非局域颗粒复合介质的相干完美吸收效应

研究了两束相干光以相同的入射角从左、右两侧分别入射到Au-SiO_2复合介质板时,在不同的体系参数下该复合材料体系发生相干完美吸收的情形.运用有效媒质理论推导出了复合介质的有效介电常数以及有效磁导率;在得到有效电磁参数的基础上进一步推导得到平面波入射复合介质板时的反/透射系数.通过比较分析非局域和局域情况下颗粒复合介质的相干完美吸收现象,发现当颗粒尺寸很小时非局域效应的影响会导致复合介质产生相干完美吸收的入射光的频率范围显著变宽.在进一步的解析计算中,通过调节复合介质板的厚度、入射光波长、金属颗粒体积分数等参数得到了不同情况下产生的相干完美吸收现象,并由此分析非局域情形下对于相干完美吸收现象的调控.     

一维磁光光子晶体的光学特性研究

详细推导了光在斜入射情况下通过磁光介质的4×4传输矩阵,研究了一维磁光光子晶体的光学特性.研究表明,由于光强主要局域在磁光介质层,波长位于光子禁带长波长带边的光通过磁光光子晶体所产生的法拉第旋转角比短波长带边产生的法拉第旋转角大得多.当光以TM偏振入射时,随着角度增大带边光产生的法拉第旋转角逐渐减小;而在TE偏振情况下,带边光产生的法拉第旋转角却随着角度的增大逐渐增大.     

激发态分子内质子转移有机分子HBT的三阶非线性光学特性

以532nm皮秒脉冲作抽运光,采用单光束Z-扫描技术对具有激发态分子内质子转移效应的有机分子2-(2′-羟基苯基)苯并噻唑(HBT)在其双光子吸收区的非线性光学特性进行了研究.实验结果表明,对532nm波长的光,HBT分子存在明显的双光子吸收.通过拟合开孔Z-扫描实验数据,求解了HBT分子在其双光子吸收区的非线性吸收系数,并探讨了抽运光强度对介质双光子吸收效应的影响.采用高斯分解法,通过拟合闭孔Z-扫描除以开孔Z-扫描数据,理论推导并计算了在介质对抽运光存在非线性吸收的情况下HBT分子的非线性折射率,以及不同入射光强度时HBT分子的三阶非线性极化率实部和虚部的值.计算结果表明,理论分析与实验结果较好地符合,这些结果为进一步研究和开发此类材料的应用提供了理论与实验依据.     

表面等离子体和人工电磁介质纳米光子器件

贵重金属在纳米光子学中开始起着越来越重要的作用,特别是贵重金属的表面等离子体效应和人工电磁介质结构的应用。表面等离子体纳米光子器件能实现光学模的亚波长束缚,因此在超高集成度光路、发光二极管、传感器、探测器等应用中将起着巨大的作用。同时,亚波长金属材料组成的人工电磁介质也能展现出各种激动人心的物理特性和潜在的应用。表面等离子体器件和人工电磁介质结构都需要贵重金属（如金、银等）作为其基本的组成元素。在这里,将回顾我们研究小组最近在表面等离子体器件和人工电磁介质结构方面的一些进展。将系统介绍光通讯波段的亚波长表面等离子波导和普通硅波导之间的高性能耦合器,以及超薄、宽吸收角度的亚波长人工电磁介质完美吸收结构等内容。也将简单介绍我们利用表面等离子体效应和人工电磁介质结构在隐形方面的一些研究。     

均匀展宽增益介质中超光速饱和现象的研究

根据饱和增益理论分析可知,不同抽运光功率对应着介质不同的吸收和增益状态. 在吸收介质中,相干布居振荡效应导致光脉冲经历饱和吸收,光脉冲传输延迟;在增益介质中, 相干布居振荡效应导致光脉冲经历增益饱和,光脉冲传输超前. 本文由铒离子的亚稳态速率方程出发,建立了掺铒光纤中超光速传输的理论模型, 同时得到时间超前的数值解析表达式;讨论了低频率段超光速的饱和现象, 即超光速在低频段并不随着抽运光功率的增强而加强,而在高频率段随抽运光功率的增加而加强.     

宽频脉冲光的传播特性

本文研究了宽频脉冲光在电磁诱导透明介质中的传播特性.结果表明,如果信号光的载波频率在透明窗口内,且频宽相对于透明窗口较宽时,输出信号光的时域宽度展宽,并出现明显的延迟效应;如果信号光的载波频率在介质吸收峰内,且频宽远大于介质吸收峰线宽时,信号光在传播过程中会发生形变,输出信号出现两个峰,峰值依赖于耦合光的频率和光强以及样品的长度,在适当条件下,在输出信号光中可获取较强的时域窄化的光脉冲. 关键词： 电磁诱导透明 脉冲形变 时间延迟 相干叠加     

Ce∶KNSBN晶体中光扇效应的响应时间特性研究

以单束光入射Ce∶KNSBN晶体,系统研究了不同入射光波长下,Ce∶KNSBN晶体中光扇效应的响应时间随入射光强度及光入射角的变化情况.结果显示,相同的入射光强度及光入射角下,入射光波长较短时,光扇效应到达稳态的时间较短.相同的入射光强度下,随光入射角的增大,响应时间先减小后增大,但不同波长入射光下,最小值对应的光入射角不同,入射光波长为532 nm时,响应时间最小值对应的θ为15°;入射光波长为632.8 nm时,对应的θ为15.5°.同时研究发现,入射光强度逐渐增大的过程中,响应时间在逐渐减小.     

一种广义三模腔光机械系统的相干完美吸收与透射

提出了一种广义的三模式腔光机械系统,系统的中间是一个反射率为100%的可移动的全反射机械振子,两侧均由一个部分透射的固定光学腔镜构成.其中两个光学腔由一束较强的控制场和一束较弱的信号场驱动与同一个机械振子实现耦合.较弱的信号场将会被该系统完全吸收而不产生任何能量输出,并且当相干完美吸收产生时,输入信号场的能量将由两个腔场和机械模共同分担;较弱的输入信号场由一个腔完美透视到另一个腔而不产生任何的能量损耗.分析与数值结果显示,在不同参数机制下,在该三模光机械系统中可以实现相干完美吸收、相干完美透射和相干完美合成的量子现象.此外,改变腔与腔之间的耦合度,可以实现输出探测场在相干完美吸收和相干完美透射之间转换;通过简单的相位调制,可以实现探测场左腔-右腔的输出和输入方向的互换.这些动态控制在量子信息网络可用来构造光子开关、光子路由、光子交换机等一些特殊功能的光子学器件.     

非聚焦条件下CS2介质中受激布里渊散射光限幅特性的研究

采用布里渊噪声起源模型,数值研究了非聚焦条件下CS2液体介质中脉冲传输的能量与功率特性.结果表明,在非聚焦条件下,透射光的功率波形仍然表现出光限幅特性,而透射能量随入射能量线性变化,不具有限幅特性,这一点与聚焦条件下的结果不同.以波长1053 nm、脉宽20 ns的Nd:YLF激光器为光源,采用3∶1的缩束系统,通过衰减片调整入射光能量在2 mJ-92 mJ变化,获得了透射光能量和功率波形随入射能量变化的规律,并与聚焦条件下的结果进行了比较.实验结果与理论模拟相符合.由于聚焦条件下当入射能量较高时容易出现介质光学击穿,所以采用缩束结构的功率限幅更适用于高功率大能量的情况.     

光在吸收介质中传播的折射定律

光波在均匀非吸收介质中传播时振幅不衰减,在两种非吸收介质界面处产生折射现象,由几何光学中实数形式的光折射定律定量描述.而光波在均匀吸收介质中传播时,其振幅沿传播方向衰减,且其等振幅面与等相位面会发生分离.考虑吸收对光波传播特性的影响,本文回顾了复折射率的概念和复数形式的折射定律,据此对光波由吸收介质入射到吸收介质和光波由非吸收介质入射到吸收介质的两种情况进行了讨论,阐明了复数折射定律在具体问题讨论中的必要性和便利性,同时分析了实数形式和复数形式折射定律的关系.     

飞秒激光用多层介质膜脉宽压缩光栅的设计

以薄膜光学的干涉理论和衍射光学的傅里叶模式理论为基础，给出了0.8μm飞秒激光器用多层介质膜脉宽压缩光栅的理论设计；设计采用H3L(HL)^9H0.5L2.4H的多层介质膜为基底，当刻蚀后表面浮雕结构的占宽比为0.35，线密度为1480线/mm，槽深为0.2μm，顶层HfO₂的剩余厚度为0.15μm时，对于Littrow角度(36.7°)和TE波模式入射的衍射光栅其-1级衍射效率达到95％以上. 关键词： 飞秒激光 脉宽压缩光栅 多层介质膜     

异质三周期光子晶体的光子带隙特性

利用传输矩阵法研究了由TiO₂和SiO₂两种材料构成的异质三周期一维光子晶体的传光特性,发现该结构能在波长为200~ 2 000 nm的范围内形成7处比较明显的光子带隙,并且波长越大,带隙的宽度越大。重点研究了这种结构的光子晶体的透射谱线与入射角度、介质层数及介质层厚度的关系,发现该结构形成的光子带隙的大小和位置对介质层的循环周期数不敏感,但对入射角度和介质层的厚度很敏感。     

基于耦合波理论设计偏振分束光栅

亚波长周期结构光栅具有传统光栅所不具有的特殊性质。针对通信中常用的1.55μm光波,采用严格耦合波理论分析了亚波长光栅的偏振分光特性,设计了对应的偏振分束光栅。所设计的光栅在入射角为56°时,透射消光比和反射消光比都大于9000,且在1.27μm~1.67μm全光波段内,入射角在51°~57°之间时,透射消光比和反射消光比都大于100,达到了宽带宽、宽角度以及透射消光比和反射消光比都较高的要求。     

碳纳米管光学天线的有效波长和谐振特性

将经典金属自由电子气模型应用于金属型碳纳米管, 基于光学天线有效波长理论, 得出了金属型碳纳米管光学天线响应的有效波长与碳纳米管介电特性之间的普适关系. 在对碳纳米管介电特性进行第一性原理计算的基础上, 以金属型4 Å碳纳米管为例, 进一步研究了金属型碳纳米管光学天线响应的有效波长与入射波长之间的关系, 以及金属型碳纳米管光学偶极子天线的谐振特性. 通过将已有传统金属光学天线和碳纳米管天线有效波长的研究结果进行对比, 验证了本文理论的正确性. 结果表明, 碳纳米管光学天线响应的有效波长与入射波长呈近似线性关系, 与传统金属材料构成的同直径光学天线相比, 碳纳米管天线显示出了更强的波长压缩能力, 并且在可见光到红外波段内易于发生谐振. 该研究方法可为碳纳米管光学天线研究提供新的思路.     

Real-space observation of photonic nanojet in dielectric microspheres

The three-dimensional real-space observation of photonic nanojet in different microspheres illuminated by a laser is reported. The finite-difference time-domain technique is used to perform the three-dimensional numerical simulation for the dielectric microspheres. The key parameters of photonic nanojet are measured by using a scanning optical microscope system. We reconstruct the three-dimensional real-space photonic nanojets from the collected stack of scanning images for polystyrene microspheres of 3 μm, 5 μm, and 8 μm diameters deposited on a glass substrate. Experimental results are compared to calculations and are found in good agreement with simulation results. The full width at half-maximum of the nanojet is 331 nm for a 3 μm microsphere at an incident wavelength of 633 nm. Our investigations show that photonic nanojets can be efficiently imaged by a microsphere and straightforwardly extended to rapidly distinguish the nano-objects in the far-field optical system.     

基于氧化物的0.8~1.7μm和3.7~4.8μm硬质宽带红外增透膜研制

从实际应用出发,在0°入射的条件下,在ZnS基底上针对0.8~1.7 μm和3.7~4.8 μm两个红外波段,设计并制备了双波段红外增透膜。论述了材料选择、膜系设计和制备方法,最终使用等离子辅助沉积技术在ZnS窗口上制备出双波段红外增透膜,透过率及环境测试结果表明：在0.8~1.7 μm波段双面平均透过率大于95%,在3.7~4.8 μm波段双面平均透过率大于96%。膜层结合牢固并有良好的耐摩擦性能。     

Simulation of micro/nanometer-scale self-organized lightwave network (SOLNET) using the finite difference time domain method

A simulator for self-organized lightwave network (SOLNET) is developed. The simulator is based on the finite difference time domain method. SOLNET enables us to construct self-aligned coupling waveguides between misaligned micro/nanometer-scale optical devices by self-focusing, which arises from an increase in refractive index induced by write beams in photo-refractive materials. The SOLNET simulator reveals that an L-shaped nanometer-scale optical waveguide of SOLNET is grown from a 0.5-μm-wide optical waveguide when write beams are introduced from the optical waveguide into photo-refractive materials, where a wavelength filter is embedded. The SOLNET simulator also reproduces coupling path construction between a 2-μm-wide optical waveguide and a 0.5-μm-wide optical waveguide having a wavelength filter on the core edge. The optical waveguides are placed with misalignment of 0.5-μm offset. By introducing write beams from the 2-μm-wide optical waveguide, the incident write beams and reflected write beams from the wavelength filter merge into one optical waveguide in the photo-refractive materials, constructing a self-aligned coupling waveguide.     

入射角度对高反膜及干涉滤光片的影响

利用周期性多层介质膜的特征矩阵方法,采用MATLAB模拟计算了当入射光波并非垂直入射膜系时,高反膜反射率和法布里-珀罗干涉滤光片透过率的变化。结果表明,随着入射角度的增加,多层介质膜的工作波长向短波方向移动。并利用光程差的原理对这一现象进行了分析。     

基于反射太阳光反演气溶胶光学厚度和有效半径

根据太阳光的极化特性,提出了一种利用单波长太阳光遥感反演球形水凝物气溶胶光学厚度和有效半径的方法.根据矢量辐射传输理论,利用累加法,计算了λ=0.75μm(可见光)和3.3μm(近红外)两种波长太阳光入射时气溶胶的反射矩阵.气溶胶的有效半径为0.01—1.5μm,光学厚度为0.05—1.利用计算机模拟了反演过程,结果表明,当粒子的有效半径小于0.4μm时可以利用可见光波段进行反演;当粒子有效半径大于1.0μm时可以利用近红外波段反演;在0.4—1.0μm之间,利用这两个波段均可以得到精确性很 关键词： 光学厚度 有效半径 极化 反演     

A study on optical absorption and constants of doped poly(ethylene oxide)

Thin films of polymer electrolyte based on poly(ethylene oxide) doped with sodium iodide (NaI) were prepared using the solution cast method. The films obtained have average thickness of 70 μm and different NaI concentrations. Absorption and reflectance spectra of UV-radiation were studied in the wavelength range 300-800 nm. The optical results were analyzed in terms of absorption formula for non-crystalline materials.The optical energy gap and the basic optical constants, refractive index, and dielectric constants of the prepared films have been investigated and showed a clear dependence on the NaI concentration. The interpreted absorption mechanism is a direct electron transition.The observed optical energy gap for neat poly(ethylene oxide) is about 2.6 eV, and decreases to a value 2.36 eV for the film of 15 wt% NaI content. It was found that the calculated refractive index and the dielectric constants of the polymer electrolyte thin films increase with NaI content. Models were used to describe the dependences of the dielectric constant on the NaI concentration, and the refractive index on the incident photon energy.