Electron transport through curved two-dimensional quantum waveguide

This paper details the study of electron transport through a two-dimensional curved quantum waveguide. The curvature of the quantum waveguide is found to greatly affect the transport properties. It is shown that no evanescent mode exists when the inner radius of the curved part of the waveguide is zero. Also, this paper details how localized modes with energy below the Fermi energy can be formed in the curved part due to curvilinear effects. A series of Fano-resonance type dips of the transmission coefficient appear because of the presence of localized modes. Due to the quantum effect, the transmission coefficient and the traversal time increase nonlinearly with the curved angle θ₀${\theta }_0$. This nonlinear property is destroyed as the radius increases.     

共振波长对导模共振生物传感器灵敏度的影响

导模共振生物传感器由于具有微型化、免标签、高通量和实时检测等优势被广泛研究。利用严格耦合波理论分析了该生物传感器对样品折射率和厚度的灵敏度随共振波长的变化规律。当样品厚度和共振波长一定时,其折射率灵敏度恒定;随着共振波长的增大,折射率灵敏度显著提高。当样品折射率和共振波长一定时,厚度灵敏度随着厚度的增加而降低,最后趋近于0;当共振波长增加时,厚度灵敏度明显提高,厚度测量范围增大。结果表明:选取较长的共振波长有利于样品的检测和分析。     

低功耗聚合物波导可调耦合器的优化设计

提出并研究了一种带隔热槽的马赫-曾德尔干涉结构聚合物波导可调耦合器。仿真分析了热光电极作用下有、无隔热槽的耦合器波导温度分布,表明设置隔热槽可以降低热光调谐所需的功耗。研究了铝电极作用下不同上包层厚度对光传输损耗的影响,确定了上包层厚度。根据隔热槽与电极之间距离对热光调谐功耗的影响,结合隔热槽对导波光模式的影响及波导制备工艺,确定了隔热槽的位置。最终设计的带隔热槽聚合物波导可调耦合器实现1～0的分束比所需功耗为2.20mW,是无隔热槽的47.4%。     

紫外胶在聚合物准矩形电光波导中的应用

基于聚合物材料的波导型电光器件对提升光通信网络的带宽容量具有重要的意义。设计并制备了一种基于有机/无机杂化非线性材料的准矩形聚合物电光波导,采用SiO2作为下包层,紫外胶SU-8作为引导芯层,掺有生色团DR1的有机/无机杂化非线性材料DR1/SiO2-TiO2作为电光层,通过优化感应耦合等离子体刻蚀工艺的天线功率、偏置功率和氧气流量,将SU-8同时作为引导芯层和刻蚀工艺的掩模,制备了准矩形电光波导。实验测得波导传输损耗为-3.5 dB/cm。     

基于光子晶体耦合波导的宽带慢光研究

提出了在完整三角晶格光子晶体中引入两线缺陷构成的耦合型波导结构。通过分析谱带形对不同结构参数的依赖关系,在最优化的光子晶体耦合波导中,找到了一种独特的、群速近似为零的谱带。通过对波导宽度的啁啾实现了不同频率光的色散补偿,最终得到了带宽为13.24nm、平均群折射率为28的宽带理想慢光,并进一步采用二维时域有限差分(FDTD)算法进行了验证。数值分析结果表明,高斯脉冲在耦合波导中传输后的相对时域展宽低于10%。     

高灵敏度集成光偏振干涉仪特性及生化传感应用研究

利用射频溅射技术在平面单模玻璃波导表面局部淀积一层Ta₂O₅梯度薄膜, 形成复合光波导芯片, 结合棱镜耦合法制备了一种集成光偏振干涉传感器. 基于四层平板波导模型理论分析了复合光波导表面折射率灵敏度S_RI与Ta₂O₅梯度薄膜等效厚度T_eq的关系, 结合实验测定的S_RI得出了本工作中所使用Ta₂O₅梯度薄膜的T_eq ≈ 33.021 nm, 进一步得出芯片吸附层厚度灵敏度S_ab≈ (2.412× 2π) nm^-1. 利用该复合波导偏振干涉仪结合Lorentz-Lorenz有效介质理论测得了市售食用白醋中醋酸的浓度, 并以市售牛栏山二锅头酒为例进行了白酒掺水和掺甲醇的测试, 结果表明, 白酒掺水或甲醇前后的折射率改变量与掺杂量成准线性变化关系; 原位实时监测了丁酰胆碱酯酶的动态吸附过程及细胞色素c/聚苯乙烯磺酸钠的分子自组装过程, 并利用测得的位相差变化结合芯片吸附层厚度灵敏度S_ab 获得了蛋白质表面覆盖度.     

基于圆弧谐振腔的金属-介质-金属波导滤波器的数值研究

设计了一个基于圆弧谐振腔的金属-介质-金属波导滤波器, 并应用时域有限差分算法数值研究了它的传播特性. 结果发现, 在透射光谱中出现了明显的透射峰. 分析表明, 该透射峰是由表面等离极化激元在圆弧腔中的谐振所导致. 我们还研究了圆弧谐振腔的结构参数及其弯曲方向对其传播特性的影响. 此外, 该结构还可以用作一种光分路器, 实现滤波与分路的双重功能.     

W波段螺旋波纹波导回旋行波管注波互作用的非线性分析

本文从有源麦克斯韦方程组出发, 系统地推导了螺旋波纹波导的色散方程及非线性注波互作用理论, 数值计算结果与已有的实验报道基本相符.在此基础上,设计了W波段螺旋波纹回旋行波管, 工作电压80 kV, 工作电流5 A, 中心频率95 GHz, 3 dB带宽约4.5%, 饱和增益52 dB, 最大输出功率142 kW, 电子效率达20%-35%.最后,本文计算了电流, 电压及输入功率的改变对W波段螺旋波纹波导回旋行波管输出性能的影响.     

石英管对平行WR-430波导谐振腔电场的影响

详细讨论了石英管对平行WR-430波导谐振腔内部电场强度的影响。在没有石英管时,电场强度在每个狭缝附近发生突变,其峰值沿着一个波导逐渐减小,而沿着另外一个波导逐渐增大。存在石英管时,内部电场变弱且沿着石英管内表面无规则振荡,而且电场沿着两个波导之间的中心轴线波动。当石英管壁厚度和离上下波导的距离分别为5和2 mm时,谐振腔内部的平均电场强度达到最大,而且电场强区面积较大。当上述两者分别超过5和2 mm时,内部电场的最大值会随着石英管壁厚度和距离逐渐减弱。低气压和大气压空气等离子体在谐振腔内部被激发,其形态比较接近各自的仿真的电场强度分布。     

基于离子交换条波导的生物溶液浓度传感研究

提出并实施了一种实验推定离子交换单模条波导折射率分布的新方法,给出扩散系数可用常量等效的离子交换条件,导出了条波导离子交换制备过程的两维扩散方程的一般解,拟合推定了离子交换条波导的折射率分布.多波长测试的折射率色散通过引入玻璃色散关系解决,样品测试中表征导模吸收损耗的传播常量虚部由KK变换确定.在此基础上,试制了光纤-条波导-光纤一体化传感器结构,验证实测了多种不同浓度的葡萄糖溶液,最低检测限为0.1 μM,实现了低浓度微量测试,验证了条波导传感机制的有效性.