小型化硅基微腔光子测温系统

回音壁模式硅基微腔光子温度传感可应用于强电磁场、高辐照、强振动等极端环境下的温度测量。在前期设计、制备、验证具有毫开尔文(mK)量级分辨率的硅基微环光子温度传感器的基础上,研制了一套小型化微腔光子测温硬件系统,包括信号发生与高速数模转换、电压-电流转换、激光二极管温度控制和微弱信号采集与放大等模块,设计并实现了基于单片机的同步测量方案和光谱测温算法。在高稳定恒温浴槽内验证了系统性能,实际测温结果的扩展不确定度为115 mK(k=2),测温范围30 K。

光子晶体微腔研究进展

综述了最近光子晶体微腔研究方面的新进展,主要介绍了三种效果显著,代表性强的新方法:局域场微调法、辐射能量再循环法和模式匹配法.这些方法都能够显著地提高光子晶体微腔滤波器的品质因子,并对这一类型光子晶体器件的设计有相当的指导意义.

Er^(3+)-光子强耦合-维微腔的分析与设计

用密度矩阵运动方程计算并分析微腔中原子 -光子强耦合的特性 ,得出一维原子 -光子强耦合微腔的临界条件。通过分析Er3+ -光子强耦合 -维微腔的掺杂浓度和腔长等参数所应满足的条件 ,给出实现Er3+ -光子强耦合的 -维微腔的设计方法。

二维点缺陷正方光子晶体的微腔结构

通过平面波展开法对由Al2O3介质棒在空气背景介质中构成含有点缺陷的二维正方光子晶体微腔结构进行研究，计算得出缺陷态能带以及缺陷态模场分布。缺陷模对应的电磁波波长为470—476nm。对该微腔结构的品质因数的求解，得出缺陷态光谱曲线。在光谱曲线中，随着传输波长的增大，将产生几个峰值，并且在475nm处的波动最为明显，反映出在475nm附近的电磁波段在缺陷处的光强较大。进一步利用全矢量等效折射率法研究该结构缺陷模频率的稳定性，得出等效折射率的变化曲线。从等效折射率变化曲线可以看出，当传输波长达到475nm时，该结构已经达到稳定传输的区域。含缺陷模的二维光子晶体微腔结构在光子晶体发光二极管以及高阈值半导体激光器等方面有着重要的应用价值。

液晶调制光子晶体微腔光衰减器

设计了一种二维液晶调制光子晶体微腔光衰减器。两条二维三角晶格空气孔光子晶体波导由一个光子晶体微腔连接,在微腔的点缺陷中填充苯乙炔类液晶。通过施加不同电压,电场诱导液晶取向以改变液晶的折射率,从而改变光子晶体微腔的谐振波长,进而实现光传播强度调节。运用时域有限差分方法和平面波展开法分析了二维液晶调制光子晶体微腔光衰减器的光学特性。数值计算结果表明:对于1.55μm通信波段,通过外界电场控制所填充的向列相液晶的方向可以对这种二维液晶调制光子晶体微腔光衰减器实现3.40%～99.58%的可调谐光输出。

偶极子位置及偏振对激发光子晶体H1微腔的影响

光子晶体微腔和量子点的集成是实现量子信息处理非常具有潜力的平台之一,利用微腔和量子点的耦合可以制备纠缠光子对,实现对量子态的操控.因为光子晶体微腔具有品质因子高、模场体积小等优点,可以极大地增强光与物质之间的相互作用,从而易于实现量子态在不同物理体系之间的转换.通过单量子点和光子晶体H1微腔的耦合可以产生纠缠光子对,因为H1微腔具有简并的、模式偏振正交的基态模式.通常微腔模式的激发随着量子点在微腔中的位置变化而改变,本文用时域有限差分方法研究了偶极子光源的位置及偏振对激发光子晶体H1微腔模式的影响.结果表明:通过改变偶极子光源位置可以选择性地激发H1微腔简并模式中的一个;具有某一偏振的偶极子光源只能激发相应偏振的微腔模式;模式激发强度的大小也是由偶极子光源在微腔中的位置决定的.鉴于目前量子点在微腔中的位置尚不能精确控制,所以微腔模式受激发光源位置的影响的研究具有重要意义.

二维点缺陷三角晶格光子晶体的微腔结构

通过平面波展开法对二维点缺陷三角晶格光子晶体的微腔结构进行研究,计算得出其色散图以及缺陷模分布。结果表明:缺陷模波长与微腔谐振波长基本吻合。利用FDTD模拟谐振波长波段的电磁波在光子晶体中传播的动态演化过程,并计算出局域模的空间分布图。最后在有规律地改变缺陷周围介质柱半径的情况下实现谐振中心波长的可调性。

可调谐光子晶体微环腔型光分叉复用器的设计

提出了一种基于二维光子晶体微环腔的新型光分叉复用器,并可以通过改变环区的硅介质柱的折射率实现波长调谐.运用经典的微环自由光谱范围FSR和微环半径R的关系,证实新型的光子晶体微环腔也满足该关系.利用二维时域有限差分法系统分析了下路信号波长及相应效率随折射率的变化关系.结果表明,只需改变环区折射率0.005,下路波长就可以漂移1nm,而有效微环半径还不足1.4μm.

1维光子晶体微腔的光子局域特性分析

为了研究光子晶体的光局域特性,采用传输矩阵法计算了1维缺陷光子晶体微腔中缺陷模的局域场强分布,建立了相对局域化长度的概念,它表征光子局域程度的强弱,局域化长度越小,光子局域程度越强,反之亦然。结果表明,缺陷层两侧排列为高折射率介质层的结构局域光的能力比两侧为低折射率介质层的强;考察前一种结构,且满足共振布喇格散射条件或共振米散射条件范围时,相对局域化长度可获得较小值。

基于光子晶体微腔和光纤环形衰荡的微力传感器

提出一种基于光子晶体微腔的高灵敏度的微力测量方法.首先,提出一种M型结构的梁作为传感探头,使系统在受到微力作用时,仅有光子晶体微腔的空气孔折射率发生变化而引起谐振波长的漂移,极大地提高了传感器的线性度和测量范围.然后,对微纳环结构的光子晶体微腔结构进行优化设计,获得了品质因子高达7 100的微腔.最后,选择合适的实验器件及其特性参数,搭建基于光纤环形衰荡的波长解调系统,实验结果表明该系统的波长解调灵敏度为90μs/nm,所设计的微力测量系统的灵敏度可达194.616μs/μN.

L3型二维平板光子晶体微腔品质因数优化

二维平板光子晶体微腔在垂直于平板方向上存在辐射损耗,使得微腔品质因数不够大,限制了其应用。结合光子晶体微腔损耗的傅里叶分析,采用调整腔模空间分布的方法,减少了波矢在辐射泄漏区域的分布,进而降低了腔损耗,实现了微腔品质因数的优化。针对L3型二维光晶体微腔的结构设计,对具体的L3型光子晶体微腔优化进行了数值仿真,仿真结果表明微腔品质因数得到了极大的提高,验证了光子晶体微腔品质因数优化方法的有效性。

空气间隙对金属—光子晶体微腔特性的影响

建立了金属反射薄膜与六角晶格光子晶体平板的微腔结构,利用时域有限差分法进行了腔的Q值、谐振波长、场强和辐射带宽的研究。结果显示,金和银形成的反射薄膜在保持腔内场分布不变的情况下,对光子晶体平板微腔的Q值可提高～100倍。同时,谐振波长随着空气间隙的增大而产生红移,而腔内谐振波长的辐射线宽可限制在～7nm。该结构可以为制备单模微型激光发射源的提供理论指导。

光子晶体微腔半导体激光器的研究进展

概述了光子晶体微腔半导体激光器的研究进展 ,从物理机理、数值模拟、以及工艺实现方法等方面作了详细的叙述 ,并对其在光子集成中的应用前景进行了展望。

基于侧边耦合一维光子晶体微腔的高分辨率光子温度计

针对线上耦合结构的高品质因数一维光子晶体微腔具有极低透射率的缺陷,提出研制一种具有高分辨率、高信噪比、高动态范围的侧边耦合一维光子晶体温度计。通过调制光子晶体单元结构的反射系数以及微腔和耦合波导之间的模场重叠,光子晶体器件的品质因数和透射率得到提高。制备得到的器件品质因数值、灵敏度、消光比和基模与二阶模之间的模式间隔分别为2.7×10^(4)、65.6 pm/℃、0.45和18.5 nm。采用扫频测量技术,该光子温度计具有mK量级分辨率和超过280℃的温度感应范围。

光子晶体微腔稀疏波分解复用器的设计与模拟

针对城域网与接入网对稀疏波分复用系统的应用需求,提出了一种基于光子晶体微腔的稀疏波分解复用器.利用平面波展开法计算了二维正方晶格圆柱形硅介质柱型光子晶体的带隙,在此基础上,引入五点缺陷构造了光子晶体微腔,并用时域有限差分法系统分析了微腔共振波长与缺陷介质柱半径及折射率的关系,理论上设计了一种符合ITU G.694.2标准的四信道解复用器.结合Rsoft软件的仿真分析,结果表明:五点缺陷微腔共振波长与缺陷介质柱半径呈非线性关系,与缺陷介质柱折射率差呈线性关系,解复用器四信道的中心波长接近目标波长,峰值半高全宽均小于5.7nm,串扰均在-15.66dB以下,输出谱相对强度均大于90%,输出功率均衡,为解复用器的深入研究提供了理论基础.

氮化镓基异质结构光子晶体微腔特性研究

本论文提出了氮化镓基有源体系的异质结构光子晶体谐振腔,以实现高品质因子和小模场体积的有源集成蓝光谐振。通过能带分析,明确了异质结构光子晶体谐振腔的工作机理。基于光子晶体的能带带边和带隙原理,实现了光子面内反馈、高品质因子谐振和面外垂直发射。基于时域有限差分方法,研究了核心区和包层区不同谐振腔参数下的谐振特性。讨论了微腔结构与谐振品质因子、腔损耗、谐振频率及模场体积等的影响关系。研究表明,通过异质结构可以有效地降低面内谐振损耗,实现了有源集成型蓝光波段的Purcell因子达到769,模场体积为0.7(λ/n)3。该研究为蓝光波段高Q/Vm谐振腔的设计开辟了道路,同时为具备优异谐振特性的异质结构光子晶体微腔的研究奠定了方法和理论基础。

紫外及深紫外光子晶体微腔特性研究

运用平面波展开法并结合有限时域差分法仿真计算了紫外及深紫外波段光子晶体微腔能带和品质特性.结果表明:四角晶格结构的光子晶体相应能带中的光子禁带宽度较窄,不利于形成对紫外波段光子的局域和限制;通过调控和改变二维光子晶体的晶格类型和晶格常量以及设计单一甚至多缺陷的晶格,所形成的局域电场明显增强.优化填充因子,获得了品质因数可高达6 107的多缺陷光子晶体微腔结构.

基于光子晶体微腔的OAM模产生和调控

光子可以同时具有自旋角动量和轨道角动量(orbital angular momentum,OAM),而OAM模在信息光学等领域中有着广泛的潜在应用。文章中利用二维平板光子晶体微腔的本征模和连续单色点光源之间的模式叠加来产生OAM模。通过调节点光源的位置,获得了拓扑荷为+1和-1的OAM模。这种基于光子晶体微腔的OAM模产生和调控机制,能够在不改变光子晶体微腔设计参数的情况下,仅通过改变光源的参数,就能产生不同的OAM模。

基于光子晶体双微腔间接耦合系统的模式分裂现象研究

该文设计并提出了一种由两个谐振腔和一个光波导组成的光子晶双微腔间接耦合系统,采用时域有限差分法和耦合模理论对系统中的模式分裂现象进行了全光模拟.研究结果表明,通过改变两个谐振腔之间谐振差和相位差可以对模式分裂现象进行调制,模式分裂的特性表明在共振处存在慢光特征的反常色散.同时讨论了系统结构不发生改变的情况下,谐振腔表面折射率改变对模式分裂的影响.

高下路空气孔型光子晶体环形谐振腔的设计

提出一种基于二维正方晶格光子晶体空气孔型高下路效率的环形谐振腔,通过压缩线缺陷波导的宽度实现单模有效控制,同时讨论内围光子晶体列数对传输场的影响,然后运用二维时域有限差分方法数值分析了耦合强度及环区局部折射率调制对下路效率、品质因子以及下路波长等参量的影响.结果表明:当波导宽度为0.7个晶格常量,耦合强度为0个晶格常量,在信道波长为1 528.1nm时,下路效率为99%,品质因子Q为379;当耦合强度提高到1个晶格常量,下路波长稍微漂移为1 524.3nm,品质因子显著提高到1 397,而下路效率下降为89%.同时,下路波长会随着环区折射率的增加呈线性红移.