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.

高非线性光子晶体光纤中超连续谱产生的特性研究

利用数值方法求解广义非线性薛定谔方程,数值模拟了光脉冲在高非线性光子晶体光纤正常色散区超连续谱产生的演化,研究和分析了脉冲参数如峰值功率、脉冲宽度及初始频率啁啾对超连续谱形成的影响。结果表明,当脉冲峰值功率一定时,随着传输距离增大,超连续谱随之愈宽,平坦度愈好;随着脉冲峰值功率逐渐增大,超连续谱随之更宽,平坦度有所劣化。相反,脉冲宽度逐渐增大,超连续谱展宽范围减小,其平坦度也逐渐劣化;具有适当的正负啁啾脉冲,在高非线性光子晶体光纤传输中获得了宽而平坦的超连续谱。

高非线性光子晶体光纤的研究及应用

文章介绍了高非线性光子晶体光纤的特点及产生高非线性特性的基本原理,分析了在高非线性光子晶体光纤中产生超连续光谱和慢光效应的机理和其应用,并给出了国内利用文章作者研制的高非线性光子晶体光纤进行超连续谱和慢光试验的结果。

基于一维非线性光子晶体结构的全光信号处理

考虑具有非线性层结构的一维光子晶体结构,应用非线性介质的传输矩阵算法,建立了电磁波传播特性的理论分析模型,得到了其电磁场的平面波解,给出了数值实现方案。研究表明,该方法可以精确地模拟一维非线性介质的传输行为,简洁有效地给出一维光子晶体的光学双稳态特性。

一维非线性光子晶体中电磁波传播的理论分析

考虑具有金属包层结构的一维非线性光子晶体,应用Maxwell经典电磁理论,建立了电磁波传播特性的理论分析模型,得到了其电磁场的全波解。根据电磁场在包层边界应满足的基本关系,建立了描述其带隙结构的特征方程,给出了特征方程迭代求解的算法描述,为电磁波传播特性数值仿真分析提供了理论基础。

高非线性光子晶体光纤中优化产生宽带紫外三次谐波

通过非线性光学频率转换技术产生不同频率的脉冲辐射是实现具有短波波长的激光光源的有效手段.近年来,光子晶体光纤技术的发展为解决传统的基于非线性晶体的频率转换系统面临的难以维护、转换效率低、不易推广等问题带来了新的解决思路.在频率转换研究领域中,紫外光波段的脉冲辐射产生一直以来都受到学者的广泛关注.国外已报道过利用超短脉冲抽运光子晶体光纤实现三次谐波产生,从而输出具有高灵敏度和高分辨率的窄带紫外脉冲辐射,但其紫外光转换效率较低,且光谱的可调谐能力有限,而这些缺陷恰恰可以由宽带紫外脉冲辐射的获得来改善.宽带紫外脉冲辐射的有效获得不仅意味着紫外光转换效率可大幅提高,并且若加以合适的滤波手段,还可获得内任意波长下的窄带宽的脉冲辐射,从而增加窄带紫外脉冲辐射的可调谐度,但目前相关报道较为有限.本文将中心波长为1035 nm,脉冲重复频率为50 MHz的飞秒激光耦合至一定长度的高非线性光子晶体光纤中,将其产生的拉曼自频移孤子作为三次谐波产生的抽运源,通过相位匹配作用,在深紫外波段产生高阶模式传导下的三次谐波.随后让超短脉冲以偏离光纤轴心一定角度入射,可进一步激发出具有更短波长的超高阶紫外光模式.通过激发多个邻近的超高阶紫外光模式,在一定连续范围内实现相位匹配,获得超高阶紫外光模式传输下紫外光转换效率为3.6%的宽带(32—360 nm)深紫外脉冲激光.实验结果与理论模拟结果相一致.

非线性光子晶体环型腔线缺陷波导的慢光特性研究

线性光子晶体中可获得较低的慢光速度是以牺牲带宽为代价的。本文通过在光子晶体圆环型腔内加入克尔型非线性材料,分别构建以三角晶格和正方晶格排列的非线性环型腔线缺陷波导,利用有限元法对其慢光特性进行了仿真模拟。结果表明:正方晶格具有更好的慢光效应,获得的最佳慢光群速度为0.0055c,在保证10-3c慢光条件下,可达到0.001的相对带宽;与线性光子晶体线缺陷耦合腔波导相比,带宽提高了两倍,实现了具有低群速度、高带宽特性的慢光效果,对进一步发展光子晶体的光缓存有着重要意义。

非线性光子晶体中腔场的平均光子数分布研究

考虑腔模与Mollow峰的中心峰共振的情况,通过解析稳态方程,讨论了处于非线性光子晶体微腔中的二能级原子在外加相干场的驱动下腔场平均光子数的分布情况。研究结果表明,当光子晶体的态密度很大时,腔场的平均光子数随着驱动场拉比频率的增加而增加,最终达到饱和。

飞秒激光制备非线性光子晶体研究进展

非线性光子晶体能够实现高效的非线性光学过程,其制备手段吸引了该领域研究者的高度关注。飞秒激光加工技术具有极高的精度、分辨率和灵活性,相比传统的非线性结构制备工艺具有独特的优势。总结归纳了利用飞秒激光加工技术构建非线性光子晶体的研究进展,并对涉及的准相位匹配原理进行了简要介绍。讨论了飞秒激光反转铁电畴和擦除非线性系数的加工机理,论述了这两种方式在多种维度非线性光子晶体加工方面的实验成果和应用。最后分析了目前飞秒激光加工非线性光子晶体所遇到的挑战,并展望了未来的发展前景。

高非线性光子晶体光纤中飞秒脉冲的传输特性和超连续谱产生机制的实验研究及模拟分析

用实验和数值模拟两种方法研究了高非线性光子晶体光纤中飞秒激光脉冲的传输特性和超连续谱的产生机理,给出了抽运脉冲在三种不同中心波长情况下输出光谱展宽并形成超连续谱的实际测量及理论模拟结果.研究表明:在零色散波长抽运时,光谱展宽以自相位调制为主,同时三阶色散的影响明显,传输脉冲在时域内出现振荡次峰.而在反常色散区抽运时,光谱展宽的初期以自相位调制为主,随后根据抽运功率的不同孤子自频移、高阶光孤子的裂变和四波混频效应会逐渐增强,进而成为光谱展宽的主要原因.与此相应,在时域中能明显看到孤子的形成和红移,飞秒传输脉冲内不再有振荡次峰产生.研究还发现,在零色散波长附近的反常色散区较零色散波长点更易产生四波混频效应.

基于高非线性光子晶体光纤Sagnac环形镜的全光开关

设计了一种新颖的、低开关功率的全光开关.将高非线性光子晶体光纤和双向抽运掺饵光纤放大器引入agnac环形镜内,破坏了环形镜的对称性,利用交叉相位调制作用使反向传输的两路信号光产生非线性相移,从而实现开关效应.理论分析表明:开关功率与放大器的增益倍数和光子晶体光纤非线性系数的积成反比,在实验中所得开关功率约40mW,消光比约为15.9dB,并且信号光透过率随脉冲控制光峰值功率呈余弦变化,实验结果与理论分析相吻合.

二维LiNbO_3非线性光子晶体

制备了周期为 13 6 4 μm方形格子二维周期性极化的LiNbO3,利用二阶准相位匹配实现了波长为 1 0 6 4 μm二倍频 ,二次谐波的内部转换效率高达 4 2 % .测量了二次谐波输出功率随晶体温度及入射光入射方向的变化 ,实验值与模拟计算一致 .制备二阶准相位匹配掩模板 ,解决了在制备一阶准相位匹配掩模板中遇到周期尺寸太小、数据量大的难题 ,同时还降低了因周期太小造成的极化难度 .

分形超晶格非线性光子晶体中的准相位匹配和切伦科夫辐射谐频

采用外加高压脉冲电场的方法制备了二维谢尔宾斯基分形超晶格结构铌酸锂(Li Nb O3)非线性光子晶体,对晶体中的准相位匹配和切伦科夫辐射谐频等光学特性进行了实验和理论研究。理论推导出了晶体中的准相位匹配倍频与不同阶次的倒易矢量间的对应关系,与实验结果吻合。对于同一个倒易矢量,可以实现两种波长的准相位匹配倍频。同时,实现了近红外波段的共线和非共线三倍频输出。理论计算出不同波长下的切伦科夫辐射倍频和三倍频的辐射角,与实验测量结果相吻合。在特定波长下,切伦科夫辐射谐频光环的辐射角存在最小值。同一个波长下,切伦科夫辐射三倍频的辐射角总是大于倍频的辐射角。

非线性光子晶体中的非线性衍射高阶次谐波

提出一种在非线性光子晶体中实现非线性衍射高阶次谐波的方案。基于观察到的多个锥形四次谐波,理论分析了实现五次谐波和六次谐波的可行性。当仅有一种激光光束入射到非线性光子晶体中时,可观察到红、绿和蓝锥形光的同时输出,这可为环形三基色、连续环形谐波以及环形白色光源的实现提供参考。其中,蓝色锥形光波可能源于有倒易矢量参与的级联五次非线性衍射谐波过程。同一基频波长下非线性切伦科夫五次谐波的辐射锥角均大于低阶次谐波的辐射角,且不同基频波长下的非线性切伦科夫五次谐波存在最小的辐射锥角。当入射基频波长为3319.5 nm时,五次谐波中e光的形成过程为非线性布拉格衍射,这可为六次非线性衍射谐波的产生提供有利条件。

10 fs超快聚苯乙烯非线性光子晶体全光开关

全光开关是进行快速光信息处理、全光集成的关键器件。自从1987年光子晶体提出之后，光子晶体全光开关吸引了很多研究者的兴趣。光子晶体具有光子带隙和光子局域的特征。Kerr非线性光子晶体在外界强抽运光的作用下，光子带边或者缺陷态会发生移动。此时，如果探测光的波长设置在带边或者缺陷态的位置，其透射率在抽运前后会发生显著的变化，从而实现光开关。如果抽运光为超快的飞秒脉冲激光，则带边或缺陷态的移动也随之快速移动，从而实现超快的光开关。

准晶非线性光子晶体中二次谐波波长和温度调谐的研究

在八重准周期极化的铌酸锂非线性光子晶体中,通过调节基频光波长实现了多个波长的同时共线准相位匹配倍频,最高转换效率达36%.同时,测量了准晶非线性光子晶体中二次谐波转换效率随晶体温度以及入射波长的变化,结果表明二次谐波在长波处具有更宽的温度以及波长调谐带宽.该项研究对于准周期非线性光子晶体在实际工作中的运用具有重要的指导意义.

非线性线缺陷光子晶体波导的宽带慢光效应

采用克尔型非线性材料为光子晶体的介质柱,构建线缺陷耦合腔波导。利用非线性有限时域差分法(NL-FDTD)进行模拟仿真,并获得最佳宽带慢光效果。当群速度达到10-2数量级时,带宽为0.0920,比线性光子晶体耦合腔波导慢光带宽提高五倍,而且群速度色散降低两个数量级,实现了低群速度下更宽带宽和更低色散的慢光波导。

基于光子晶体光纤和飞秒激光源的近红外波段宽带孤子和可见区高效色散波产生的实验

将钛宝石激光器产生的飞秒激光脉冲泵浦实验室自制的高非线性双折射光子晶体光纤,脉冲的中心波长为820 nm,位于光子晶体光纤的接近于零色散的反常色散区.实验结果表明:随着泵浦功率的增加,一阶孤子的中心波长发生了红移,同时产生的色散波的中心波长则发生蓝移进入可见光区.当泵浦功率达到0.45 W时,色散波与残余泵浦的输出功率比为42.67,色散波的带宽达到81 nm,而处于近红外波段的红移孤子带宽可达231 nm.利用高非线性光子晶体光纤产生近红外波段宽带孤子和可见区高效色敬波的实验对飞秒激光频率转换和光谱展宽具有很好的借鉴意义.

基于光子晶体光纤的多波长环形激光器

研制一种稳定多波长输出的光子晶体光纤环形激光器.以高性能掺铒光子晶体光纤作为增益介质,通过高非线性光子晶体光纤的四波混频效应以及精确控制偏振控制器,有效抑制均匀加宽增益介质掺铒光纤的模式竞争,在室温下实现稳定的多波长激光输出.双波长激光输出峰分别位于1 554.49和1 559.48 nm,其功率波动最大值小于1.1 dB.三波长激光输出峰分别位于1 555.04、1 557.32和1 559.59nm,其功率波动最大值小于1.6 dB,且波长间隔等间距,均为2.26 nm.

基于高非线性PCF光纤交叉相位调制的波长转换

设计了一种新型的高非线性低损耗光子晶体光纤(PCF),在1.55μm处可获得35.78W-1·km-1的高非线性系数,损耗为2.5dB/km。提出了一种基于高非线性光子晶体光纤交叉相位调制的波长转换系统,当泵浦光波长为1 565nm、功率为0dBm,信号光波长为1 545nm、功率为10dBm,滤波器波长为1 565.2nm、带宽为0.1nm时,得到最佳的波长转换效应。