基于微腔和光学Tamm态耦合的全光二极管

为了实现全光二极管的功能设计,采用1维光子晶体非线性微腔,在1维光子晶体两端设置不同厚度的金属薄膜,并运用非线性传输矩阵方法研究了该结构的传输属性。结果表明,两个非对称光学Tamm态和非线性微腔的耦合结构呈现双稳态,且滞回线的位置与入射方向有关,具有全光二极管功能;光二极管的性能依赖于微腔厚度和两个金属薄膜的厚度比。该设计为全光二极管的性能优化提供了参考。

基于六角格子光子晶体波导的高效全光二极管设计

提出了一种基于六角格子光子晶体波导微腔和Fabry-Perot(FP)腔非对称耦合的全光二极管结构,它由一个包含非线性Kerr介质的高Q值微腔与一个光子晶体波导中的FP腔组成.通过有限时域差分方法对其传输特性进行了仿真,发现通过两腔的非对称耦合可以实现在特定光强度下的正向传输、反向截止的功能.在靠近微腔方向光入射时,特定强度的光可以激发非线性微腔的Kerr效应,改变了Fano腔的共振频率,从而变成透射状态.而远离微腔方向光入射,由于这个不对称的结构造成场局域的分布不对称,激发微腔Kerr效应的光强还不够,所以光不能透射.所设计的全光二极管结构具有良好的性能参数:最大透射率高和高透射比、光强阈值低和易于集成等.

基于SPPs-CDEW混合模式的亚波长单缝多凹槽结构全光二极管

全光二极管是集成光子回路上最基本的光子器件,如何有效增强全光二极管的单向透射性,提高消光比一直是学者们研究的重点.当前,利用表面等离极化激元(surface plasmon polaritons,SPPs)和复合衍射衰逝波(composite diffracted evanescent wave,CDEW)的亚波长金属微纳结构构建全光二极管器件还鲜有研究.因此,开发出一种可调制的全光二极管,对未来制备复杂的光子回路具有重要意义.本文提出了一种基于SPPs-CDEW混合模式设计全光二极管的方法和结构,该结构结合纳米缝中的类法布里-珀罗共振效应,利用结构参数对SPPs进行调控,实现了光束单向透过的功能.首先,利用理论推导和有限元算法分析了单缝-对称双凹槽纳米结构的透射增强现象,提出了透射增强和削弱的物理机理.其次,计算出规约化透射率随单狭缝和凹槽对之间距离变化的远场透射谱,给出的理论和数值计算结果符合得很好.最后,通过此透射谱精确确定凹槽的位置和数量,得出上表面对称分布五对增强透射凹槽、下表面六对抑制透射凹槽的最优全光二极管结构,有效增强了全光二极管的单向透射性,提高了消光比,最大消光比可以达到38.3 dB,即正向透射率是反向透射率的6761倍,比已有文献提高了14.6 dB,并在850 nm左右有70 nm宽的工作波长带宽(>20 dB).本文提出的光二极管结构简单,宽带宽工作,易于集成,耦合效率高,研究结果对光学信号传输、集成光回路、超分辨率光刻等相关领域具有潜在的应用价值.

基于级联非线性微腔的全光二极管研究

全光二极管是未来光通信和光计算中的关键器件之一.文中通过仿真实验,利用时域有限差分法研究了一种新型非线性光子晶体全光二极管的非互易光传输特性,提出通过利用两个超短脉冲泵浦对光子晶体直接耦合微腔与侧边耦合微腔分别进行泵浦,以对两个微腔的非线性光学双稳态进行精确调控,从而在较宽的工作带宽内(0.44 nm,是已报道的数十倍)实现信号光的单向高透射率(可达90%),同时可获得较高的正反向传输对比度(超过80).

基于光子晶体的全光二极管单向透射特性分析

采用时域有限差分技术,分析非线性光子晶体点缺陷不对称结构的单向透射特性.研究发现:当光波从两个不同方向入射,耦合进入缺陷的电场能量不同,入射波存在单向透射特性,从而透射率在跳跃点处的阈值功率不同;此外,入射波在跳跃点处的最大透射率值与入射方向无关.进一步采用耦合模理论验证所得结果,所得结论与数值模拟结果一致.当光波从这种不对称的点缺陷结构两端入射时,所得透射对比度存在一个上限.

基于自相位调制效应的硅基中红外全光二极管

信号单向导通器件是集成光学中一种重要的基本元件,而中红外波段在空间遥感,光谱分析等领域都有极其重要的应用.本文提出了一种由两个硅基微环谐振腔构成,基于自相位调制效应的硅基中红外全光二极管,并利用数值模拟的方法进行了分析.结果表明,在输入光强为0.5mW到20mW之间时,其非互易导通率可以大于20dB,且正向透过时损耗小于10dB.此外,本文还讨论了环形谐振腔中的线性吸收率,以及双稳态效应对结果的影响.

非线性光子晶体的单向透射性

利用非线性时域有限差分方法(FDTD)对光从某些一维缺陷层掺杂克尔非线性介质的四分之一波长光子晶体的正反两个不同方向入射时对应的一般透射特性进行了数值分析.计算表明:一定频率范围及一定光强范围的光从非线性光子晶体的正向入射时,透射率是其从非线性光子晶体相反方向入射时的数倍,具有单向透射性,表现为全光二极管的行为.进一步对交替介质层由空气和金红石(Ti O2)组成而非线性缺陷层由聚合物(polydiacetykene 9-BCMU)组成的光子晶体模型的透射特性进行了数值分析.在某一频率和强度附近,该模型的正向透射率是反向的6倍左右,表明其可作为一种全光二极管使用.

光子晶体耦合缺陷的透射特性研究

研究了光子晶体非线性点缺陷耦合结构的非对称透射特性.研究目的是如何提高透射率对比度.采用耦合模理论展开分析并运用基于时域有限差分技术的数值模拟验证其结果.理论分析发现,单向透射行为取决于结构的不对称和介质的非线性.因结构的不对称、光能量耦合进缺陷的程度与入射方向有关,导致透射率有差异.增加光波频率失谐δ的数值,则透射率对比度增强.当两个点缺陷耦合后,进一步提高了透射率对比度.数值模拟所得结果与理论分析一致.该结论为全光二极管的设计提供了理论依据.

基础研究

美国:粒子研究取得进展,宇宙探秘不断深入美国科学家在粒子研究领域不断取得新进展。他们不仅开始着手重测μ介子磁性,还发现了亚原子准粒子'奇子'可能存在的证据;不仅首次精确识别出特定能量的缪子中微子,还首次发现了宇宙高能中微子的来源。科学家对基本物理常数——精细结构常数的精确测量,将有助于粒子物理学标准模型的完善;而中子'暗衰变'理论(中子会衰变成暗物质粒子)的提出若被证实,将为中子寿命为何'测不准'找到答案。

美国开发出＂大脑芯片＂人造突触

日前,美国麻省理工学院的工程师设计了一种人造突触,能够精确地控制流过它的电流强度,类似于离子在神经元之间流动的方式,并已利用硅锗制成人造突触芯片。该芯片及其突触在模拟研究中可用于识别手写样本,准确率高达95%,标志着人类向便携式,低功耗神经形态芯片迈出了重要一步。

打破光子晶体非线性Fano腔结构对称性实现单向传输

设计了一种基于二维光子晶体波导旁侧Fano微腔的全光二极管结构,实现光的单向传输。其关键技术是在光子晶体波导中采用简单反射层打破Fano微腔结构上的空间对称性,使得反射层两侧波导与微腔耦合效率不对称。两侧波导入射光激发微腔非线性克尔材料所需的光强阈值不同,从而实现单向导通功能。通过有限时域差分(FDTD)方法对其传输特性和性能进行了数值仿真和分析,研究发现:该结构在较低的光强阈值下可以实现正向导通、反向截止的全光二极管效果;该结构具有超快的响应时间,达到皮秒量级;该结构具有较高的最大透射率(达到90%)和较高的正反透射比。基于光子晶体结构的设计使得该器件可以具有很好的工作波长可调特性,并易于在目前半导体工艺基础上进行制作以及与其他器件集成。