基于BR的非线性特性光子开关的研究

本文介绍了实现光子开关的材料BR分子的重要特性,从理论上分析了BR分子材料光学特性.从实验上观测了BR分子材料在400nm和632nm光照射下的相互抑制作用,并分析了BR的光子开关特性.     

BR—D96N光存储读出特性的实验研究

细菌视紫红质（bacteriorhodopsin，简称BR）是嗜盐菌细胞膜内的一种光敏蛋白质。BR薄膜材料具有优异的光循环特性和光致变色特性，可作为信息存储材料。本文讨论了BR所记录图像的对比度与读出光波长变化之间的关系。实验中利用YAG激光器二倍频532nm激光作为图像记录光，白光光源通过单色仪选出单色光作为图像读出光，观察BR膜所记录图像对比度随读出光波长变化趋势，并利用图像灰度积分的方法得到记录图像对比度变化曲线。读出光在470nm-620nm波长范围内，读出为正像；460nm波长附近，图像消失；380nm-450nm波长范围内，图像出现反转。     

细菌视紫红质膜快速光开关的实验研究

建立了“脉冲激光－连续探测光－连续擦除光”的实验系统。在532nm的调Q脉冲激发光和不同波长的连续探测光作用下，研究了细菌视紫红质（BR）膜的光循环过程中的快速响应特性及各中间态的快速光吸收特性。观察到了微秒量级的快速光开关现象，并分析了激发光脉冲作用结束时，各中间态上细菌视紫红质分子的分布。     

基于细菌视紫红质薄膜的空间光调制器实验研究

阐述了利用细菌视紫红质薄膜（BR薄膜）优良的非线性光学特性作为光寻址的空间光调制器的实验研究.BR有两个重要的光敏中间态（B态和M态），其吸收带（B态吸收峰为570nm，M态吸收峰为412nm）重叠区域较少，利用其正向（B→M）和逆向（M→B）光反应之间转化关系和B态与M态的差异吸收实现了相干光学图像到非相干光学图像的转换实验.采用经基因改性的细菌视紫红质薄膜（BRD96N）材料，使用670nm相干光作为写入光，530nm非相干光作为读出光，得到了分辨率约为200 lines/mm，对比度约为2.1∶1的 关键词： 光寻址空间光调制器 细菌视紫红质薄膜（BR薄膜） 非线性光学特性 相干光与非相干光图像相互转换     

基于细菌视紫红质光子逻辑门的实验研究

研究了基于细菌视紫红质(简称BR或菌紫质)变种材料D96N的3种光逻辑操作.在633nm激发光照射下，菌紫质分子会被激发到M态，处于M态的菌紫质对412nm的紫光呈较大吸收，会抑制同时入射的紫光.选择合适的紫光强度，通过CCD观测被抑制的412nm检测光透射强度分布，模拟了“非”、“或非”、“与非”几种基本的光子逻辑操作. 关键词： 细菌视紫红质 光子逻辑门 互补抑制     

基于二维非线性光子晶体的全光开关特性

为获得一个优化的全光开关结构,在光子晶体90°弯曲波导的基础上,进一步改进光子晶体结构,并在其中加入克尔型非线性介质柱,得到了非线性光子晶体全光开关结构。通过时域有限差分(FDTD)法数值分析表明,该开关结构能够实现的带宽大约为50nm,消光比大于40dB,阈值功率密度约为5.2W/μm。同时,该结构还可以实现基本的逻辑功能。     

用于超快、高效系统的半导体纳米结构光子器件

首先对未来系统光子器件的关键问题进行了综述。并且对半导体纳米结构,特别是基于量子点材料的超快开关器件取得的最新进展进行了讨论。其中包括基于量子点的半导体光放大器,其在超过40Gb/s的速率下展现出偏振不敏感特性;新型基于量子点的垂直腔结构的光开关,其展现出超快、节能、全光开关的特性。概括和讨论了未来基于纳米结构的光子器件的应用。     

一种新型有机染料的宽带双光子吸收和光限幅特性的研究

研究了一种新型双共轭链有机染料分子的双光子吸收（TPA）及其光功率限幅特性，实验研究了该有机染料的双光子吸收谱和光功率限幅曲线. 结果证实在浓度为1×10^-2 mol/L的四氢呋喃（THF）溶液中，该有机染料在近红外区有宽达400nm的宽带非线性双光子吸收及光功率限幅特性. 它的双光子吸收谱存在三个峰，分别位于730，850和980nm，并且在850nm处有最大的TPA截面，为σ′₂＝25.9×10^-47　cm^{4·s 关键词： 宽带 双光子吸收 光限幅 双共轭链有机分子}     

光子晶体中四能级系统的量子相干效应

研究了处于光子带隙材料中的四能级原子系统的电磁感应透明、自发辐射和光子开关效应，分析了其稳态与瞬态特性, 发现特殊的模密度能够导致反常的吸收、色散、自发辐射及瞬态无反转增益, 并可以通过外加调制场进行控制.详细讨论了特殊频率处模密度的变化对透明窗口和光子开关效应的影响. 关键词： 光子带隙材料 电磁感应透明 模密度 光子开关     

新型聚合物分散液晶材料研制的电控体全息光栅

报道了聚合物分散液晶材料全息光栅元件的研制，并研究了聚合物分散液晶材料光栅的衍射特性及电控开关特性。该光栅结合了聚合物分散液晶材料的电控光开关特性和全息光栅的优点，在光通信器件、可调窗口、液晶显示等领域具有广泛的应用前景和巨大的潜在生产力。     

Ultra-fast optical switches using 1D polymeric photonic crystals

We report fabrication of ultra-fast optical switches operated at a wavelength of 1064 nm using spin-coated one-dimensional polymeric photonic crystals doped with nonlinear-optical dyes. The optical switches are controlled either by an applied electric-field voltage or by a pump light by use of two different optical-configurations. The response time of the electro-optic switch and the all-optical switch are limited by the applied voltage and the laser used, respectively. The polymeric photonic crystals can be easily fabricated with low cost.     

高质量三维光子晶体的实验制备及理论分析

对压强控制自组装法进行了改进,采用了密封硅胶颗粒的强吸水装置,为光子晶体样品的制备提供了一个稳定的温度、湿度和压强环境.将温度、压强分别控制在35 ℃、45 mmHg,利用直径为260 nm的聚苯乙烯胶体球进行了高质量三维光子晶体样品的制备.从理论计算和实验测量等方面对制备的光子晶体样品的结构、质量和性能进行了对比分析,结果表明,利用该实验装置进行光子晶体样品的制备时,可重复性高;制备的光子晶体样品具有较为完美有序的密堆结构,质量较好;在光子晶体样品的Г L方向有深且窄的光子带隙和陡峭的带隙边沿.光子带隙深度为83%,宽度为0.073,带隙边沿陡峭度为8%/nm,这为超快全光开关等先进的光学设备的研究奠定了基础.     

Synthesis and photonic band gap characterization of high quality photonic crystal heterostructures

High quality photonic crystal heterostructures with a thin titania planar defect layer between its two constitutional photonic crystals were fabricated and their structural and optical properties were analyzed. The results suggest that the thin planar defect layer is beneficial to separate the two constitutional photonic crystals from each other and to reduce the roughness of the interface. The quality of the resulting photonic crystal heterostructures is improved largely and the main features of the photonic band gaps of the two constitutional photonic crystals are inherited. The predominant optical quality of these heterostructures (e.g. deep double photonic band gaps and steep photonic band edges) may afford new flexibility and functionality for engineered photonic behavior in practical devices such as late-model light-operated switches.     

半导体光放大器的光-光互作用及其应用

半导体光放大器（SOA）中的非线性系数约为普通光纤的10^9，为光子晶体光纤的10^7，而且有4种光-光互作用，即交叉增益调制（XGM）、交叉相位调制（XPM）、交叉偏振调制（XSM）及四波混频（FWM），可以灵活地组成各种光信号处理器件，如波长变换器、全光触发器、全光逻辑、全光时钟恢复、全光缓存器……等，正成为整个光信号处理的基础。文章介绍了它们的原理和简单应用。     

Polarization Beam Splitter Based on Self-Collimation Effect in Two-Dimensional Photonics Crystal

A photonic crystal polarization beam splitter based on the self-collimation effect is proposed. By means of the plane wave expansion method and the finite-difference time-domain method, we analyse the splitting mechanism in two alternative ways： performing a band gap structure analysis and simulating the field distribution. The results indicate that two beams of different polarizations can be split with an extinction ratio of nearly 20 dB in a wavelength range of POnm. The splitter may have practical applications in integrated photonic circuits.     

Z箍缩初级实验平台的激光触发系统

介绍了Z箍缩初级实验平台激光触发系统的设计和单路样机验证实验结果.采用12台激光器、24个激光触发主开关来实现24路电流脉冲的精确同步,由Nd:YAG四倍频脉冲激光来触发开关,采用水平分光将一台激光器的激光脉冲等分为两束激光,激光聚焦后分别触发相邻的两路主开关.单路样机验证实验获得的激光脉冲的抖动极差小于等于3 ns.主开关的抖动极差小于等于5 ns,3台激光器之间的抖动极差小于等于3 ns.实验结果表明:在主Marx充电电压小于等于75 kV时,光路管道双隔离气室具有良好的绝缘性和密封性;激光光路系统稳定可靠;能量为100 mJ、脉冲宽度为7 ns的266 nm激光经过分光后,能够满足Z箍缩初级实验平台的设计要求.     

Dynamical tunneling of counterpropagating beams mediated by an optical photonic lattice

In a numerical study, we demonstrate the dynamical tunneling (DT) of two counterpropagating (CP) mutually incoherent beams in a two-dimensional photonic lattice, recorded in a photorefractive (PR) crystal. The beams are launched head-on from the opposite faces of a PR crystal in which an optically induced two-dimensional photonic lattice is established. The DT is caused by the spontaneous symmetry breaking of CP beams, which is induced by the nonlinear interaction between the beams and is mediated by the lattice. To observe DT we found no need to introduce a specific external tilt potential, as is done in the conventional Zener tunneling; the tilting is provided by the repulsive interaction between the beams, which causes ejection of one beam from the launching region of the other. As the beams propagate, they move laterally in real time, causing the leakage of radiation from the first Brillouin zone to the second and higher zones. In the process the beams also tunnel from the first photonic band zone to the higher zones, which by definition is the DT.