随机性对部分随机介质激光器阈值的影响

基于速率方程和Maxwell方程相结合的模型，采用时域有限差分法(FDTD)研究了介质的随机性和层数对部分随机介质激光器阈值的影响.模拟结果显示，当抽运速率超过阈值时，出现一个或者多个振荡模；随机性或者系统的尺度增加时，振荡模数量也增加；部分随机介质激光器的阈值在一定的随机强度和层数下将达到最小值，它与完全随机情况下的结论有所不同.对所得到的结论给出了物理解释.这些结果对于制作随机激光器和光集成潜在应用价值. 关键词： 激光物理 随机激光器 阈值 时域有限差分法     

波导随机散射系统的激光发射

提出在随机分布的散射微粒中嵌入环形波导结构以改善随机激光器的随机发射特性。利用时域有限差分法(FDTD),数值模拟了内嵌环形波导的随机散射系统及其对比结构中光场的分布,得到了各结构的模式频谱。结果显示,本结构只在中心处有激光出射,表明环形波导的存在可以影响随机系统的激光发射,减少激光的模式输出,并在一定程度上增强了出射激光的强度。     

二维随机体系中长寿命模的研究

用时域有限差分法求解Maxwell方程,数值研究了TM模在二维随机散射体系中传输,通过傅里叶变换得到不同几何参量和光学参量的散射体系内长寿命模的频谱。计算得出宽带脉冲源激励随机散射体系后,存在于随机体系中的长寿命模频谱以分立频率窗口的形式存在。建立了用以解释长寿命模以分立频率窗口存在的物理模型,该模型与数值研究结果吻合较好,论证了存在于随机散射体系中长寿命模的形成机制与传统光学谐振腔内冷腔模形成机制的相似性。     

极小孔半导体激光器近场区光场分布研究

利用时域有限差分法(FDTD)计算和分析了极小孔半导体激光器输出光端面附近的光场分布,指出小孔激光器近场区域光场分布的特点,讨论了小孔大小和金属厚度对光场分布和光源分辨率的影响,得到设计和制备极小孔半导体激光器的优化方法.     

随机介质中电磁波空间分布特性研究

采用随机介质统计模型和FDTD方法模拟了随机介质电场空间分布根据光子局域化理论,讨论了电场的空间分布和介电常数涨落的关系,结果表明,在一定的介质密度下,电磁场是局域化的,其空间分布和介质介电常数的涨落密切相关.     

二维随机增益介质中局域模的模面积和放大

随机激光形成于随机介质中局域模的放大,其放大特性依赖于局域模的空间分布。通过复折射率的虚部将光学增益引入系统,采用时域有限差分(FDTD)法,分析了增益介质中局域模的放大特性,并用模面积描述了局域模空间分布,着重对比分析了模面积对局域模放大特性的影响。模拟结果显示,局域模具有不同的空间分布,直接影响了局域模的放大特性,模面积较小的模式具有较低的损耗,能够获得更多能量,在介质中被优先放大,而模面积较大的模式,由于损耗较大,将获得较少的能量。     

随机介质介电常量的涨落与光波的空间分布

采用随机介质统计模型和时域有限差分方法模拟了二维随机介质中光场的空间分布及其同介电常量涨落的关系。模拟中,散射微粒随机地分布在均匀介质中以增加光子在介质中滞留时间。不同随机强度α,形成不同空间结构的随机介质。通过小心地调节入射光波长,得到了不同随机介质中的场强分布。结果表明,随机介质介电常量的涨落导致在介质的某些区域形成一些特殊结构。这些结构延长了光子在其中的滞留时间,产生了光波的局域态,起到了光腔的作用,使得随机介质在抽运激励下能够产生激光辐射。这样的光腔在介质中是随机分布的,其数量与分布特征与介电常量涨落的强弱有关。     

正三角形及正方形微光学腔模式特性研究

微谐振腔模式特性研究是利用微腔研制新型光电器件的基础．为了研制出能采用平面工艺制作的定向输出的微腔激光器，文章采用解析和数值模拟方法深入研究了正三角形及正方形光学微腔的模式特性，并得到与数值模拟结果符合非常好的解析场分布及模式波长．对正方形光学微腔，把模式组合成满足正方形对称性的场分布，发现其类WG模式只存在品质因子比它小一个数量级以上的偶然简并模式，因此正方形微腔有利于实现真正的单模工作．     

一维光子晶体缺陷模激光器的放大特性

光子晶体中引入缺陷后将形成缺陷模,这些缺陷模在增益介质中将被放大形成激光。基于麦克斯韦方程和速率方程相结合的模型,用时域有限差分法(FDTD)计算和分析了一维单缺陷光子晶体激光器中缺陷模的空间分布和频谱特性,以及这些缺陷模的放大特性,主要研究了缺陷层的厚度、晶体层数对缺陷模放大特性的影响。模拟结果显示,类似于传统激光腔的腔模,这些缺陷模能够被放大,形成激光。调整缺陷层的厚度、晶体层数等结构参量,将改变缺陷模的谐振,激射频率以及空间分布,这将直接影响激射阈值和饱和特性。增加晶体的层数,激光器的阈值将降低,饱和值将增加,但晶体层数增加到一定限度时,这种增减趋势变弱。模拟结果证明了有效层数的存在。     

基于随机光纤光栅的窄线宽随机光纤激光器

为实现低起振阈值、高斜率效率的短腔窄线宽随机激光输出,提出一种基于随机分布光栅阵列的窄线宽随机光纤激光器。基于随机分布光栅阵列的随机光栅可有效提升随机光纤激光器的起振阈值与泵浦功率。在满足光局域化的前提下,利用随机光纤光栅超窄反射峰搭建超窄线宽随机光纤激光器,该激光器实现了1.33 kHz的窄线宽随机激光输出,起振阈值为24.5 mW,斜率效率约为10%,且激光输出功率与中心波长处于稳定状态。与其他激光器相比,所提激光器具有更低的起振阈值、更高的斜率效率、更短的腔长及相对简单的结构,有望在光通信、高功率窄线宽光纤激光器、光纤传感等领域得到进一步应用。     

基于表面等等离波子的新型Y分支波导

新型高效的纳米光波导器件的研制纳米集成光学的核心技术之一。Y分支波导作为最基本的分光和光路连接元件是纳米光学器件设计与制备的基础。运用时域有限差分(FDTD)法,模拟计算了基于表面等等离波子(SPP)的纳米Y分支波导的传输特性。结果表明,该新型Y分支波导在光通信波段可以实现大角度的分光功能,且在180°分支情况下,传输效率仍高达92.8%以上。另外,该波导还具有导波性能良好、对分叉处间隙缺陷大小不敏感及制作容差较大和器件尺寸在纳米量级等特点。对该新型光波导器件的研究为未来纳米集成光学器件的研制和应用有一定的指导意义。     

带有条形间隔矩形腔结构的波导滤波器特性分析

设计了一种带有条形间隔的矩形腔结构波导滤波器,并且利用时域有限差分法(FDTD)对其滤波特性进行了分析。结果表明该滤波器可以看成是两个T形腔的背向耦合,其透射性质与单T形腔类似,改变腔的长度和宽度可以改变透射谱的中心波长,以实现不同波长的滤波功能。     

带有条形间隔矩形腔结构的波导滤波器特性分析

设计了一种带有条形间隔的矩形腔结构波导滤波器,并且利用时域有限差分法（FDTD）对其滤波特性进行了分析。结果表明该滤波器可以看成是两个T形腔的背向耦合,其透射性质与单T形腔类似,改变腔的长度和宽度可以改变透射谱的中心波长,以实现不同波长的滤波功能。     

Au层退火温度对ZnO/Au/ZnO多层膜的结构、光学及电学性质的影响

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上制备出晶体质量较好的透明导电的ZnO/Au/ZnO(ZAZ)多层膜,其中,Au夹层是通过射频磁控溅射的方法获得。通过对Au夹层进行不同温度的退火处理,研究了Au层退火温度对ZAZ多层膜的结构特性、电学性能和光学特性的影响。利用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪、霍尔效应测试和透射谱分析等测试手段对ZAZ多层膜的性质进行了分析。测试结果表明,在200 ℃下对Au夹层进行快速退火处理,多层膜的结构、电学和光学性质达到最优,表面等离子体效应也更明显。其中,XRD(002)衍射峰的半高宽为0.14°,电阻率为2.7×10^-3 Ω·cm,载流子浓度为1.07×10²⁰ cm^-3,可见光区平均透过率为75.3%。     

氧化孔形状对光子晶体垂直腔面发射激光器模式的影响

用时域有限差分方法对氧化孔限制型外腔式光子晶体垂直腔面发射激光器 (VCSEL) 在小氧化孔下氧化孔形状对激光器模式特性的影响进行了模拟计算. 建立了三维光子晶体面发射激光器光场计算模型, 分析了氧化孔形状变化对器件远场特性与频率特性的影响. 研究发现, 氧化孔形状可影响光子晶体VCSEL的模式特性, 尤其是频谱特性. 从模场分布的角度可解释为菱形氧化孔的对称性与高阶模的不一致. 但随着光子晶体刻蚀深度的增加和氧化孔的增大, 这种影响逐渐减小, 分析解释了其原因. 研究结果为提高光子晶体面发射激光器的性能提供了参考.     

光子晶体晶粒尺寸和排列结构对随机激光辐射特性的影响

研究了光子晶体对随机激光器的输出特性的调控,并分析了光子晶体的晶粒尺寸和排列结构等对调控作用的影响.对于同一随机介质而言,上下表面用同种材料不同晶粒尺寸的光子晶体覆盖,结果显示:晶粒尺寸合适的光子晶体会使光在系统中来回振荡从而得到很好的放大,使系统中的光与随机增益介质的相互作用加强,激光阈值降低;同时还对激光模式有较强的调制能力,能在一定程度上抑制自发辐射,使之向所需要的频率内辐射.但如果光子晶体的晶粒尺寸与随机增益介质结构匹配不当,则光子晶体对激光模式调制能力较弱,光场能量不能有效地被局域在系统中,系统 关键词： 有限时域差分法 光子晶体 随机激光 辐射特性     

一种新型高透射率高品质因子光子晶体耦合腔波导结构

提出了一种在二维三角晶格光子晶体线缺陷波导中放置椭圆空气孔的耦合腔波导结构。基于平面波展开法,利用MPB对线缺陷波导的能带结构进行了计算并给出能带图。基于时域有限差分法（FDTD）,利用MEEP对椭圆空气孔在波导中的排列方式、数量、尺寸进行优化设计,并对频率位于微腔共振频率处的光波在耦合腔波导结构中的品质因子和传输特性进行研究与比较,给出了电场分布图。仿真结果表明,当椭圆空气孔的长轴方向纵向排列时,相应的微腔共振频率在光子禁带内可获得90%以上的透射率,对应的品质因子Q可达10⁴量级;选择合适的参数,获得的Q可高达10⁷量级,对应共振频率的透射率仍在60%以上。