环中环结构谐振腔中的耦合谐振透明特性研究

在考虑耦合器插入损耗的情况下,理论分析了环中环结构谐振腔的耦合谐振透明效应.利用迭代法推导了整个结构的透过系数和有效相移,从而得到考虑了插入损耗的该结构的色散.研究表明,整个结构的有效相移,群速度和带宽,可通过耦合器的插入损耗、环中环结构中环与环周长之间的倍数以及环的个数来控制,这在旋转传感、光学时延线、光缓存、滤波等方面的应用有重要意义. 关键词： 环中环结构 耦合谐振透明 色散 慢光     

基于四盘形谐振腔耦合波导的三波段等离子体诱导透明效应

为了降低功耗、实现超快速响应和动态可调谐,设计了基于四盘形谐振腔耦合等离子体波导系统.使用两种不同的方法理论分析了等离子体诱导透明(PIT)效应:一种是明暗模式谐振腔之间的直接相消干涉,另一种是谐振腔之间通过等离子体波导的间接耦合.采用光学Kerr效应超快调控石墨烯-Ag复合材料波导的传输相移,实现了1 ps量级的超快响应时间.当泵浦光强低至11.7 MW/cm²时,等离子体诱导透明系统能够实现透射光谱2π相移.通过耦合模式理论和时域有限差分法,研究了模型的三波段PIT效应及其慢光特性.研究表明,系统透射谱的透射峰值超过80%,最大群折射率高达368.并且,整个系统的尺寸小于0.5μm².研究结果为低功耗、超快速、超紧凑型和动态可调谐的多通道光滤波和光存储器件的设计和制作提供了思路.     

双光力诱导透明窗口的可调特性

提出一个杂化腔光力系统理论方案,利用两纳米机械振子间的库仑耦合作用实现弱探测光的双光力诱导透明窗口.研究边带可分辨区域和红失谐情况下双光力诱导透明窗口的可调特性.数值计算表明:两纳米振子间的库仑作用可有效地使单光力诱导透明窗口劈裂为双透明窗口.随着库仑耦合强度的增大,两透明窗口间的距离对称性地拉大;其次,光力腔衰减率的改变对两透明窗口的位置和深度无影响,仅对两透明窗口的宽度产生细微改变,测量精度可在坏腔情形下得到很好的保持;另外,仅增加参量放大器的非线性增益参量将使两透明窗口变宽,而引入驱动参量放大器的光场相位,利用相位匹配可以产生比空腔情形更加狭窄陡峭的双透明窗口,可用于比空腔情况更加精密的测量.     

基于双矩形腔边耦合波导的等离子体诱导透明效应

为了降低功耗、实现超快速响应,设计了一种基于双矩形腔边耦合等离子体波导系统,并研究了其等离子体诱导透明效应.采用光学Kerr效应超快调控石墨烯-Ag复合材料波导结构,实现1 ps量级的超快响应时间.动态调控等离子体波导的传输相移,当泵浦光强为5.83 MW/cm^2时,等离子体诱导透明系统能够实现透射光谱π相移,这是因为基于石墨烯-Ag复合材料结构等离子体波导具有大的等效光学Kerr非线性系数,表面等离子体激元局域光场和等离子体诱导透明效应慢光对光学Kerr效应产生了协同增强作用,大大降低了系统获得透射光谱π相移的泵浦光强.等离子体诱导透明效应透明窗口的可调谐带宽为40 nm,系统的群延时控制在0.15 ps到0.85 ps之间,并且光波通过间接耦合或者相位耦合机制实现了等离子体诱导透明效应相移倍增效应.耦合模式理论计算结果很好地吻合了时域有限差分法仿真模拟结果,研究结果对于低功耗、超快速非线性响应和紧凑型光子器件的设计和制作具有一定的参考意义.     

∧型四能级系统中的多重电磁诱导光透明研究

运用密度矩阵理论,研究了在外加相干耦合场作用下∧型四能级系统的吸收和色散特性。数值模拟表明：通过调节外加相干场的拉比频率强度,该系统可以单重、双重电磁诱导光透明现象,并在缀饰态表象中给出了定性解释。在双重电磁诱导透明现象中,透明窗的位置和吸收峰值可以通过调节外加相干场的失谐量来进行控制,而且透明点的位置可以连续变化。每个透明窗口在吸收最低时都伴随着高折射率,因此可以在此介质中实现超光速传播。     

光学耦合腔中类电磁感应透明现象的实验研究

光学耦合腔可以模拟原子系统中的电磁感应透明(Electromagnetically induced transparency,EIT)效应.采用分离光学腔镜建立耦合腔,该系统易于调节腔的各种参数.通过改变中间耦合腔镜的不同透射率,实验测量了两耦合腔的反射谱,观测到两耦合腔由于经典相消干涉产生的类EIT现象.由于该系统简单灵活,可用于慢光速和超光速的实验研究.     

电磁诱导光透明过程中两原子的自旋极化特性

本文研究了电磁诱导光透明过程中两原子的自旋极化矢量。对于数态探测场,在光信息转移过程中,两原子自旋极化矢量始终固定在z方向,大小变化非常明显,两原子一般处于混合态;对于相干态探测场,自旋极化矢量大小变化很微弱,两量子比特基本处于纯态,这有利于改善系综内原子之间的相干性,但自旋极化矢量的方向在x-z平面内。     

电磁诱导光透明过程中两原子的自旋极化特性

本文研究了电磁诱导光透明过程中两原子的自旋极化矢量.对于数态探测场,在光信息转移过程中,两原子自旋极化矢量始终固定在z方向,大小变化非常明显,两原子一般处于混合态;对于相干态探测场,自旋极化矢量大小变化很微弱,两量子比特基本处于纯态,这有利于改善系综内原子之间的相干性,但自旋极化矢量的方向在x-z平面内.     

耦合诱导的四分之一波长超导谐振器微波传输透明

类似于利用强泵浦光调控介质光学性质实现对原共振吸收光的诱导透明,本文利用实空间量子散射理论研究了如何实现波导光子从全反射到透射的转变.结果表明,通过引入辅助四分之一波长谐振器的耦合,可实现原四分之一波长谐振器对共振微波全反射的透射.利用微纳加工工艺制备了对应上述理论模型的四分之一波长谐振器样品,在极低温条件下对该样品的微波传输特性进行了实验测试,观测到了理论预言的微波波段类电磁诱导透明的部分现象,证实了耦合谐振器的模式重整理论.     

基于新型三环谐振器的诱导透明效应分析

针对谐振式微腔的应用需求, 提出了一种新型三环谐振式微腔结构, 类似于原子系统中的电磁诱导透明, 耦合诱导透明(CRIT)效应在一个新的光学微腔系统中已被实验证明. 该结构在硅基上由三个尺寸完全一样的微环腔组成, 通过理论分析、制备和实验测试, 能够观察到CRIT现象, 其频谱具有低群速的狭窄透明峰, 与光栅耦合器的耦合效率为34%, 并且谐振器的品质因数达到了0.65×10⁵, 同时, 失谐的谐振波长可以通过温度变化来控制, 这在旋转传感、光滤波器、光存储器等方面的应用有重要意义.     

耦合微环谐振腔光波导有限尺寸效应的优化

对耦合微环谐振腔光波导中的有限尺寸效应进行了研究.在CMROW两端引入抗反射结构,采用数值方法对抗反射中的三个交叉耦合系数进行了优化,消除了透射谱和群时延谱的有限尺寸效应.数值计算得到了弱耦合和强耦合情况下抗反射结构中优化交叉耦合系数的拟合公式,可以直接计算出消除有限尺寸效应时所需的优化参量.     

聚合物微型谐振环波分复用器

研制出用于现代光通信密集波分复用（DWDM）系统的微型谐振环波分复用器（MRRWM）。微环与信道波导采用垂直耦合的方式,利用耦合模理论对器件参数进行了优化设计,设计出模板,并研制出符合器件光学性能要求的聚合物材料。利用反应离子刻蚀技术完成了硅基板上单级和八级的器件制作,波分复用器的中心波长为1．55μm,输出波长间隔Δλ=1．6nm,中心微环半径R=131．95μm,相邻微环半径差ΔR=500．0nm,器件测试结果表明实现了微环谐振输出。     

基于Kerr效应的微环谐振腔延时器件

对基于光学Kerr效应的微环谐振腔延时器件进行了研究.采用耦合模式理论计算了波导与微环谐振腔间的耦合系数,给出了所研究器件的材料及各层组分,提出不同阶数微环的情况下延时数值的控制方法.结果表明:微环谐振腔半径为300μm,波导截面尺寸为450×1 000nm2,在小于±5ps抖动的条件下,每个通道达到超过130ps的延时数值,同时延时带宽达20GHz,自由光谱范围达50GHz,工作波段在1 550nm附近,满足密集波分复用系统的要求.整个结构全光控制,且能耗不超过0.8dBm,响应速度达到ps量级,体积不超过3mm3,便于集成,满足多信道光学延时的要求,为全光通信网络中延时线的研究提供了参考.     

四阶色散对飞秒高斯脉冲传输的影响

推导了考虑二、三、四阶色散的高斯脉冲传输方程;利用计算机数值模拟的方法,研究了四阶色散(FOD)对飞秒高斯脉冲在单模光纤中传输特性的影响.模拟结果显示：只有在入射脉冲宽度窄到飞秒量级时,即对应传输速率很高的情况下,FOD对脉冲的影响才明显;FOD导致脉冲形状发生了畸变,畸变特点不同于二、三阶色散;随着初始脉宽逐渐减小,FOD所致的飞秒高斯脉冲畸变经历了一个脉冲仅仅展宽,到展宽脉冲的两翼出现“底座”,到展宽脉冲的两翼出现具有微小振荡“底座”的变化过程.     

基于眼型谐振腔的Fano谐振曲线尖锐度的分析

为了获得较大的尖锐度,提升微环传感器的灵敏度,提出利用眼型谐振腔结构在下路端输出的非对称Fano谐振光谱,眼型谐振腔由一个外环和内环构成,外环与总线波导耦合,内环与外环耦合.利用传输矩阵法对下路端输出光谱进行了数值计算,在不同剩余电场比例系数下,发现非对称Fano谐振峰的尖锐度随电场剩余比例系数的增大而增大;改变外环与总线波导间的场强耦合系数和内环与外环之间的场强耦合系数,其尖锐度的最大值随外环和内环场强耦合系数变化缓慢增大,尖锐度最大值处谐振点传输系数值在不同电场剩余比例系数和内外环场强耦合系数下稳定在-6dB附近.因此利用眼型谐振腔结构下路端的Fano谐振峰,可获得对耦合系数不敏感的尖锐度和谐振点传输系数,降低器件对耦合区加工准确度的要求.     

等离子体诱导透明的T形-圆形波导滤波器

提出一种新型的由T形与圆形谐振腔组成的光学滤波器,并利用二维有限元法研究了它的特性。仿真结果显示,当这两个腔在共振峰附近处于失谐状态时,会产生电磁诱导透明现象;同时,由于两个腔的透射谱形是不同的,所以当改变圆形腔的半径或T形结构的宽度时,总体结构的透射谱形会呈现为一种Fano线,这种变化尖锐非对称的Fano线使得结构对于折射率的敏感性高达1 400 nm/RIU。本文还研究了滤波器特性随结构尺寸的变化,发现在滤波器几何结构一定的情况下,透射只发生在特定的波长处。该滤波器可以用于光子回路和灵敏探测。     

不同沉积层的纳米波导谐振腔特性测试

为确定硅基片上系统半导体光电器件集成中绝缘层材料对器件整体性能的影响,设计并制备了带有覆层的纳米波导谐振腔.谐振透射谱功率测试表明顶层覆盖Si_3N_4薄膜和SiO_2薄膜绝缘层没有削弱环形谐振腔的品质因素,沉积后的最佳耦合间距为70~110 nm.覆层为SiO_2时谐振点波长附近的谐振峰消光比达16.5 dB,3 dB带宽为0.12 nm;覆层为Si_3N_4时谐振点波长附近的谐振峰消光比达13.9 dB,3 dB带宽为0.18 nm.该研究为片上系统集成设计中最佳绝缘层材料的选择提供参考.     

谐振腔马赫-曾德尔干涉集成光波导陀螺

研究了光学环形腔中的单方向传输光在光学谐振腔中传输的情况，在系统旋转角速率变化时光束会产生频移，在此基础上，设计出一种具有谐振腔马赫-曾德尔干涉集成光波导陀螺结构，可以方便地检测出系统旋转角速率与方向，其检测精度与光波导谐振腔的品质无关。和萨尼亚克集成光波导陀螺相比较，性能价格比有进一步提高的潜力。     

Magnetic Purcell Enhancement in a Nanoantenna-Spherical Bragg Resonator Coupled System

In this work, a novel approach for enhancing magnetic fields in all-dielectric nanoantennas using Spherical Bragg Resonators (SBR) is proposed, which can boost quantum emitters' magnetic transitions. A matrix method has been used to optimize the magnetic dipole resonance of a SiO₂/Si core-shell spherical nanoantenna. The radiative and non-radiative decay rate of a Eu³⁺ emitter with a quantum efficiency of ∼80% is studied. The findings revealed that the magnetic dipole nanoantenna resonance coupling with the SBR mode significantly enhances the modal magnetic field. A 4-layer SiO₂/Si SBR results in a Purcell factor of $\approx 5\times {10}^3$, the highest it has found in the literature, to the best of the knowledge. The work offers a theoretical demonstration of the potential of SBR to improve the performance of dielectric nanoantennas.     

光源的特性对光纤环形腔有效精细度的影响

讨论了光湖源的谱分布和线宽对无源光纤环形腔的有效精细度（线宽）的影响，对两种典型的谱分布，光源给出了有效精细度（线宽）与入射光线宽之间的定量关系，分析表明，洛伦兹型光源对有效精细度的影响比高斯型大，而且对洛伦兹型光源，有效线宽总是大于入射光的线宽。