移率高等材料优势和高Q值环形光学谐振腔的光程放大的结构优势,通过理论计算,其3dB调制带宽可以达到100GHz。同时,基于微环谐振腔的石墨烯电光调制器结构可以方便的与光互联系统中的波分复用器相集成,从而提升片上光互联系统的集成度和降低技术复杂性。     

布拉格反射波导激光器的光谱特性（英文）

设计并制备了基于双边非1/4波长布拉格反射波导的边发射半导体激光器,中心腔采用低折射率材料,在垂直方向利用布拉格反射进行光限制,实现了超大光斑尺寸且稳定单横模工作。10μm条宽、未镀膜的脊型激光器在准连续和连续工作方式下的总的输出功率分别超过了170 mW和80 mW,且最高功率受热扰动限制。激光器远场图案在垂直方向为双瓣状,单瓣垂直方向和水平方向发散角分别低至7.85°和6.7°。激射谱半高全宽仅为0.052 nm,光谱包络存在周期性调制现象,模式间隔约为3.3 nm。电流增加到300 mA以上时,激光器出现模式跳变。     

一种基于布拉格反射波导的表面等离子体激光光源（英文）

设计了一种基于布拉格反射波导的新型表面等离子体激光光源。这种光源结构简单,便于集成,可以在室温电泵浦的条件下工作,同时可以输出约毫瓦量级的表面等离子激光,相比于文献报道中纳米尺度的纳瓦级表面等离子体激光光源要高很多。该表面等离子体激光光源发射波长为808 nm,布拉格反射波导所提供的倾斜激光光线在我们设计的准Otto模型中可以直接耦合成为表面等离子体。     

SOI波导光传输损耗和端面耦合损耗的精确测量与理论分析（英文）

采用法布里-珀罗(Fabry-Perot)谐振腔(也称F-P腔)方法测试SOI波导光传输损耗及其与光纤的端面耦合损耗的测量精度,对具有相同尺寸长度为8.37 mm的三条SOI波导通道进行测量,得到SOI波导光传输损耗和端面耦合损耗的平均值与测量精度值,且测量精度偏差值很小。通过温度的自动控制扫描仪对另一条长度为12.5 mm的SOI波导进行三次重复测量,获得的传输损耗值和端面耦合损耗值相同,说明采用F-P腔方法获得的测量精度值很稳定。建立了SOI波导传输损耗测量精度da/a与F-P腔谐振输出功率极限值消光比的相对误差dtM/tM和SOI波导端面菲涅耳反射系数的相对误差d R/R之间关系的理论模型。模拟结果表明:改变SOI波导上、下包层和芯层折射率,对光传输损耗和波导-光纤端面耦合损耗的测试精度无影响。数值模拟结果与实验测试结果相一致。     

微环光开关的偏振相关损耗研究（英文）

提出一种可同时支持横电模和横磁模传输的微环光开关设计方法,可用于构建波长平面内的偏振无关交换芯片.为了实现微环光开关的偏振无关传输,横电模和横磁模应工作在同一谐振波长且在该波长处有相同的群折射率,据此采用MODE Solutions优化基于硅绝缘体波导结构的微环参数,建立Interconnect芯片仿真模型,考察微环光开关芯片的透射特性和传输特性.经过优化设计,微环光开关的偏振相关损耗低至0.13dB,光脉冲传输时延为42.5ps.研究表明,当微环长度偏离优化值约5nm时,偏振相关损耗就会增加到1dB,其中热光效应可以用来弥补工艺偏差,温度每变化1 K,则可弥补2.2nm的环长偏差.     

质子注入掺镱磷酸盐玻璃平面光波导的近红外特性（英文）

在能量为(0.5+0.55)MeV和剂量为(1.0+2.0)×10~(16) ions/cm~2的条件下,通过氢离子注入制备了掺Yb~(3+)磷酸盐玻璃波导,并研究了该波导在近红外波段的特性.棱镜耦合法测量的离子注入波导的导模的有效折射率与反射计算法计算的有效折射率基本吻合.通过模拟辐照引起的空位分布,探讨了离子注入平面波导的形成理论.利用FD-BPM对波导中的传播模式进行了模拟,结果表明高能量的氢离子注入掺Yb~(3+)磷酸盐玻璃能够制备出近红外波导结构.     

绝缘体上硅波导侧壁粗糙度与模式损耗的相关性（英文）

绝缘体上硅光波导侧壁粗糙度引起的光损耗是限制硅基集成线路被广泛应用的重要因素之一,利用激光扫描共聚焦显微镜精确测量了SOI波导各相异性分布的侧壁粗糙度,进而将一个三维侧壁粗糙度引入到光波导传输损耗计算的传统理论模型中,获得了更加精确的模型。数值模拟表明,侧壁粗糙度与波导结构决定的相关长度与侧壁粗糙度对光传输损耗产生同步影响。用法布里-珀罗(F-P)腔调制谐振输出方法测量光波导传输损耗,测量结果与数值计算结果非常吻合,说明各相异性粗糙度分布的测量精度及其引起的光传输损耗的理论模型具有很高的可信度。一条4μm脊宽SOI波导,当侧壁粗糙度在水平和垂直方向的平均值分别为22 nm和23 nm时,对于TE-和TM-模式,计算获得的传输损耗均为4.5～5.0 dB/cm,实验获得的平均光传输损耗为4.3 dB/cm。本文研究结果与结论对SOI光波导器件的研究与开发具有参考价值。     

混合微球谐振腔热非线性效应的增强方法（英文）

提出并实现了一种可增强微球谐振腔热非线性效应的方法。通过在微球谐振腔表面涂覆低折射率紫外胶形成并制备了混合谐振腔。通过分析混合谐振腔结构的热光系数,从理论和实验论证了混合谐振腔结构可获得更大的热非线性效应,同时验证了混合谐振腔的品质因素对热非线性的影响。应用此混合谐振腔结构于温度传感实验,结果表明通过增强方法制备的谐振腔其检测灵敏度提高了2.8倍。因此,此方法在传感应用、生物化学检测、通讯等领域也有广泛的应用前景。     

140GHz回旋管准光模式变换器的设计（英文）

针对一种由Denisov型辐射器和第一面镜为准抛物镜的四级反射镜面系统组成的准光模式变换器开展了详细的研究和设计。利用耦合模理论和矢量绕射理论设计了波纹波导准光模式变化器,通过编写仿真程序进行数值优化完成了140GHz,TE28,8回旋管准光模式变换器的设计。仿真结果表明,抛物面反射镜的焦距对矢量高斯效率影响较大,输出窗口处得到了较好的高斯波束,标量高斯效率达到98%,矢量高斯效率达到90%。     

光反馈腔衰荡光谱技术中纹波效应的测量及其特性分析（英文）

为研究光反馈腔衰荡光谱技术中纹波效应的产生机理,基于所建立的腔长为49.1cm的V型微晶玻璃衰荡腔在不同环境、不同光谱范围所测得的腔损耗谱,利用数据处理方法详细分析并讨论纹波效应的周期和振幅等典型特征。分析认为,纹波效应呈现出明显的部分干涉特点,光谱纹波的周期和振幅特性分别受折叠腔结构和折叠腔镜表面污染状态影响,而与光谱扫描区域关系不明显;这表明纹波效应主要来源于折叠腔镜表面散射场的部分干涉效应。     

2-甲基-2-丙烯-1-醇的光电离解离研究（英文）

利用可调谐真空紫外同步辐射和分子束实验装置在8.0～15.5 eV的光子能量范围内,研究2-甲基-2-内烯-1-醇的光电离解离.测出母体离子和碎片离子:C_4H_8O~+、C_4H_7O~+、C_3H_5O~+、C_4H_7~+、C_4H_6~+、C_4H_5~+、C_2H_4O~+、C_2H_3O~+、C_3H_6~+、C_3H_5~+、C_3H_3~+、CH_3O~+和CHO~+的光电离效率曲线,并获得母体分子的电离能和碎片离子的实验出现势.在B3LYP/6-31+G(d,p)理论水平上,计算光电离过程中母体分子、过渡态和中间体的稳定结构.采用CCSD(T)/cc-pVTZ耦合簇方法计算零点能,得到母体电离能和碎片离子的出现势.通过实验和理论研究,提出2-甲基-2-丙烯-1-醇的光解离路径,分子内氢转移是其中大部分解离途径中的主要过程.     

高超声速飞行器气动热环境的化学非平衡效应数值研究（英文）

针对高超声速飞行器气动热环境的化学非平衡效应进行数值模拟.首先以二维圆柱钝体为模型,采用三种气体模型比较和分析化学非平衡效应对气动特性和气动加热特性的影响;接着以三维球头钝体为模型,进一步分析化学非平衡效应及壁面催化特性对气动加热特性的影响.分析表明,化学非平衡效应对压力分布的影响不大;但它能显著缩短激波脱体距离,更重要的是,能大幅降低波后温度,对飞行器气动热环境产生深远影响.另外,壁面催化特性对传热也有较大的影响,对壁面材料催化进程的有效控制可以大幅降低壁面传热.     

杂环分子-吗啉在同步辐射真空紫外光下的光电离解离研究（英文）

本文采用同步辐射真空紫外光电离质谱法和理论计算方法,研究了吗啉单体的光电离、解离及随后的裂解反应.实验测得吗啉单体的垂直电离能为8.37 eV(±0.05),与理论计算值8.41 eV相当吻合.实验观察到荷质比为86、57和29的吗啉碎片离子.实验和理论结果表明:荷质比为86的碎片是通过失去氢原子而产生的,而荷质比为57的碎片是通过开环消除CH_2O而形成的;荷质比为29的碎片是通过消除C_2H_4从碎片离子(C_3H_7N)~+(m/z=57)进一步解离而产生的.这一发现为研究脂肪族化合物的光损伤提供了有价值的见解,可能被转化为活细胞和其他生物系统.     

1,3-和1,4-环己亚硝酸二酯电子轰击解离的结构效应（英文）

烷基亚硝酸二酯是一种重要的亚硝化剂,也是大气中NOx污染物的来源之一,近年来引起了人们的广泛关注.烷基亚硝酸二酯中两个ONO官能团对分子反应活性的影响以及在化学反应中的作用尚不清楚.本文用电子碰撞电离质谱研究了 1,3-环己亚硝酸二酯和1,4-环己亚硝酸二酯的解离过程.实验结果发现两种结构异构体的分解产物不同:除了亚硝酸酯的特征碎片NO~+(m/z=30)外,对于1,3-异构体,碎片离子m/z=43和71的丰度最高;而对于1,4-异构体,电子碰撞电离质谱谱图中解离产物m/z=29、57、85和97的强度较大.对中性分子、分子离子以及中间产物的结构和电荷计算结果显示,1,3-环己亚硝酸二酯的分解清楚地显示出两步解离机制,即母体阳离子M~+首先失去一个NO,然后中间离子(M-NO)~+通过两个αC-βC键的断裂打开六元碳环;对于1,4-环己亚硝酸二酯,除了两步分解机制之外,还可以直接从母体阳离子M~+发生βC-βC键的裂解.研究结果有助于理解在大气反应及亚硝化合成反应中烷基亚硝酸二酯的分子结构对反应历程的影响.     

线性和二次电光效应共同主导的非相干耦合空间孤子族（英文）

基于加偏压的单光子光折变晶体,理论推导了线性和二次电光效应共同主导下的亮孤子族和暗孤子族的解,数值研究了亮孤子族和暗孤子族的强度包络和稳定特性,讨论了线性和二次电光效应在孤子族形成中的不同作用.结果表明:线性和二次电光效应的相互作用能够增强亮孤子族的光折变非线性,而减弱暗孤子族的光折变非线性.此外,在传输过程中,亮孤子族的各个分量能够稳定传输;暗孤子族各个分量在较长传输距离时表现出不稳定性.