基于二氧化钒的太赫兹双频多功能编码超表面

提出了一种基于二氧化钒且工作频段可切换的太赫兹编码超表面.该编码超表面由金属-二氧化钒复合层、聚酰亚胺介质层、金属反射层构成,主要通过对顶层双裂环谐振器和十字结构的参数进行设计,获得其所需的性能;而二氧化钒材料的引入,巧妙地使其可工作于双频点,进而实现不同功能的切换.仿真结果表明:当二氧化钒处于绝缘态时,在f1=0.34 THz的圆极化波垂直入射下,设计的编码超表面可以视为3-bit Pancharatnam-Berry相位编码超表面,通过对单元中双裂环谐振器设计卷积编码序列,使该编码超表面具有以特定角度出射拓扑荷数l=±1涡旋波束的功能;当二氧化钒处于金属态时,在f2=0.74 THz的正交线极化波垂直入射下,设计的编码超表面可以视为2-bit各向异性编码超表面,通过对单元中十字结构分别设计随机编码序列和棋盘格编码序列,使该编码超表面具有雷达散射截面缩减和波束分束的功能.其可为太赫兹电磁超材料多功能器件的设计提供一定的参考.

基于VO_(2)的太赫兹各向异性编码超表面

设计了一种3层结构的太赫兹编码超表面,其顶部是嵌入VO_(2)的金属十字架结构,中间是聚酰亚胺,底部为纯金属.利用该编码超表面的各向异性特点,可以实现对正交极化波(x极化波和y极化波)的独立调控;通过在编码超表面中引入VO_(2)材料,改变其相变状态,可进一步增加调控的灵活性.对设计的超表面进行建模仿真和分析,结果表明:对于垂直入射的1 THz正交极化波,VO_(2)处于绝缘态时,设计的超表面可视为2 bit的各向异性编码超表面,产生模式为1和2的涡旋波;VO_(2)处于金属态时,设计的超表面可视为1 bit的各向异性编码超表面,产生对称的2束反射波和4束反射波.所提出的各向异性和相变材料结合的方法,实现了同一超表面上产生多种不同形式太赫兹波束的功能,一定程度上解决了超表面调控太赫兹波形式单一的问题,为实现能够灵活应用于多种场景的多功能编码超表面提供了参考.

基于领结型多孔光纤的双芯太赫兹偏振分束器

领结型多孔光纤具有高双折射的特性,本文基于此设计了一种新型的双芯太赫兹(THz)偏振分束器,采用调整结构法实现了折射率反转匹配耦合,达到偏振分离.仿真结果表明:该偏振分束器在0.5—2.5 THz频率范围内均可实现偏振分离,最小分离长度仅为0.428 cm,且在整个频率范围内分离长度不超过2.5 cm.在2.3 THz,x,y两偏振模的吸收损耗均小于0.35 d B;消光比高达22.9和19.2 d B.此外,与填充法实现折射率反转匹配耦合的双芯THz偏振分束器进行比较,本文设计的偏振分束器实现简单,运行的频率范围更宽,分离长度更短,吸收损耗更低.

基于结构调整实现单模单偏振太赫兹PCF

文章提出一种光子晶体光纤(PCF),通过调整结构,改变包层缺陷中微型空气孔的排列方式、孔大小和孔孔间隔实现折射率匹配耦合,达到单模单偏振传输的目的。采用全矢量有限元法仿真建模,结果表明,当包层缺陷中微型空气孔直径为27.7μm、孔孔间隔为38μm,且采用三角晶格排列时,在0.719~1THz范围内,偏振损耗比>100,实现了单模单偏振传输,此时y偏振基模的传输损耗最低为2.4e-3 dB/km。与填充法实现折射率匹配耦合相比,调整结构可以获得更大的偏振损耗比479,更低的传输损耗2.4e-3 dB/km以及更宽的带宽0.281THz。

课题讨论法在“光纤通信系统与原理”教改中的创新与实践

基于"兴趣是最好的老师"这一原理,本文提出将课题讨论法运用于课堂,激发学生对课程的学习兴趣。按照分阶段、递进式的教学改革思路,构建光纤通信系统课程的一系列子课题,创新课程的教学和实践方案。实践表明:课题讨论法在课程中的灵活运用,有利于培养学生的综合素质、探索精神和自学能力,提高教学效率。

二维光子晶体绝对带隙的研究

晶体中获得大的绝对带隙,可以通过降低格子对称性解除简并来实现。格子对称性的降低一般可以通过向晶体的原胞内引入不同半径的柱子的方法实现,在该方法基础上结合滑移操作,对二维正方形光子晶体结构进行了研究,发现这种联合方法用于打开绝对带隙特别有用,其相对带隙宽度约为“双柱子正方形格子”情况的2倍,同时还使绝对带隙出现的位置向低频处移动。

高校本科毕业设计环节教学方法的探讨

高校的毕业设计是实现本科阶段培养目标的重要教学环节。在此环节中,学生将进一步受到科学研究方法、工程设计方法与实践技能的基本训练,并对大学期间所学知识进行全面总结与综合运用。教师若在该阶段注重教学方法的灵活应用,可很好地培养学生分析问题和解决问题的能力,从而为学生下阶段继续深造或进入社会做必要的铺垫和过渡,意义重大。本文在总结此环节多年教学经验的基础上,探讨了一些新的教学方法和教学思路。

红外空心布拉格光纤损耗特性的研究

采用半导体玻璃/有机聚合物作为材料,利用禁带效应,设计了传输波段中心波长位于10.6μm处的空心Bragg(布拉格)光纤。利用COMSOL Multiphysics仿真软件,分析了径向包层数对基模(HE11)传输损耗的影响。结果表明,当包层数增至20层时,其损耗值已降至0.051 4dB/m,明显优于普通硫系化合物光纤最低所能达到的0.6dB/m。这种Bragg光纤既可用于医用高功率二氧化碳激光传输,也适用于远距离红外传输。

周期线性变化光子晶体用于色散补偿的研究

文章研究了周期线性变化的一维光子晶体的色散补偿特性。根据周期性介质中电磁场在界面处的传递规律,利用传输矩阵方法分析了不同频率的光波在周期线性变化的一维光子晶体中的反射特性,结果表明这种光子晶体对于不同频率的光波成分具有不同的延时,利用这种延时特性,可以制作用于密集波分复用(DWDM)系统的色散补偿器件。

光子晶体环形腔的四波长THz滤波器

提出一种基于光子晶体环形腔的四波长THz滤波器,该滤波器在光子晶体结构中引入两个环形腔,且环形腔内部各增加一个正方形介质柱,四周各引入一个散射介质柱。应用基于时域有限差分法(FDTD)的Rsoft软件进行仿真分析,结果表明通过对内部正方形介质柱的边长、散射介质柱半径以及耦合介质柱半径等结构参数的调节,可以滤出74.813,76.98,78.168和78.883μm四个太赫兹波长。该滤波器性能优良,透过率高、Q值高、信道隔离度大,对于THz技术应用具有重要意义。

大纤芯红外带隙型光子晶体光纤研究

针对一般红外光纤存在材料损耗高、制备工艺复杂、传输性能和输出光束质量差等问题,提出了一种适合CO2(二氧化碳)激光传输的新型大纤芯红外PBG-PCF(光子带隙型光子晶体光纤),该光纤由三角形结构光子晶体在中心抽掉19根毛细管空气孔形成大纤芯。利用PWM(平面波展开法)分析得到了传输波长为10.6μm的CO2激光的光纤带隙图;再利用基于全矢量有限元法的仿真软件COMSOL Multiphysics分析其损耗特性。结果表明,这种结构的PBG-PCF与现有的红外光纤相比,传输10.6μm CO2激光时的损耗更小,约为0.08dB/km,可满足医用传输大功率CO2激光的需要。

光子晶体直接耦合结构双波长THz波调制器

THz波调制器是太赫兹波通信系统中的关键器件之一。提出了一种基于复式晶格光子晶体直接耦合结构的双波长THz波调制器。该调制器通过在一个点缺陷中引入非线性材料GaAs(砷化镓),可实现仅通过一个点缺陷对双波长THz波的光控调制。仿真结果表明:当两个不同的THz波入射时,调制器插入损耗小、消光比高、调制速率快。与同类侧耦合结构调制器相比,该调制器具有更高的消光比。

基于Y缺陷的改进型光子晶体光分路器

提出一种Y缺陷的改进型光子晶体光分路器,以提高输出端的透射率。在完整的二维光子晶体中引入线缺陷,构成1×4的Y型光子晶体光分路器。通过调节第一分支处的4个介质柱的半径,使其每个输出端口具有更高的透射率。同时,通过改变第二分支处的1个介质柱的半径,可以实现输出端口的高透射率和输出光能量的灵活调节。Y缺陷光子晶体光分路器可以广泛应用于未来的光路集成、集成光学、微光信息处理和光通信领域。

点缺陷半径变化对光子晶体THz波调制器性能影响分析

点缺陷构成的微腔对THz波调制器的性能起着决定性的作用。而在实际制作加工过程中,由于工艺的原因,光子晶体的结构参量会产生偏差,难以制备出孔径毫无偏差的光子晶体,且介质柱的放置位置不能达到完全精确,因此光子晶体器件的性能也因此会受到一定程度的影响。本文重点讨论了点缺陷介质柱的半径变化对直接耦合结构的THz波调制器性能的影响,为光子晶体调制器的实际制作和相应的误差分析提供了理论帮助。

光控光子晶体太赫兹波调制器消光比的研究

光控太赫兹波调制器在未来的THz通信中具有重要作用,消光比是太赫兹波调制器的主要性能指标,文中研究了基于二维正方晶格光子晶体太赫兹波调制器晶格变化对调制器消光比的影响,选取光子晶体介质柱的半径作为结构参量,利用基于FDTD的Rsoft软件进行仿真计算,结果表明,将谐振腔正上方介质柱的半径缩小一定数量时,可以提高调制器的消光比。

可切换频段的太赫兹编码超表面

依据Pancharatnam-Berry(PB)相位原理提出了一种可切换频段的太赫兹编码超表面,其顶层是金属-二氧化钒(VO2)复合结构层,中间是聚酰亚胺介质层,底部为纯金属反射层。编码超表面单元按不同的编码序列排列构成的编码超表面,可以产生多种太赫兹波束形式,并且随着VO_(2)的相变,可以在不改变原波束形式的情况下实现从单频段到双频段的切换功能。通过设计不同的编码序列,令编码超表面分别产生了涡旋波和散射波,对于垂直入射的右旋圆极化波(左旋圆极化波类似):当VO2处于绝缘态时,在频段1.17~1.37 THz处可以产生与编码序列所对应的波束形式;当VO2相变为金属态时,在0.87~0.92 THz和1.4~1.6 THz两个不同频段处分别获得与VO2处于绝缘态时相同的波束形式,进一步拓宽波束产生的频段。所提出的编码超表面利用了VO2的相变特性增加了太赫兹工作的频段,为实现频段可切换的太赫兹编码超表面提供了思路,在太赫兹波束调控中的调频方面有一定参考意义。

点缺陷半径变化对光子晶体直接耦合结构THz波调制器性能的影响

点缺陷构成的微腔对THz波调制器的性能起着决定性的作用,而在实际制作加工过程中,由于工艺的原因,光子晶体的结构参量会产生偏差,难以制备出孔径毫无偏差的光子晶体,且介质柱的放置位置不能达到完全精确,因此光子晶体器件的性能也因此会受到一定程度的影响。文中重点讨论了点缺陷介质柱的半径变化对直接耦合结构的THz波调制器性能的影响,为光子晶体调制器的实际制作和相应的误差分析提供了理论帮助。

基于Si/SiN_(x)双层波导的偏振无关光功分器

针对目前大部分偏振无关光功分器结构复杂和损耗大的问题,文章设计了一种基于Si/SiN_(x)双层波导的偏振无关光功分器,用于1550 nm波长光信号的1×2均匀功分。通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法调节Si/SiN_(x)层的折射率,使同一波长下横电(TE)和横磁(TM)偏振模的二重像点位置相等,实现偏振无关功能。同时,通过对多模干涉波导宽度的合理选择,减小器件尺寸。通过优化锥形波导,进一步降低器件的插入损耗和反射损耗。运用三维(3D)有限时域差分方法进行建模仿真,仿真结果表明,文章所提偏振无关光功分器尺寸仅为3.0μm×16.8μm,插入损耗和反射损耗分别低至0.04和-48.80 dB,分光比达到了1.00033,插入损耗小于1 dB,带宽可达380 nm,在未来的集成光路中具有潜在的应用价值。

基于夹层结构的偏振无关1×2定向耦合型解复用器的设计

提出一种基于夹层结构的偏振无关1×2定向耦合型解复用器,用于分离1310 nm和1550 nm两个波长.通过合理选择夹层结构芯区的折射率及波导间隙,可以调节同一波长两个正交偏振模的耦合长度相等,实现偏振无关;通过合理选择夹层结构波导宽度,可以使两个波长分别从不同输出波导端口输出,实现解复用功能.运用三维有限时域差分法进行建模仿真,对结构参数进行优化,并对器件性能进行了分析.结果表明:该器件定向耦合波导的长度为23μm,插入损耗低至0.1 dB,输出波导间的串扰低至–26.23 dB,3 dB带宽可达290 nm和200 nm.另外,本文提出的器件采用Si3N4/SiO2平台,可有效减小波导尺寸,提高集成度,不仅实现了偏振无关,而且结构紧凑、损耗低,在未来的集成光路中具有潜在的应用价值.

基于Si3N4/SiNx/Si3N4三明治结构的偏振无关1×2多模干涉型解复用器的设计

提出一种基于Si3N4/SiNx/Si3N4三明治结构多模干涉波导的偏振无关1×2解复用器,用于分离1310和1550 nm两个波长.通过合理选择三明治结构中间层SiNx的折射率,可以调节同一波长两个正交偏振态的拍长相等,实现偏振无关;根据多模干涉原理,通过合理选择多模干涉波导的长度与宽度,可以使两个波长的输出像点分别成正像和反像,实现解复用功能.运用三维有限时域差分法进行建模仿真,对结构参数进行优化,并对器件关键结构参数的制作容差进行了分析.结果表明:该器件多模干涉波导的尺寸为4.6μm×227.7μm,插入损耗低至0.18dB,输出波导间的串扰低至–25.7dB, 3dB带宽可达60 nm.另外,本文提出的器件采用Si3N4/SiO2平台,可有效减小波导尺寸,提高集成度,不仅实现了偏振无关,而且结构紧凑、损耗低,在未来的集成光路中具有潜在的应用价值.