基于色散调控氟碲酸盐玻璃光纤的O-U波段平坦光频梳产生

光学频率梳(简称光频梳)作为一种优秀的多波长光源在通信领域具有巨大的应用潜力。通过将光频梳光源与波分复用技术(WDM)、空分复用技术结合(SDM),通信系统可以具有百Tbit/s量级的传输速率,在5G/6G通信、物联网、自动驾驶等方面具有重要的应用价值。目前实现光频梳的方法主要有以下四种,分别为基于锁模激光器产生飞秒光频梳、基于光学微腔产生光频梳、基于电光调制器产生光频梳以及基于行波四波混频产生光频梳。它们各具特点,但均很难同时实现宽光谱、高信噪比、高平坦度、高的单梳齿功率以及梳齿频率间隔大范围可调,这在一定程度上影响了光频梳在光通信领域的应用。本文提出基于受激布里渊激光腔产生种子梳,采用腔外负色散光纤进行脉冲压缩,进一步利用色散调控的高非线性氟碲酸盐光纤进行扩谱,从而实现光频梳产生。数值计算结果表明,通过该系统,我们可以得到重复频率大范围可调、光谱覆盖整个O-U波段且在O-U波段梳齿强度标准差小于5 dB的平坦光频梳,证明了通过基于布里渊激光腔与色散调控高非线性氟碲酸盐光纤的光学系统产生可用于光通信的平坦光频梳的可行性。

电磁超构材料色散调控研究进展

超构材料通常由亚波长的周期性谐振单元组成,具有自然材料所不具备的超常电磁特性,为操控电磁波提供了全新的技术途径。色散是材料的固有属性,调节亚波长结构的电磁共振可以实现奇异的色散特性,从而突破传统定律限制,实现对电磁波的任意操控,由此产生了一系列全新的应用,如超分辨成像/光刻、高效电磁吸收/辐射、平面光子器件等。本文总结了超构材料中色散调控的基本理论和几种典型方法,介绍了其在相关领域的应用,并对超构材料的发展前景作出展望。

基于氟化镁晶体微腔产生宽光谱范围克尔光频梳及色散调控研究

为了在基于回音壁模式光学微腔的光学频率梳生成中优化微腔的性能和光频梳的质量,对氟化镁晶体微腔的色散调控进行研究。首先,理论仿真研究了MgF_(2)晶体微腔边缘形状对腔内模场和总色散的影响;接着根据仿真结果实际加工了两种面形的MgF_(2)晶体微腔,分别为边缘平面型和单边楔形;然后,搭建了微腔性能检测系统和晶体微腔光梳生成系统,实测加工出的MgF_(2)晶体微腔样品的品质因子(Q值)最高可达1.1×10^(8);最后在加工的两种面形晶体腔中均有效激发了超过200 nm的宽光谱范围的克尔光频梳。实验结果验证了边缘楔形的微腔结构确实能够有效压缩模场并调控总色散,相比于边缘平面型的微腔能够产生更宽光谱范围的光梳。

超宽带高阈值色散调控超快激光薄膜研究进展(特邀)

超强超短激光、阿秒激光在前沿基础科学、生命医学、国民经济等领域具有巨大的应用价值,也是当前国际科技竞争的重大前沿领域。超快激光薄膜作为激光系统中光束方向控制、色散调控的关键元件,其反射率、带宽、色散控制以及抗激光损伤能力等综合性能是制约超快激光脉冲输出的关键因素,一直以来都是激光薄膜领域的研究热点。从理论设计、精密制备、损伤特性以及系统应用等方面详细综述超快激光薄膜的研究进展,并简要展望超快激光薄膜的发展趋势。

基于色散调制的硒化砷条型波导的超连续谱产生

研究了基于色散调制硒化砷条型波导超连续谱的产生,通过调整波导结构参数,使零色散点转移到通信波长附近,在1.55μm波长处获得反常色散。波导长度为10 mm,波导横截面面积为500 nm×800nm,获得1.55μm波长处的非线性系数为48.754W^(-1)·m^(-1)。利用脉宽为579fs、重复频率为50 MHz、峰值功率为70 W的光纤激光脉冲在波导中产生了带宽600 nm的超连续谱。研究结果提供了一种使用常见激光泵浦平面波导实现集成片上超连续光源的途径。

基于氮化硅微腔的2μm波段孤子光梳研究

本文研究了氮化硅微腔在2μm波段的光学频率梳产生。通过几何设计对氮化硅波导进行色散调控,选取合适的总线波导尺寸,从热吸收理论出发,讨论氮化硅微腔不同调制频率下的热折射噪声。以非线性薛定谔方程为基础模型,研究不同色散作用下的腔体演变过程。数值结果表明,氮化硅在2μm波段能够更清晰地观察系统的滞后状态转变,即系统向稳定域转变过程的弛豫振荡现象,同时在高阶色散的作用下,腔体能够更快地向稳态孤子转变,这为研究呼吸孤子提供了方案。

可实现宽带吸波稳定性提升的新型电阻等离子吸波结构

电阻型吸波结构具有优异的宽带电磁吸波性能,但电阻片方阻值对吸波结构宽带电磁吸波性能影响较大,且在样品制备过程中较难精确控制。本文通过在电阻型吸波结构表面加载周期性人工等离子结构,利用宽频带内激发的多重等离子谐振,实现高效宽带色散调控,进而获得电阻型吸波材料表面局域场增强效应,提升宽带电磁吸波的稳定性。仿真与试验结果表明,当电阻片方阻值在100~250Ω/sq内变化时,该电阻型等离子吸波结构在7.8~40.0 GHz频段内的吸收效率高于90%以上,具有连续宽带电磁吸波能力。该设计方案提供了一种加载人工等离子结构用于强化吸波超材料综合性能的设计思路,对复合型吸波超材料设计具有一定的启发。

基于双频泵浦正常色散富硅氮化硅微环谐振腔的光频率梳设计

提出一种利用锁相双频激光作为泵浦源输入正常色散富硅氮化硅微环谐振腔产生光频率梳的方案。对富硅氮化硅微环谐振腔进行色散调控,实现1550 nm波段平坦正常色散优化设计。利用LLE(Lugiato Lefever equation)方程进行光频率梳产生仿真,分析改变泵浦失谐时光频率梳产生的时域和频域演化过程。同时,探究各项参数对光频率梳产生的影响,包括泵浦功率、双频激光功率占比、微腔波导损耗、微腔色散、双频激光频率间隔。仿真实现的光频率梳带宽可覆盖1520 nm到1580 nm。

基于回音壁微腔的可见光波段光频梳研究进展(特邀)

基于光学微腔的光频梳具有阈值低、光谱宽及结构紧凑等特点,在精密测量与传感等领域具有重要的应用前景,因此近年来微腔光频梳成为国际研究热点。目前相关的研究都聚焦于红外波段锁模光频梳的产生原理和应用探索,虽然可见光波段的光频梳在精密光谱、原子钟及生物医学等领域有特殊应用价值,但是可见光频梳的实现极具挑战性。文中在简要阐述光频梳产生原理的基础上,介绍了在可见光波段实现光频梳的主要挑战,以及目前三种实现方案的研究进展,包括利用材料的二阶与三阶非线性效应、调节微腔的几何色散和模式强耦合效应调控色散来产生可见光频梳。

微纳光纤及其锁模激光应用

微纳光纤是一种直径接近或小于传输光波长的纤维波导,由于纤芯和包层折射率差较大,具有强光场约束、强倏逝场、低损耗、反常波导色散、表面均匀性好和机械性能高等特性。近年来,以纳米材料作为饱和吸收体的被动锁模激光器成为超短脉冲激光技术方向的研究热点。得益于微纳光纤的强光场约束能力及大比例倏逝场,纳米材料与微纳光纤的复合结构能显著增强光与物质的相互作用,进而降低该复合结构的饱和吸收阈值,为超短脉冲产生和非线性动力学等研究提供一个新颖而灵活的平台。同时,微纳光纤因具有反常波导色散、光谱滤波、饱和吸收和偏振敏感等特性,在激光器的色散调控、偏振锁模等方面获得应用。介绍了微纳光纤的制备和特性以及在锁模激光方面的典型应用和相关技术的最新进展,并就未来的发展方向进行了展望。

Graphene-based thermal modulators

The quest for materials and devices that are capable of controlling heat flux continues to fuel research on thermal controlling devices. In this letter, using molecular dynamics simulations, we demonstrate that a partially clamped singlelayer graphene can serve as a thermal modulator. The mismatch in phonon dispersion between the unclamped and clamped graphene sections results in phonon interface scattering, and the strength of interface scattering is tunable by controlling the clamp-graphene distance via applying the external pressure. Owing to the ultra-thin structure of graphene and its highly sensitive phonon dispersion to external physical interaction, the modulation efficiency--which is defined as the ratio of the highest to lowest heat flux-can reach as high as 150% at a moderate pressure of 50 GPa. This modulation efficiency can be further enhanced by arranging a number of clamps in series along the direction of the heat flux.