光子晶体环形谐振腔异质结构超微多路光分束器

基于直波导和环形谐振腔的耦合特性,设计了一种新型、高效的二维光子晶体异质结构光分束器.时域有限差分法模拟表明,该设计仅仅通过改变介质柱的折射率,使光场发生重新分布,便可实现输出能量的均分或自由分配.在通信波长范围,该设计结构尺寸小、分束角度大、分束率高,这些特性使其在光通信领域具有重要的应用前景.     

光子晶体环形谐振腔异质结构超微多路光分束器

基于直波导和环形谐振腔的耦合特性,设计了一种新型、高效的二维光子晶体异质结构光分束器.时域有限差分法模拟表明,该设计仅仅通过改变介质柱的折射率,使光场发生重新分布,便可实现输出能量的均分或自由分配.在通信波长范围,该设计结构尺寸小、分束角度大、分束率高,这些特性使其在光通信领域具有重要的应用前景.     

TM模式介质柱光子晶体1×5光分束器

提出了一种利用自准直效应基于TM模式二维光子晶体的1×5光分束器。该结构由两个环形谐振腔级联而成,每个环形谐振腔有4个可改变介质柱半径的分光镜。首先运用多光束干涉原理分析光分束器中各个端口的透射谱,按照设置的比例对8个分光镜进行合适的组合,自准直光束即可从5个出口出射,达到1×5分束器的效果;然后利用时域有限差分软件方法来对数值进行模拟,其结果和理论值吻合地较好。该结构尺寸较小,自由光谱范围大,在未来的高密度集成光路中会有较好的应用前景。     

含金属双缝的金属-电介质-金属波导耦合环形腔Fano共振慢光特性研究

基于表面等离子亚波长结构的传输特性,提出一种含金属双缝的金属-电介质-金属波导耦合环形腔结构。由金属双缝波导谐振腔形成的较宽的连续态波与由环形谐振腔形成的较窄的孤立态波耦合干涉相消,形成Fano共振。结合耦合波理论,分析了该结构形成Fano共振的传输及相位特性。采用有限元分析法对该结构进行模拟仿真,定量分析了结构参数对结构慢光特性的影响,实现结构参数优化。结果表明,优化后的结构群折射率可达205。该结构能为集成等离子慢光器件的设计提供有效的理论参考。     

高品质因子聚合物波导微环谐振腔滤波器

基于紫外固化胶和聚砜聚合物材料体系,采用脊形单模波导结构,理论设计并优化了聚合物波导环形谐振腔滤波器的波导截面参数、弯曲半径和耦合区波导间距等结构参数,分析了其滤波响应特性.并在此基础上,结合光刻、反应离子刻蚀等传统的微加工工艺制备了聚合物环形谐振腔滤波器,并进行了光谱测试,器件测试结果与设计基本符合.结果表明,该聚合物微环谐振腔滤波器在通信波段1550 nm附近的自由光谱范围为0.21 nm,3 dB带宽为0.04 nm,插入损耗为26 dB,消光比达到了11 dB,品质因子达到了3.87×104.该聚合物微环谐振腔滤波器可以用于光通信及光传感集成芯片.     

光纤环形谐振腔的频率锁定及其特性

基于可调分束比的光纤分束器,制作了光纤环形谐振腔并通过调节分束比实现了对光纤环形谐振腔的欠耦合、临界耦合和过耦合的状态控制.实验测量了腔最小反射率与腔损耗之间的关系,获得光纤环形谐振腔的腔内衰减率为κ_0=2π×(1.60±0.03) MHz ,品质因子为Q=(1.10±0.02)×10.8.在此基础上,结合了压电陶瓷拉伸光纤以控制腔长和Pound-Drever-Hall锁频两大技术优势,克服了之前温度反馈控制等方法的反馈带宽窄、噪声大和稳定性差等问题,实现了对光纤环形谐振腔共振频率的快速、灵敏的控制和锁定.结果表明,锁频过程中相位调制功率与相位调制引起腔反射光的强度调制之间的关系为线性关系,进而通过降低相位调制信号的功率以减小相位调制对腔反射光强度调制的影响.当调制功率设定最低为–9 dBm时,光纤环形谐振腔仍能被稳定锁定.该光纤环形谐振腔为其与原子、金刚石色心等发光粒子相互作用的腔量子电动力学实验研究奠定了坚实的基础.     

并联谐振腔光子晶体单通道侧面耦合波导

分析了多光子晶体谐振腔的并联耦合模理论,并根据该理论设计了单通道光子晶体侧面耦合波导以实现光子晶体器件与光源间的高效耦合。理论研究表明并联谐振腔的耦合效率与谐振腔数量、间距以及品质因子相关。经优化耦合面积和耦合效率,最终选择了5个谐振腔并联作为单通道侧面耦合波导的耦合部分。通过设置谐振腔间距改变其对称性,从而实现侧面耦合波导的单通道传播。在1.55μm工作波长下,单通道侧面耦合波导的耦合效率可达94.49%。     

基于自映像的光子晶体波导分束器的设计

通过研究2维正方晶格光子晶体波导多模干涉的自映像效应,优化设计了一种新型1×2光子晶体波导分束器,采用时域有限差分法对其传输特性进行模拟分析。设计过程中,根据多模干涉耦合区中周期出现的双重像的位置确定两个单模输出波导的位置,通过在分束器输入和输出耦合区的连结处设置介质柱,改变输入和输出耦合区中的模场分布,实现模式匹配,从而明显减小分束器的反射损耗。计算结果表明:设置的介质柱归一化半径分别为0.08和0.177时,对于波长为1.55μm的入射光,该分束器的透射率可高达93%。     

基于三波导定向耦合器的紧凑型偏振分束器的设计

为了提高偏振分束器的消光比,利用混合等离子体波导和条形介质波导之间的非对称定向耦合特性,设计了由两个尺寸不同的硅波导和一个中间输入混合等离子体波导组成的偏振分束器,采用三维时域有限差分法对偏振分束器的结构和性能进行优化.实验结果表明:混合等离子体波导中TE和TM模式的双折射率对比通过介质加载波导增强,可获得超紧凑的结构...     

一种新型的光子晶体偏振光分束器的设计

基于光波在直波导和复合结构光子晶体中的传播特性,结合平面波展开法和时域有限差分法,提出并讨论了一种新型的超紧凑的光子晶体偏振光分束器. 它是由输入波导,分束结构和输出波导三部分组成. 对这种结构的三角晶格光子晶体光分束器的数值计算与模拟结果表明,该结构可以实现TE模和TM模的高效大角度分离,并且在通信波段设计尺寸小,这些特性使其在未来的集成光回路中有着重要的应用前景. 关键词： 偏振光分束器 能带结构 平面波展开法 时域有限差分法     

基于光子晶体自准直环形谐振腔的全光均分束器

通过等频图分析并结合时域有限差分法模拟,在一个与偏振态无关的自准直光子晶体环形谐振腔中,研究发现当环形谐振腔内的光传输距离改变时,横电波(TE)和横磁波(TM)两种偏振态的光在通过环形谐振腔之后的输出将会随之变化并呈现出不同的周期性.通过选择适合的传输距离,实现了TE,TM自准直的情况下同时分束50%的结果,构成了一种基于光子晶体自准直环形谐振腔的全光均分束器.全光均分束器扩大了分束器的运用范围,也会在高密度集成光路中发挥重要的作用. 关键词： 光子晶体 环形谐振腔 自准直 分束器     

基于时域有限差分算法的光子晶体光分束器的设计

报道了一种基于空气孔型光子晶体自准直环形谐振腔1×4光分束器。其结构由4个改变空气孔半径的分光镜组成。首先运用多光束干涉原理分析光分束器各个端口的透射谱,通过分光镜的合适组合,自准直光就可以按照设定的比例从各出口出射。再利用编写的二维时域有限差分程序进行数值模拟计算,其结果和理论值很好地吻合。该结构具有尺寸小、自由光谱范围大、硅基等优点,有望应用于未来的高密度集成光路中。     

聚合物集成光学陀螺最佳耦合系数的研究

无源环形谐振腔(Passive ring resonator,PRR)是谐振式光学陀螺(Resonator optic gyros,ROG)的核心敏感器件,其光学传递函数的半峰全宽是决定陀螺标度因子的重要因素之一。根据多光束干涉理论,耦合系数将通过对反射式无源环形谐振腔的半峰全宽的作用而影响陀螺的标度因子。根据耦合模理论和调频检测原理,以标度因子最优为判据,推导了一般情形下耦合系数对标度因子的影响,论证了最佳耦合系数的存在与确定方法,并进行了仿真验证。结果表明,光纤陀螺中5%左右的最佳耦合系数取值不具有普遍意义,为较高波导传输损耗的聚合物集成光学陀螺结构优化提供一种新的思路。     

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。     

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     

平板波导谐振腔的耦合损失和模式特征

相应于方波导或圆波导的三种低耦合损失的谐振腔结构，即平行平面、半共心、半共焦结构、计算了不同纵横比的平板波导内各种模式的耦合损失，讨论了平板波导激光器谐振腔的设计和模式特征。     

基于半圆形与矩形谐振腔耦合结构的Fano共振

设计了一种基于金属-介质-金属波导的半圆形谐振腔与矩形谐振腔的耦合结构,采用有限元方法研究了该结构的传播特性.结果表明:透射光谱中产生一个类似Fano共振线型的共振谷,该Fano共振由半圆形谐振腔的宽谱共振和矩形谐振腔的窄谱共振相互耦合所导致.变化谐振腔的结构参量,发现该Fano共振谷位置依赖于矩形谐振腔的几何参量,而对两谐振腔相对位置的微小移动不敏感;同时,改变两谐振腔的并联方式,研究了两种衍生结构的传播特性,发现这些结构均可产生明显的Fano共振.此外,通过在谐振腔中填充不同折射率的介质材料,研究了三种结构基于Fano共振效应的折射率传感特性,其折射率敏感度最高达到750 nm/RIU.研究结果可为未来芯片上基于表面等离极化激元波导的高灵敏折射率传感器的设计提供理论依据.     

同轴圆筒波导激光器谐振腔的耦合损失及模式特征

计算了同轴圆筒波导谐振腔的耦合损失,结果表明存在三种低耦合损失谐振腔结构,最后分析了谐振腔的模式特性及其设计方法。     

可调耦合器结构集成波导微环谐振腔延时特性研究

对马赫-曾德尔干涉仪(MZI)构成的可调耦合器结构集成波导微环谐振腔延时特性进行了分析,推导得出该结构微环谐振腔的延时响应函数。研究表明马赫-曾德尔干涉仪两臂相位差的变化在实现微环谐振腔等效耦合系数可调谐的同时,其引起的附加相位改变将造成波导微环谐振腔谐振频率发生漂移。分析了马赫-曾德尔干涉仪中3 dB耦合器耦合系数偏差对等效耦合系数调谐范围以及微环谐振腔谐振频率漂移的影响。以四环级联微环谐振腔为例,分析了附加相位改变对延时响应的影响,通过采用环波导上相位修正的方法,获得了延时量为0.6ns,延时带宽为2 GHz,延时抖动品质因子小于1×10-3ns2的目标延时响应。