Design of novel power splitters by directional coupling between photonic crystal waveguides

The design of a novel photonic crystal waveguide power splitter is presented. The proposed power splitter has three output ports, the coupling among three parallel photonic crystal waveguides can be considered as a multimode interference (MMI), and the positions of output waveguides are determined by those of twofold images which are formed by the self-imaging effect of multimode interference. The transmission characteristics of the splitter are investigated by using the finite-difference time domain (FDTD) and the plane wave expansion method. The output optical power in each port can be controlled by adjusting the radius of the dielectric rods in the coupling region, and the coupling effect among output ports is decreased by using the T-shaped output port. The results indicate that 1× 1, 1×2 and 1×3 type power splitters can be realized when the normalized radius of dielectric rods in the coupling region is 0.130, 0.180, 0.152 or 0.221, respectively.     

尘埃粒子计数器中光源对传感器光通量的影响分析

在Mie散射理论基础上，由单分散射的光强表达式导出在偏振光的入射条件下一定立体角内的散射光通量的表达式，并与自然光入射作比较。计算了在相同强度不同光源入射下，尘埃粒子计数器的两种常用散射光收集系统收集的散射光通量。结果表明：采用近前向散射光收集系统得到的光通量相等；而采用直角方向散射光收集系统时两者并不相等，且在平面偏振光入射时，收集的散射光通量还跟探测器中心与入射光偏振方向夹角有关。用MATLAB编程计算，得出了在探测器中心与偏振方向的夹角成90°或270°位置时，收集的散射光通量有极值的结论，为激光尘埃计数器传感器光学设计提供了依据。     

光孤子对的振幅比与相位差对传输的影响

利用分步傅里叶变换法分别求解含三阶色散效应和不考虑三阶色散情况下的光孤子非线性薛定谔（NLS）方程,通过数值求解发现三阶色散效应会使孤子对脉冲发生单边振荡,并在振荡侧逐级产生次脉冲。讨论孤子对的两束孤子脉冲之间的振幅比与相位差对传输的影响,发现在不考虑三阶色散的情况下,振幅比与相位差均对孤子对的传输有显著影响,在考虑三阶色散效应时,只有相位差对孤子对的传输产生影响,并可以导致脉冲能量转移。     

三束飞秒激光辐照下铜膜内电子非平衡热输运

首先采用有限元法数值计算了铜膜内的电子温度和晶格温度分布变化,揭示了铜膜内电子非平衡热输运时间随飞秒激光光束参量的变化情况。仿真结果表明,铜膜内的电子非平衡热输运时间会随着泵浦光束数量及脉冲能量密度的增加而增加,并且使用三束飞秒泵浦激光作用时,电子非平衡热输运时间比单脉冲作用时的电子非平衡热输运时间增加了3倍。其次使用三束飞秒激光泵浦的泵浦-探测实验系统进行验证。实验结果表明:通过用具有一定延时的三束飞秒泵浦激光作用铜膜时,铜膜表面的瞬态反射率出现三次突变,使电子非平衡热输运时间得到极大延长,从而大幅度消除激光加工热障,并提高加工的质量、精度和效率。     

两种复周期调制品格中孤子的开关特性分析

对提出的两种复周期Kerr非线性调制光晶格中的孤子开关特性进行了研究,并与单周期余弦型调制品格的情形进行了比较.通过数值模拟,分析了3种不同模型对孤子脉冲能量的保持情况,以及注入相同孤子脉冲时,脉冲被品格俘获前可穿越的晶格通道的数量.研究发现,当注入脉冲的能量范围相同时,3种模型中孤子的开关通道数有较大差别;而在穿越通道数相同的情况下,开关效应的响应时间却不相同.     

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%。     

基于高折射率液体填充的花瓣形微结构光纤可调滤模特性

提出一种新型的可调滤模光纤结构,利用纤芯模式与微结构包层形成的超模群之间的耦合实现选择性滤模,采用花瓣形包层结构使包层中传输的模式更容易产生高的泄漏损耗;提出以液体填充包层介质柱,使包层形成的超模群有效折射率区间可以通过环境温度来调节,从而达到可调选择性滤模目的.利用液体柱的LP11模所形成的超模群,有效增大了其工作带宽和温度调谐范围.数值模拟结果表明,采用长度仅为71.4 mm的滤模光纤,可以使特定的抑制模式损耗达到20 dB以上,而其他模式损耗均在1 dB以下.提出的光纤可以在少模光纤传输系统中作为滤模器使用,以降低模式转换器、复用器/解复用器以及光开关和光路由等的模式串扰.     

高阶色散对光孤子及孤子对传输的影响分析

为了研究高阶色散对光孤子及孤子对传输的影响,采用分步傅里叶变换方法,对含高阶色散效应与不考虑高阶色散情况下的光孤子非线性薛定谔方程进行了数值求解,得到了孤子脉冲形状与色散阶数有着相关性这一结果.结果表明,奇数阶色散效应会使孤子及孤子对脉冲发生单边振荡,产生能量损耗,并在振荡侧产生次脉冲,而偶数阶色散效应会使孤子及孤子对脉冲发生明显的脉宽展宽,高阶色散效应对孤子脉冲的影响随阶数的增加而减弱.     

光子晶体波导定向耦合功分器的设计

将相互耦合的3平行光子晶体单模波导看成一个多模干涉系统,通过研究二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光子晶体波导定向耦合分束器,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,通过改变输出波导和耦合区连结的一个介质柱位置构成波导微腔结构,改变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,移动介质柱距离输出单模波导和多模波导连结处1.85a位置处时,对于波长为1.55μm的入射光,该分束器的透射率可高达99.04%。     

二维光子晶体1.55μm带隙中心的优化设计

利用平面波展开法对正方晶格二维光子晶体带隙随结构参数的变化进行了研究,计算结果表明,能带频率随着归一化半径r/a的增大有减小的趋势,带隙宽度是先增大后减小.带隙宽度随介电常数比ε的变大而增加,能带频率有减小的趋势.当格子常数a=0.594μm,r/a=0.16,ε=13时得到能带中心波长为1.55μm,最大能带归一化频率宽度为0.15.