基于金属狭缝结构的表面等离激元全光调控

表面等离激元是束缚在金属-介质交界面上的一种电磁波模式,可突破衍射极限,被认为是下一代集成光子回路最有希望的信息载体。就几种表面等离激元金属狭缝结构的原理和应用做了简单概述。利用法布里-珀罗谐振腔、法诺共振、多模干涉等光学效应,这些金属狭缝结构可对表面等离激元的传输行为进行有效地调控。在理论和实验上,利用金属狭缝结构实现了亚波长表面等离激元单向激发器、亚微米宽带单向激发器、亚微米分束器、超紧凑纳米聚焦器件和亚微米全光开关等纳米光子器件。这些纳米光子器件在纳米集成光学中具有重要应用。     

复合结构的等离激元模式耦合关系及光学特性研究

提出一种以Au为材料的正方形框和中空圆柱嵌套的亚波长周期性复合结构,采用时域有限差分算法对复合结构进行数值模拟研究.研究发现,波长在400～900 nm的线偏振平面波垂直入射情况下,最小的透过率能达到7.46％,最小的半峰全宽能达到7.25 nm,最大的反射率为87.61％,最大吸收率达到38.00％,且表现出透射光谱...     

基于并行FDTD方法分析表面等离子波导的特性

设计了一种双L形表面等离子体矩形环谐振器波导,采用并行时域有限差分方法,对这种波导的传输特性随几何结构参数的依赖关系进行了分析.计算结果表明通过改变输入/输出光波导的结构参数,可以调节该波导的消光比和频率选择特性.该波导结构能够有效地抑制后向辐射干扰并且大幅度地提高其场消光比,这使得此类谐振器结构更具有功能性.     

二维光子晶体耦合腔的多模双稳态光开关

利用时域有限差分数值模拟方法和耦合模理论分析方法,研究了Kerr型非线性二维光子晶体耦合腔结构中的光学双稳态开关。利用耦合模理论,分析了耦合腔结构的多模特性,以及对应本征态的局域强度分布特性,并讨论了在耦合腔结构中实现多模光学双稳态开关的原理。发现在二维耦合腔结构中,可以实现信号自泵浦和泵浦-信号两种类型的双稳态开关,且后者具有使泵浦和信号在频率和空间相分离的优点。利用非线性时域有限差分数值模拟方法,得到了高斯脉冲激励下的双稳态响应曲线。     

基于金属-绝缘体-金属波导耦合纳米腔的等离子体三波分复用结构

从理论上和数值上研究了一种基于金属-绝缘体-金属波导耦合纳米腔的等离子体三波分复用结构。该结构由三个输出通道组成,每个通道由两个纳米腔分布于直波导两侧。通过改变环的几何参数、填充介质和内圆和外圆的相对位置,可以动态地调节每个通道的反射和透射光谱。最后,根据三个通道的反射和透射特性,研究了在三个通信波长1 310、1 490和1 550 nm处实现的解复用,并具有优良的性能。将时域耦合模理论和时域有限差分法（FDTD）结合起来进行仿真和分析,为芯片集成全光电路的应用提供了可能。     

基于对称型齿波导和纳米盘的类EIT和慢光效应

设计了一种新型的基于金属表面等离子体激元（SPPs）的亚波长金属-绝缘体-金属（MIM）型类电磁诱导透明（EIT）系统,该系统由一个直波导及其两边对称的齿形腔和纳米盘耦合而成。利用耦合模式理论对结构进行分析,并通过时域有限差分方法（FDTD）进行数值模拟。当齿形腔和纳米盘的共振频率相近,可以获得类EIT效应,改变齿形腔的长度和纳米盘的半径可以调节透明窗的位置。该装置可以用作高性能的类EIT滤波器,透过率高达77.5%,半高宽低至35.5 nm,群指数高达65,为高度集成光网络提供了一种新的方法,可应用于波长选择器、超快开关、光存储等设备。     

基于金属/介质/金属光栅的窄带红外发射/吸收结构设计

设计了一种用于窄带红外发射光源和窄带探测器的金属/介质/金属光栅的红外发射/吸收结构.采用有限差分时域(FDTD)方法,模拟了一维Ag/Si3N4/Ag光栅的反射谱.模拟结果表明,此结构对于TE模和TM模都支持很窄的中红外发射/吸收锋,在很宽的角度范围内发射/吸收中心波长处的发射率可以达到98%以上.此结构的独特发射/...     

金属复合结构的反常透射增强效应的数值分析

利用全矢量的三维时域有限差分法,分析了一种金属银复合结构的反常透射增强效应.该结构是在一层打有六角排列的圆孔阵列的金属银层的上方放置一层六角排列的银圆环阵列构成.与普通的单层银打孔阵列相比,该结构明显具有更高的透射峰值和更窄的透射带宽.系统分析了结构的场强分布、坡印廷矢量能流分布图、透射峰的频率色散关系,结果表明该复合结构激发的更强的独特的表面等离激元模式主导了整个透射过程.     

基于填充液晶的金属狭缝阵列结构对光束的调控

利用表面等离子体调控光束传输,在微纳集成光学及光通信领域有广泛应用。提出了一种狭缝中填充液晶的金属微纳阵列结构理论设计。利用表面等离子体传输效应,通过设定狭缝宽度、外加电场改变液晶的方位角控制相位延迟等参数,设计不同新颖效果的金属微纳光学透镜。利用时域有限差分(FDTD)法对三狭缝、六狭缝及五狭缝阵列结构进行数值模拟表明,上述结构分别实现光束偏转、光分束及光聚焦效果。偏转角、分束角及焦点位置随着狭缝宽度及方位角的改变而变化,从而实现对光束的调控作用。设计结构简单,可以通过电子束刻蚀系统等实验设备加工,具有较好的应用前景。     

All-optical Control of surface plasmon polaritons based on metal slit structures

表面等离激元是束缚在金属—介质交界面上的一种电磁波模式,可突破衍射极限,被认为是下一代集成光子回路最有希望的信息载体。基于我们的研究工作,就几种表面等离激元金属狭缝结构的原理和应用做了简单概述。利用法布里-波罗谐振腔、法诺共振、多模干涉等光学效应,这些金属狭缝结构可对表面等离激元的传输行为进行有效地调控。在理论上和实验上,利用金属狭缝结构实现了亚波长表面等离激元单向激发器、亚微米宽带单向激发器、亚微米分束器、超紧凑纳米聚焦器件和亚微米全光开关等纳米光子器件。这些纳米光子器件在纳米集成光学中具有重要应用。     

基于等离激元的双边耦合谐振腔T形波分复用器

设计了一种基于等离激元的具有对称双边耦合谐振腔的T形波分复用器, 与单边耦合的结构相比, 新结构由于对称谐振腔的相互耦合, 透射波振幅得到了加强, 因此系统的透射特性得到了一定的提升。对透射特性的分析采用模式耦合理论, 并且用有限元法(FEM)进行数值仿真。仿真结果表明, 此结构的各信道共振波长可通过改变结构的几何参数来调节, 同时对填充在谐振腔中的介质折射率有着较强的响应。两个端口处的透射峰波长分别为1310和1550nm, 透射率分别达到了67%和70%, 对于未来光通信和光子集成光路具有重要的参考价值。     

基于光子晶体光纤的全光开关实验研究

在10Gb／s光传输系统中进行了以光子晶体光纤（PCF）为非线性介质的全光开关实验研究。实验中高强度光脉冲经过非线性系数为普通常规光纤36倍的25m长光子晶体光纤后，观察到了由于自相位调制效应（SPM）而导致的光谱展宽现象。实验进一步研究了基于这一效应的全光开关特性，并得到了很好的开关特性曲线。同时还发现这种全光开关具有全光波形整形和波长变换的功能，在实验中变换脉冲中心波长偏离入射脉冲波长4nm。实验结果表明，这种具有高非线性系数的光产品体光纤非常有利于器件的小型化和集成化。     

基于Fabry-Perot结构的可调波长选择光开关

本文提出波长选择光开关的概念,首次研制出一个基于Fabry-Perot结构的可调波长选择光开关,该开关为2×2光纤端口,每个端口携带N个波长,工作时可以选1个或多个波长,插入损耗小于3dB,波长调谐范围10nm,调谐机构为一对多层三明治结构的压电陶瓷,具有驱动电压低,小于5V的驱动电压可以达到3.3nm的调谐,最大开关时间为1毫秒,开关比优于30dB.最后还分析了其基本透射与反射光谱性能,并讨论其对光通信、光交换网络产生的重要应用价值.     

含正交矩形腔MIM波导电磁感应透明及慢光效应的数值研究

通过在金属-电介质-金属(MIM)波导单侧引入正交的双谐振腔结构,得到了实现等离激元诱导透明效应的结构模型。采用有限元法计算得到了该结构的透射谱曲线。仿真结果显示,波导系统的谐振波长随着正交双谐振腔有效谐振长度(L_eff)的增加而红移,且当正交矩形腔为对称的T形结构时,会出现传输禁带。在此基础上讨论了当正交矩形腔为非对称结构时,在传输禁带处产生类电磁诱导透明峰的物理条件,以及该透射峰的变换规律。类电磁诱导效应可改变光的群速度,从而产生慢光效应。研究结果表明,含正交矩形腔MIM的波导结构可以得到0.086ps的最大光时延,为光路延时以及光数据存储提供了理论参考。     

核壳结构偶氮聚合物的全光开关效应研究

分别用主客掺杂法和种子乳液聚合法制备了含相同浓度偶氮染料分散红4-(2-hydroxyethyl) ethylamino-2-chloro-4-nitroazobenzene(Disperse Red 13,DR13)的聚甲基丙烯酸甲酯poly(methyl methacrylate)(PMMA)均匀薄膜样品.用经斩波器调制的线偏振氩离子激光(514 nm,CW)作用于样品产生光致双折射.作为探测光的线偏振氦氖激光(633nm,CW)经过样品,通过与原来偏振方向垂直的检偏器的透射光强强度的调制,实现了光控光的全光开关效应.研究比较了两种样品在控制不同光功率下的光致双折射效应和全光开关效应,比较发现用种子乳液聚合法制备的具有核壳结构的样品在控制光功率、开关时间及开关调制深度等方面均优于主客掺杂样品.     

波导耦合多层结构光学微球腔性能分析

利用时域有限差分(FDTD)法模拟了均匀结构、双层结构和三层结构光学微球腔,得到了各自的能量密度分布,通过对比发现多层结构具有更高的最大能量密度与存储能量和较小的模式体积。波导与多层微球腔之间存在一个最佳间隙,模拟结构的最佳间隙在60～120nm。改变高折射层的厚度和折射率,在特定波长的入射光下可以获得具有较高最大能量密度(大于360)或者较小模式体积的(小于0.03)的微球腔,确定了优化的厚度和折射率。分析高斯光激励的带有导出波导的微球腔,导出波导与微球腔中的光具有相似的激发频谱,表明多层微球腔可以对入射光实现选频并导出。结果显示,多层微球腔具有更好的性能,为光学微球腔后续的结构设计和实际应用提供了一个新的优化思路。     

微波激励CO_2激光器波导耦合腔的研究

利用微波波导耦合腔激励ＣＯ２激光器，具有结构简单、放电阈值功率低、易调谐和阻抗匹配的特点。结合低频等效电路对腔的设计作了分析讨论，并给出了气体放电的实验结果。     

全光纤锁模腔结构的全光时钟提取实验研究

分析并实验验证了一种全光纤锁模激光器结构的全光时钟提取方案。方案中,采用高非线性光纤(HNLF)替代传统结构中的半导体光放大器(SOA),利用光纤中的交叉相位调制(XPM)效应实现腔内的非线性调制,避免了以SOA作为非线性光调制器件的锁模激光器全光时钟提取方案中,由于载流子恢复时间较长从而限制工作速率的缺点,以达到突破"电子瓶颈"的目的。理论分析了光纤中交叉相位调制的特性以及环形锁模腔的时钟提取原理,并通过实验,从40Gbit/s的光归零码(RZ)信号中提取出了高质量的光信号时钟。该方案可以直接在更高速率条件下工作。