一维金属-介质光子晶体光谱特性研究

采用干涉矩阵方法对一维金属-介质光子晶体的光谱结构进行了研究。结果表明介质材料的厚度、折射率以及金属材料折射率的虚部对光子晶体光谱的影响可以采用驻波理论较好解释。当金属材料的厚度大于其趋肤深度时,厚度的增加会导致光子晶体的透射率和吸收率均降低,但对光子晶体透射和吸收峰的位置没有影响。

多频谱兼容隐身材料研究进展

多频谱兼容隐身材料具有明确的研究和应用背景。综述了国内外在红外及雷达兼容隐身材料、红外及可见光兼容隐身材料、红外与激光兼容隐身材料等多频谱兼容隐身材料技术的发展以及多频谱兼容隐身材料在热点领域如光子晶体、掺杂氧化物半导体等所取得的研究成果和进展,指出今后的多频谱隐身材料发展的方向和重点。

一种基于空芯光子晶体光纤的气体检测装置研究

光谱分析技术在大气污染检测领域具有广泛的应用前景。文章从吸收光谱的测量原理出发,提出一种基于空芯光子晶体光纤的气体检测装置实验方案,通过对不同浓度的甲醇和三氯乙烯样品进行测量,并根据3标准对测量结果进行分析,发现系统对甲醇和三氯乙烯的检测灵敏度可以达到ppmv量级。

石英光子晶体光纤中高功率中红外超连续谱的产生

非石英光纤在产生大功率超连续谱方面存在难以克服的局限性。本文首次报道了采用石英光纤产生大功率中红外超连续谱。精心设计光纤结构使色散有利于超连续谱向中红外波段展宽,同时保证相对较大的芯径以承受较高的泵浦功率。合理选择光纤长度,在保证光谱展宽到3.4μm的情况下使光纤损耗的影响降低到最小限度。研究表明,在1.95μm皮秒脉冲泵浦下,采用色散适宜的石英光子晶体光纤可以产生20d B带宽覆盖1 550~3 420 nm的超连续谱。超连续谱的平均功率可达56.6 W。

光子晶体光纤CO_2气体传感器的研究

为了能高灵敏度地检测CO_2气体的体积分数,基于红外光谱吸收原理,设计了一种以9m长的空芯光子晶体光纤作为传感单元的CO_2气体传感器。利用该传感器测量了不同体积分数的CO_2在同一吸收波长下的吸收光谱图。结果表明,气体的吸收光强和气体的体积分数之间呈线性变化,与比尔-朗伯定律一致;传感器的灵敏度可达4.389×10^(-5)W。可通过加长光子晶体光纤的长度,来增加气体吸收的有效距离,使传感系统获得较高灵敏度。

光子晶体对硝酸钠红外吸收特性的影响

制备了周期为10μm、孔径7.8μm左右的二维金属镍（Ni）光子晶体（正方形晶格）,并通过电镀方法增加Ni膜的厚度至约3μm,考察了光子晶体的红外特性及其对水溶液中硝酸根（NO-3）红外吸收特性的影响。实验结果表明,当光垂直入射光子晶体时,在1 450cm-1附近出现透射峰,该透射峰正好处于水溶液中NO-3的反对称伸缩振动频率范围（1 300-1 500cm-1）;经过光子晶体对红外光的调制,1 300-1 500cm-1处的红外光透射率与NO-3的反对称伸缩振动的红外吸收强度变化趋势基本一致,表明光子晶体对红外光强度的调制可以改变水溶液中NO-3的红外吸收强度。

片上中红外铟镓砷悬浮波导气体传感器

为研究中红外波段的片上波导传感性能,针对2172.75 cm-1处的一氧化碳吸收线,提出基于InGaAs-InP平台的悬浮光子晶体波导传感器和悬浮脊形波导传感器。基于朗伯—比尔定律,通过Rsoft和COMSOL软件设计波导结构,优化了光子晶体波导的晶格常数、孔半径、中心孔半径和脊形波导的脊宽、条宽、脊高和条高。仿真结果表明,光子晶体波导和脊形波导的功率限制因子分别为250.69%和115.65%。对两种传感器进行计算和性能评估,得到两种传感器的传输损耗分别为27.5 dB/cm和3 dB/cm,最佳波导长度分别为72μm和162μm。设定探测器最小可检测信噪比为10,得到两种传感器的最小可检测气体浓度分别为9.13×10-6和8.51×10-6。讨论了波导传输损耗对传感器性能的影响,若能有效降低波导损耗,可进一步降低最小可检测气体浓度。对比两种传感器,光子晶体波导具有更大的功率限制因子,脊形波导具有低传输损耗和横磁模兼容性的优点。

基于空芯带隙型光子晶体光纤的单端置入式同源甲烷检测仪

为了提高复杂环境中甲烷气体探测的适用性,选择空芯带隙型光子晶体光纤(单端镀全反膜)作为光学气室,实现了置入式同源甲烷浓度的探测。采用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术,结合长度为0.5 m的空芯带隙型光子晶体光纤,实现了甲烷气体的在线测量,系统的检测下限可达到1.92×10^-5,稳定性波动小于±2.18%。单端全反射设计配合同源探测方式使复杂环境中的甲烷浓度的置入式探测成为可能,为单光源分布式探测提供了研究基础。

四光束干涉单次曝光构造含平面缺陷三维周期性微纳结构

本文使用多光束干涉方法构造三维周期性微纳结构.通过多次匀胶与单次曝光结合,在负光刻胶SU8上刻蚀出含平面缺陷的类金刚石结构(fcc-like)光子晶体.扫描电子显微镜(SEM)观测显示,相比无缺陷光子晶体结构,该结构在(111)晶面上存在清晰可见的平面缺陷.通过控制匀胶时的转速,可以精确控制平面缺陷厚度在适合的范围.傅里叶红外反射光谱测试显示完整周期微纳结构在(111)方向上有明显的特征峰,两个特征反射峰中心波长接近1.2μm和2.4μm.含缺陷的结构则在反射光谱特征峰中掺入了明显的凹陷,并且随着平面缺陷的厚度增大,缺陷模从处于2.4μm禁带移至1.2μm禁带处.提取SEM图中的结构参数,用FDTD方法模拟分析,发现模拟结果与实验值基本一致,证明了平面缺陷不但存在,而且面积较大.