硅基纳米光波导微腔全光开关新进展

全光开关研究已有50年历史,至今尚未全面达到实用开关器件所要求的技术指标。近几年来基于SOI材料(做在绝缘层上的硅材料)、工作在光通信波长、采用成熟CMOS工艺(互补金属氧化物半导体工艺)的硅基纳米波导微腔结构全光开关已成为国际科学界的研究热点,大大推进了全光开关的实用化。文章介绍了国际上近十年研究硅基纳米波导微腔全光开关的５种典型方案,包括脊形和槽形纳米光波导;环腔和F-P腔两种微腔结构;纳米光波导、光子晶体、表面等离子体激元三种工作原理。分析总结了它们的共同特点和值得借鉴的研究经验,以便推动国内相关研究工作的开展。     

光学微腔用磷酸盐玻璃基体的研究

量子点光学微腔器件在低阈值激光器和单光子光源等量子信息处理技术领域有重要的应用前景。为了有效地实现受激辐射,光学微腔需要在高介电常量的玻璃微球中嵌入高浓度的量子点。为此使用玻璃技术开展了在磷酸盐玻璃中生长高浓度Ⅱ-Ⅵ族量子点的研究,探索了ZnO-P2O5、CdO—P2O5和CdS—P2O5二元磷酸盐玻璃的形成能力、红外通过率、结晶行为和微腔成彤能力。在这些玻璃基体中,ZnO的最大溶解度为0．6,CdO和CdS的溶解度为0．4;基体表现出和商用截止型过滤片玻璃相似的光吸收特性,并与玻璃的种类和成分含量无关;基体晶化后可以析出α-Zn2P3O7或CdS等品相,其中CdS相均匀分布在试样中;磨细的玻璃基体可以成型为球表面完整和椭网度小的微腔。试验结果表明,ZnO-P2O5和CdS-P2O5等二元磷酸盐玻璃可以成型为光学微腔并可以有效地生长出高浓度的Ⅱ-Ⅵ族量子点。     

基于一维光子晶体微腔的全吸收器件

将具有高本征吸收的极化材料SiC引入到一维光子晶体中间,形成一维光子晶体微腔。利用传输矩阵方法,研究了这种含SiC材料的一维光子晶体微腔的光学特性:包括透射率、反射率和吸收率。研究结果表明该结构在波长λ=12.6μm处存在一个全吸收峰,该吸收峰在0°～50°的入射角度范围内不随角度和偏振模式的影响。该结构可以用来制作宽角度窄带全吸收器件,有望在热发射、太阳能光伏电池中得到应用。     

半导体InAs量子点单光子发射器件

文章概述了量子点单光子源的研究现状,综述了微腔量子点耦合单光子发射器件制备中关键的低密度InAs量子点外延技术,单量子点单光子发射二阶关联函数HBT检测方法,分布布拉格反馈微腔结构的制备以及实现液氮温度下电驱动微腔量子点单光子发射器件等研究结果.     

基于回音壁微腔拉曼激光的纳米粒子探测

回音壁模式光学微腔由于其品质因子高、模式体积小等优点, 近年来在非标记性的纳米粒子探测方面得到了广泛的重视, 开展了大量的研究, 取得了重要的进展. 利用回音壁微腔的拉曼激光, 通过测量纳米粒子造成的模式劈裂的拍频, 可以实现不同环境下纳米粒子的实时探测. 与传统的稀土离子掺杂法不同, 这种方法采用腔的内禀增益, 不仅提高了应用回音壁模式微腔进行纳米粒子探测的极限, 而且避免了传统方法中稀土离子能级对泵浦光的限制, 拓展了应用范围. 这种方法还可以应用于其他材料的回音壁微腔, 如硅基微环腔等, 以及光子晶体结构、超材料等受损耗限制的系统中. 本文简单介绍了回音壁模式光学微腔进行纳米粒子探测的基本原理以及最新研究进展.     

A New Transmission Line Microcavity Model for Vertical Cavity Surface Emitting Lasers

In this paper we present a new transmission line microcavity model for vertical cavity surface emitting lasers (VCSEL). The model is based on optical wave equations and implemented with state-space techniques to predict the lasing modes and analyze the decay properties of the Fabry-Perot (FP) cavities. The model is used to analyze microcavities in both time and frequency domains in terms of material and physical parameters of the lasers, and provide a simple and fast way to optimize the cavity length, reflective mirror and active region of the lasers.     

Double-state controllable optical switching through three tunnel-coupled quantum dots inside waveguide coupled photonic crystal microcavity

We study optical transmission properties of a combined system which is composed of a photonic crystal (PC) microcavity with low quality factor Q, a triple quantum dot (QD) embedded in cavity and two parallel waveguides. We demonstrate that low coupling strength (i.e., the weak coupling regime) between a cavity and a dot, by means of electron tunnel-induced coupling, can lead to a type of double-state controllable optical switching under the experimentally available parameter conditions.     

氩气微腔放电中特性参数的数值模拟研究

本文采用二维自洽完全流体模型,针对阳极为通孔的高气压微腔放电结构,研究了微腔放电的参数特性.数值计算得到了氩气压强为100 Torr,放电稳态时的电势分布、电子数密度分布和电子温度分布等重要参数.模拟结果表明放电区存在显著的阴极鞘层结构,电子数密度的峰值达到10²⁰ m^-3,电子温度的量级为几个eV至十几eV,该结论与实验结果相一致.数值模拟合理的解释了微腔放电的基本原理. 关键词： 微腔放电 等离子体模拟 流体模型     

球形微腔共振模式下的内场分布简

基于Mie理论研究了球形光学微腔的光学特性,通过计算内场和散射场展开系数随着尺寸分布的变化确定了共振发生的位置,给出了计算球形微腔散射场和内场的计算公式,并数值模拟了结构共振情形下的内场分布情况,分析了微腔内的光振荡特性.     

强耦合腔量子电动力学中单原子转移的实验及模拟

对于强耦合腔量子电动力学系统中以自由下落方式转移原子与腔模强耦合作用过程进行了实验研究,并在理论上利用蒙特卡罗方法对整个实验过程进行了模拟.根据模拟的高精度光学微腔实时记录的原子穿腔信号,获得了原子与腔模相互作用以及冷原子的参数等基本信息,包括不同初始条件下原子与腔模相互作用时腔的透射谱、单个原子在腔内的驻留时间、原子到达腔模时刻的概率分布以及原子到达腔模的动能分布等,并作为对比给出了相应的实验结果.基于模拟结果,实验上建立了腔内光学偶极阱来俘获单个原子,测量的单原子的腔内俘获寿命达到5 ms,比自由穿越时延长了约30倍.该研究对于原子-腔受限空间内,以自由下落方式转移原子以及原子与腔的耦合过程给出详细的分析,有助于对类似实验结果的分析和系统参数的优化.