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.     

基于石墨烯纳米条波导边耦合矩形腔的等离子体诱导透明效应

为了减小器件尺寸、实现超快速响应和动态可调谐,研究了基于石墨烯纳米条波导边耦合矩形腔的单波段和双波段的等离子体诱导透明(PIT)效应,通过耦合模式理论和时域有限差分法从数值计算和模拟仿真两方面分析了模型的慢光特性.通过调节石墨烯矩形腔的化学势,同时实现了单波段、双波段PIT模型的谐振波长和透射峰值的可调谐性.当石墨烯的化学势增加时,各个波段PIT窗口的谐振波长逐渐减小,发生蓝移.此外,通过动态调谐石墨烯矩形腔的谐振波长,当石墨烯矩形腔的化学势为0.41—0.44 eV时,单PIT系统的群折射率控制在79.2—28.3之间,可调谐带宽为477 nm;当石墨烯矩形腔1, 2, 3的化学势分别为0.39—0.42 eV, 0.40—0.43 eV, 0.41—0.44 eV时,双PIT系统的群折射率控制在143.2—108.6之间.并且,整个系统的尺寸小于0.5μm~2.研究结果对于超快速、超紧凑型和动态可调谐的光传感、光滤波、慢光和光存储器件的设计和制作具有一定的参考意义.     

基于石墨烯的光波导结构中的等离子体诱导透明研究

本文提出了两种新型的基于石墨烯的表面等离子体光波导(GSPW),结构由单层石墨烯直波导与侧耦合的石墨烯环形谐振腔和条形谐振腔构成,利用有限元法(finite element method,FEM)对GSPW中呈现出的等离子体诱导透明(plasmon induced transparency,PIT)现象及其慢光效应进行了研究,结果表明,传输谱中出现的PIT透明窗口峰值传输率可达到80%以上,而其两侧的传输谷值接近于0,并且PIT峰值附近的最大群折射率在112左右,具有很好的滤波特性与慢光特性。透明窗口在不改变几何结构的情况下还可通过石墨烯化学势的改变而动态调制,因此,该结构在今后基于石墨烯的高密度集成表面等离子体光波导器件的设计中具有重要的借鉴作用。     

基于表面等离子双矩形腔结构的可调微流控类EIT系统的研究

本文提出一种基于双矩形腔结构的表面等离子体类电磁诱导透明(PIT)系统,通过微流控系统来实现一种可操控的类电磁诱导透明效应。文中通过耦合模理论来对整个系统结构进行分析,并利用二维时域有限差分方法(FDTD)对该类电磁诱导透明效应系统进行数值模拟,模拟所得结果与理论分析相吻合。该系统可动态调节类电磁诱导透明效应的透射窗口中心波长及透射率、品质因子Q、慢光速度等,具有调节精确、调节范围大的优点。     

基于微腔耦合结构金属弯曲波导的光透射特性

提出了一种基于微腔耦合结构的等离子体弯曲波导新型滤波器,该滤波器由两个直角波导和一个矩形谐振腔组成,光通过该结构会激发表面等离子体激元(SPPs)。采用时域有限差分(FDTD)法研究了此结构SPPs的传播特性。结果表明,相比于传统的直波导结构,由于其会引发双边耦合效应,这种单微腔弯曲波导结构产生了更强烈的共振作用,其耦合效率也得到了进一步的提高。数值仿真结果表明,通过改变谐振腔的腔长,也可达到线性调节滤波器共振波长的目的。此外,在上述设计思路的基础上还提出了一种双微腔结构,此结构由一个弯曲波导与左右两个谐振腔组成,其可利用两个微腔透射波的叠加作用,产生动态可调控的等离子诱导透明效应。     

石墨烯和对称开口谐振环超材料中可调谐的双等离激元诱导透明现象

提出了由石墨烯和两对对称开口谐振环构成的等离激元诱导透明(PIT)超材料结构,该PIT超材料结构之间的耦合形式为暗-亮-暗模式.通过有限元方法模拟,观察到双PIT透明窗口,通过改变石墨烯的费米能级或者改变开口谐振环的几何参数来动态地调制PIT窗口.理论结果表明,当石墨烯与两对对称的开口谐振环之间的相互作用距离为0.5 μm、石墨烯费米能级为1.5 eV时,可得到最优的双透明窗口.双PIT效应在非线性器件、可调谐传感器、开关和慢光器件等方面有潜在的应用价值.     

石墨烯和对称开口谐振环超材料中可调谐的双等离激元诱导透明现象（英文）

提出了由石墨烯和两对对称开口谐振环构成的等离激元诱导透明(PIT)超材料结构,该PIT超材料结构之间的耦合形式为暗-亮-暗模式.通过有限元方法模拟,观察到双PIT透明窗口,通过改变石墨烯的费米能级或者改变开口谐振环的几何参数来动态地调制PIT窗口.理论结果表明,当石墨烯与两对对称的开口谐振环之间的相互作用距离为0.5μm、石墨烯费米能级为1.5eV时,可得到最优的双透明窗口.双PIT效应在非线性器件、可调谐传感器、开关和慢光器件等方面有潜在的应用价值.     

双Loop-Stub侧边耦合波导结构多重等离激元诱导透明效应的数值分析

研究同侧、异侧和反对称双loop-stub(LS)谐振腔侧边耦合波导结构中的多重类电磁诱导透明效应,并利用有限元方法分别对这三种结构的光学透射特性进行数值模拟。结果表明,这三种结构的透射谱、磁场分布和色散强烈地依赖结构参数。着重讨论双LS谐振腔相邻两个stub腔的距离或两个水平分支的距离对透射特性的影响。随着距离的减小,两个LS腔之间的耦合增强,出现多个透射峰和透射谷(即阻带),多重类电磁诱导透明效应显著。此外,讨论了同侧双LS腔波导结构相邻两个stub腔的距离为零时,竖直分支宽度、水平分支宽度、总水平分支长度等参数对透射谱的影响。侧边耦合金属纳米波导结构在未来的集成光学有潜在的应用价值,如滤波器、传感器和慢光装置等。     

基于非对称微波光子晶体的电磁二极管

通过引入具有类电磁诱导透明效应的超材料,非对称光子晶体谐振腔的透射特性得到了极大的优化,包括透射峰的品质因子和谐振腔模所对应的电磁场强度.品质因子的提高与非对称场强局域的增强有利于高性能电磁二极管的实现.我们在引入非线性材料的微带波导系统中验证了该方案.实验结果显示,此二极管在1.329 GHz的工作频率下可产生高达19.7 dB的透射对比度,同时输入功率强度仅为7 dBm.此外,我们提出的方案并没有大幅增加器件体积和剧烈降低信号透过率.这些特性的亚波长尺度实现将有益于集成光学回路的小型化.     

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     

Rydberg原子的电磁诱导透明光谱的噪声转移特性

基于马赫-曾德尔干涉仪和平衡零拍探测技术研究了Cs原子6S_1/2↔6P_3/2↔62D_5/2Rydberg态阶梯型三能级系统电磁诱导透明效应中耦合光场的噪声向探测光场相位噪声的转移特性.实验中探测光频率锁定在Cs原子6S_1/2↔6P_3/2态共振跃迁线上,通过扫描6P_3/2到62D_5/2态跃迁的耦合光频率,测量了Rydberg态电磁诱导透明光谱.利用探测光经过声光调制器后的一级衍射光实现了马赫-曾德尔干涉仪的相位锁定,测量了不同锁定相位情况下的电磁诱导透明光谱,实验结果与阶梯型三能级系统的理论计算结果符合得很好.在此基础上详细研究了耦合光频率共振在6P_3/2到62D_5/2态跃迁线上时,耦合光频率噪声向探测光相位噪声的转移特性,发现耦合光频率噪声转移效率在高频处显示出较明显的抑制.同时观察到耦合光在不同失谐情况时,随着耦合光功率的改变,探测光相位噪声的变化特征表现出明显差异.     

基于Fano共振的金属-绝缘体-金属-石墨烯纳米管混合结构动态可调折射率传感器

为了解决传统金属-绝缘体-金属(metal-insulator-metal,MIM)波导结构传感器不可动态调控的问题,本文将石墨烯纳米管引入MIM波导耦合圆环谐振腔结构,设计了一种动态可调的MIM-石墨烯纳米管混合结构折射率传感器.采用有限元法对系统的传输特性、电场分布和磁场分布进行数值研究,并通过多模干涉耦合模理论进行分析验证.结果表明,Fano共振源自于TM₁₀腔共振模式和石墨烯等离子体电共振模式之间的相干耦合.通过改变石墨烯的化学势可以在较大波长范围内动态调谐Fano共振的谐振波长和线宽,从而实现折射率传感器的动态调控.在最佳结构参数下,传感器灵敏度可达1250 nm/RIU.与传统的MIM波导结构相比,该器件具有结构简单、动态可调、易于加工且工作波段范围大等诸多优点,对设计可动态调控的高性能纳米光子集成器件具有一定的指导意义.     

四环谐振腔结构中耦合诱导透明特性研究

基于量子相干效应中的电磁诱导透明,设计了一种四环级联谐振腔结构,并对其产生的耦合诱导透明现象进行了理论分析.利用时域有限差分法和束传输法对结构的关键参量进行了仿真模拟,采用电子束光刻与感应耦合等离子刻蚀工艺相结合的方式完成了结构的加工制备.实验中利用垂直光栅耦合法对结构进行测试,测试结果表明:由于相消干涉,该结构可以引起一个狭窄的透明峰;每个环形腔之间相互干涉,产生了两个透射峰,从而实现对光传输的延迟,其中一个透射谱半高全宽为0.022nm,对应的品质因数为0.72×105,且两个谐振峰之间的距离相隔0.084nm.波导直通端与下载端的谐振谱线吻合,与理论分析相符.     

带有T型腔的MIM波导的法诺共振特性研究

设计了一种带有枝节的金属-介质-金属(MIM)波导与T型谐振腔侧耦合的表面等离子体光波导结构。利用有限元法(FEM),数值分析了改变耦合距离、T型腔几何尺寸及其不对称性、枝节高度对法诺(Fano)共振谱线的影响。结合电磁场分布进一步揭示了Fano共振现象产生的物理机理,由此可以动态调节表面等离子体波在结构中传输时产生的Fano共振特性。另外,研究表明在T型腔内填充不同折射率的材料,利用所设计的波导结构可以实现灵敏度高达940nm/RIU的纳米尺度的折射率传感器。最后研究了结构的慢光传输特性,可以在Fano峰值附近实现约0.025ps的光学延迟。这种新型的表面等离子体光波导可能会在光子器件集成、慢光效应及纳米传感领域有着较大的应用前景。     

快速可调谐电光聚合物波导光栅

提出并设计了快速可调谐电光聚合物波导光栅.该波导光栅通过极化聚合物的线性电光效应 可实现谐振波长的纳秒级快速调谐，调谐灵敏度为61pm/V.研究了该波导光栅的反射谱和透 射谱特性与光栅周期,周期数,折射率调制函数及其调制大小的关系.讨论了波导光栅的材料 选择,制备工艺,快速可调谐性和偏振相关性.该波导光栅不仅克服了光纤光栅调谐速度慢和不利于大规模集成的不足，而且具有调谐灵敏度高,制备工艺与半导体工艺兼容和偏振无关 等优点. 关键词： 光通信器件 光波导 电光效应 聚合物 波导光栅 光纤光栅     

基于纳米金属-石墨烯耦合的多频段等离激元诱导透明

提出了基于银纳米棒、银纳米盘和石墨烯耦合的多频段等离激元诱导透明(PIT)电磁模型,通过时域有限差分和辐射双振荡器(RTO)模型从数值计算和理论研究两方面分析了模型的电磁特性.结果表明:由于银纳米棒与银纳米盘、银纳米棒与银纳米棒之间的明模-明模耦合,可以实现在单频段PIT效应的基础之上,进一步产生双频段和三频段的PIT效应.其次,通过改变石墨烯的化学电位势,可以在单频段、双频段和三频段PIT模型中同时实现谐振频率和透射振幅的可调性.当化学势增大时,各频段PIT窗口的谐振频率将会逐渐增大,发生蓝移.此外,随着化学势增加,银盘和银棒表面电荷数会不断增加、表面电场将不断增强.同时,银盘和银棒、银棒和银棒之间的耦合强度也将逐渐增强.因此,各频段PIT的透射振幅将会逐渐减小,振幅调制深度逐渐增大.进一步研究了单频段PIT模型的传感特性,该模型随背景材料折射率变化的灵敏度达到了3906.6 nm/RIU.这为多频带滤波、超灵敏传感器的设计提供了理论参考.     

微波频段表面等离子激元波导滤波器的实验研究

基于理论分析, 实验研究了二维磁单负材料/双正材料/磁单负材料表面等离子波导的滤波效应. 研究表明, 该波导结构具有低通滤波性质, 引入分支缺陷之后, 由于谐振效应该波导具有带阻滤波效应. 分支缺陷相当于亚波长谐振腔, 谐振腔的长度决定带阻滤波器的中心频率, 而中心频率几乎不受缺陷位置的影响; 滤波器透射率下降的幅度由耦合距离决定. 通过引入谐振腔及改变谐振腔的长度、数量以及耦合间距等参数, 可以实现可调节的表面等离子波导滤波器. 实验结果与理论分析符合得很好, 该性质将在可调的单通道或多通道带阻滤波器件中具有潜在的应用价值. 关键词： 表面等离子激元 特异材料波导 谐振腔 滤波器     

含双挡板金属-电介质-金属波导耦合方形腔的独立调谐双重Fano共振特性

基于表面等离子激元在亚波长结构的传输特性,设计了一种含双挡板金属-电介质-金属波导耦合两个方形腔的结构.由F-P谐振腔产生的宽谱模式与两个方形谐振腔产生的两个窄谱模式发生干涉作用,形成了独立调谐的双重Fano共振,而且可以通过改变两个方形腔的大小及填充介质实现双重Fano共振的独立调谐.基于耦合模理论,定性分析了该结构产生双重Fano共振的机理.利用有限元仿真的方法,定量分析了结构参数对可独立调谐双重Fano共振和折射率传感特性的影响.结果表明,优化参数后该结构的灵敏度分别高达1020和1120 nm/RIU, FOM值分别高达3.59×10~5和1.17×10~6.该结构可为超快光开关、多功能高灵敏度传感器和慢光器件的光学集成提供有效的理论参考.     

类电磁诱导透明效应在硅基微环谐振腔中的实现与优化

为在硅基光波导上实现类电磁诱导透明效应,设计并加工了基于绝缘体上硅的串联双环结构.通过300℃到1 200℃热氧化退火、缓冲刻蚀液湿法腐蚀以及1 000℃高温氮气退火等波导结构的后期处理,利用垂直光栅耦合的方式输入及输出信号,观测到了类电磁诱导透明效应.分析了两环间不同间距对类电磁诱导透明效应的影响,结果表明:工艺中单环Q值达到5.1×104,类电磁诱导透明效应透明峰的带宽约为500MHz.     

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.