基于耦合开口方环共振空腔的可控法诺共振研究

基于表面等离子激元理论与金属-介质-金属波导结构提出一个由开口方环共振空腔、挡板及MIM波导组成的波导结构,并使用有限元方法系统地研究了该结构的透射特性.仿真计算结果表明:该结构可以产生法诺共振现象,其共振波长可以通过改变开口方环空腔的长度及开口大小进行调节,该结构敏感度可达1 600nm/RIU,品质因数为1.31×10~5.此外,通过调整方环共振空腔上开口的位置,在波导中产生了双重法诺共振现象,其敏感度可达1 700nm/RIU,品质因数为8.3×10~4.该结构有望在光学集成回路,尤其是纳米生物传感器方面得到比较广泛的应用.

快速数值差分递推改进算法在超宽连续谱模拟中的应用研究

对快速数值差分递推公式进行了改进,使之能够求解带有脉冲自陡峭项和脉冲内喇曼散射项的非线性薛定谔方程.通过与传统孤子解析结果及分步傅里叶方法数值结果的对比分析表明,快速数值差分递推改进算法是一种快速而准确的数值计算方法,它不仅能够同步考虑光学媒质中的群速色散作用和非线性克尔作用,而且将所有高阶非线性项对光脉冲传输的影响也考虑了进去.运用该算法模拟了由于光纤非线性效应和群速色散效应共同作用所产生的超宽连续谱现象,为光学媒质中一系列非线性现象的模拟提供了新的研究思路.

分子动力学模拟研究外电场对咪唑类离子液体振动谱的影响（英文）

本文利用分子动力学模拟研究了外电场对咪唑类离子液体1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(EMIMPF6)从0到4000cm^(-1)范围内振动谱的影响。研究结果表明,在没有外电场时利用分子动力学模拟计算得到的从400到4000 cm^(-1)的振动带可以重现实验测得的谱。当外电场从0到9 V?nm^(-1)变化时,在50.0和199.8 cm^(-1)处的振动带强度持续增强然后趋于饱和,而从400到4000 cm^(-1)的振动带强度明显减弱并最终消失。此外,在外电场从0变到2 V?nm^(-1)时,50.0 cm^(-1)的振动带红移了16.7 cm^(-1),然后当外电场变化到3 V?nm^(-1)及更大时,该振动带红移增大到33.3 cm^(-1)。在外电场从0变到3 V?nm^(-1)时,3396.6 cm^(-1)的振动带红移大约16.7 cm^(-1),然后当外电场增大到4 V?nm^(-1)甚至更大时,该振动带红移33.3 cm^(-1),但是从0到4000 cm^(-1)的其他振动带的位置几乎没有变化。基于对模拟结果和先前报道文献的进一步分析,对于50.0 cm^(-1)的振动带,增加的外电场增强了阳离子和阴离子之间的极性使阳离子和阴离子间的偶极矩增大,因此该振动带的强度不断增大然后达到饱和。对于199.8 cm^(-1)的振动带增加的外电场增强了乙基链的扭转,使该振动带的强度增大并达到饱和。对于从400到4000 cm^(-1)的其他振动带,增加的外电场使EMIMPF_6中的阳离子和阴离子的取向更一致,并且可以推测这种更一致的取向可能会削弱振动带的强度甚至使它们消失。50.0 cm^(-1)处振动带的红移可能是由于外电场破坏了EMIMPF_6内部的静电场分布进而减弱了阳离子和阴离子间的相互作用。3396.6 cm^(-1)处振动带的红移可归功于外电场减弱了氮原子与阳离子咪唑环上酸性氢原子间形成的氢键的拉伸振动。对于其他的振动带,由于官能团固有的拉伸、弯曲、转动振动不受外电场的影响,外电场没有改变振动带的位置。

快速数值差分递推算法在偏振模色散作用下光脉冲传输中的应用研究

利用快速数值差分递推算法对非线性薛定谔方程进行推导分析,得到一个同时考虑群速色散效应、非线性效应以及偏振模色散效应的时域快速数值差分递推关系,并将该方法应用于研究偏振模色散作用下的光脉冲传输,得到的计算结果分别与解析结果和传统的分步傅里叶算法所得结果进行对比,表明这种快速数值差分递推算法拥有很高的计算准确度,并且物理模型更加合理,完全适合分析计算偏振模色散作用下的光脉冲传输问题.利用该方法研究了光脉冲的畸变以及脉冲展宽问题,获得的计算结果为光纤传输系统的设计提供了参考.

基于六角形晶格的光子晶体零折射率特性及其光学应用研究

运用色散特性分析的方法,在六角形晶格光子晶体能带结构的布里渊区中心找到了狄拉克点,用等效媒质理论验证了在这一点上光子晶体的等效介电常量和等效磁导率同时为零,即存在狄拉克频点,用此六角形晶格光子晶体可以实现零折射率材料.随后运用有限元数值仿真方法,研究了此六角形晶格结构在狄拉克频点及其附近所呈现的零折射率特性.将此种六角形晶格光子晶体经过合理设计用以制作凹透镜,发现可以实现远场的亚波长聚焦.此外在凹透镜的入射面处引入防反射结构可以在一定程度上增强聚焦效果,提高了系统的分辨率.

基于洛伦兹函数微扰的磁光光纤布喇格光栅线性透射谱和非线性双稳特性研究

基于非线性耦合模理论,利用逆向递推龙格-库塔法,数值研究了在磁光耦合系数中引入洛伦兹函数微扰后对磁光光纤布喇格光栅线性透射谱和非线性双稳特性的影响.研究结果表明:给磁光耦合系数引入洛伦兹微扰能在线性透射谱阻带中打开线宽极窄的一个透射窗口,微扰宽度和微扰中心位置可以影响透射窗口的位置、宽度以及峰值大小;当微扰宽度和微扰中心位置发生变化时,光栅的双稳特性表现出明显的差异,合理地选择微扰参量可以实现对其双稳特性的优化.

电润湿离子液体变焦透镜

利用电润湿原理设计并实现了基于离子液体的变焦液体透镜。该透镜的聚焦电压与所使用的离子液体折光率直接相关,折光率越高,达到相同焦距所需的电压也越大。在相同情况下,与传统的盐水溶液变焦透镜相比,离子液体变焦透镜实现聚焦所需的电压更低。离子液体变焦透镜可以适应外界温度的剧烈变化,在高温条件下(>80℃)仍可正常运转,且其性能甚至更优。该透镜的变焦范围可从5cm至无穷远,而其能耗只有毫瓦量级。离子液体在红外区透光性良好,使得离子液体变焦透镜在红外成像上有广阔的应用前景。

基于表面等离子激元的口径耦合多功能非对称半圆腔滤波器设计

采用口径耦合的方法构造了一种金属-介质-金属非对称结构滤波器,由两个半圆腔通过两个矩形口径与波导管相连形成.运用有限元法仿真计算获得了该结构的磁场、透射谱、带宽及边沿陡峭度分布曲线.研究结果表明,通过调节结构参数,滤波器的透射曲线出现明显的红移或蓝移现象,且曲线分布平滑,其通带透射比高达0.95,阻带则具有平坦特性且透射比低至0.001,通带、阻带均具有较宽的带宽.对滤波器进行结构参数优化,可以实现类似矩形滤波器的特性,在光通信波段的三个通信窗口能够实现通道选择的滤波功能.该滤波器在微纳光学器件集成尤其是光通信系统中有良好的应用前景.

基于耦合T型空腔的多重法诺共振现象

提出由T型空腔和挡板组成的两种金属一电介质一金属（MIM）波导结构，分别为：正T型空腔结构和倒T型空腔结构，并应用有限元法系统地研究了该结构的透射特性．对于正T型空腔结构，仿真结果出现了双重法诺共振现象，并且共振波长可以通过改变T型空腔长度和高度进行调节．该结构有助于设计成敏感度达到1620nm／RIU、品质因数为5．4×10^4的纳米传感器．对于倒置T型空腔，在波导中产生了多重法诺共振现象，其敏感度可达1560nm／RIU，品质因数为9．37×10^4．该结构有望在光学集成回路，特别是纳米传感器、光束分路器方面具有广泛应用．

基于SPPs的方形凹环结构MIM滤波器设计

基于表面等离子体波的传播特性提出了一种由方形凹环与波导管耦合而成的MIM结构滤波器,运用有限元法数值计算获得了该滤波结构的磁场分布、透射谱和共振波长分布曲线.研究结果表明,其阻带透射率最小透射比可低至0.01,通带最大透射比则高达0.96,并且顶部分布平滑.在增大滤波器波导结构参数I、H时,相应的透射谱线会有明显的红移,且不同模式阻带的透射比也会随之改变,此外共振波长与结构参数的变化呈现线性关系.在增大结构参数D时,模式1的透射率从之前的0.63增加到0.80,模式1最终消失,其余模式几乎不变,同时共振波长分布与参数D的变化无关.通过结构参数的优化,可以使波导结构的品质因数从14.82提升到17.07,通频带亦有所增加.该MIM结构滤波器具有封装尺寸小、多模式、阻带较窄、通带平滑、良好的品质因数以及可调节性,在微纳集成光学器件尤其是波分复用系统中有着良好的应用前景.

一种对称混合长程表面等离子激元波导传输特性研究(英文)

提出一种新颖的对称混合长程表面等离子激元波导结构并对其进行了数值分析。结果表明在传播长度与模式限制两个特性之间实现了很好的平衡。在通信波长1550nm处,利用有限元数值仿真方法分析了该结构在不同介质尺寸下基模的有效折射率、模式宽度、传播长度和品质因数。计算结果表明:对称混合长程表面等离子激元波导的传播长度及传播长度最大值点的品质因数都有明显的提高。鉴于这些优点,该对称混合长程表面等离子激元波导在实现高性能、高密度的光子集成电路方面具有一定的潜在用途。

光脉冲传输模拟的快速数值差分递推算法及其应用研究

利用零邻域的马克劳林展开对归一化非线性薛定谔方程的频域差分形式进行分析,得出一个能够同时考虑光学媒质的色散作用以及非线性克尔作用的时域快速数值差分递推公式.选取若干算例,将运用该公式的数值计算结果与已知的解析结果和传统分步傅里叶方法所得的计算结果做了相应的比较,结果表明这种快速数值差分递推公式不但拥有相当快的计算速度,也有很高的计算精度,而且在物理上符合光脉冲在光学媒质中传输时色散和非线性作用同时施加影响的客观实际,这说明它是研究非线性光学媒质中光脉冲传输的一种科学、合理而快速有效的数值计算方法.

一种具有亚波长模式限制的三角楔形混合表面等离子激元波导传输特性研究（英文）

提出并数值分析了基于混合表面等离子激元(HSPPs)的新型金属-介质-金属(MDM)波导,这种波导是由介质纳米线两侧的金属三角楔形结构构成。在通信波长1.55 mm情形下,基于有限元方法(FEM)进行了分析和数值计算,计算结果表明光波能够被限制在超深亚波长区域,并且相比于没有三角楔形的波导结构具有更长的传播长度。更进一步的研究显示出该三角形半导体波导具有尖端增强效应,在三角楔形的顶角为120°时,其传播长度提高了18%且模式面积减小为原来的65%,因此这种混合表面等离子激元波导可应用于激光器、耦合器以及光子集成电路的设计中。

基于黄金分割比的长程介质加载表面等离子激元波导传输特性研究（英文）

提出了一种基于黄金分割比的新型长程介质加载表面等离子激元波导(LR-DLSPPW)结构,在通信波长λ0=1.55μm情形下,运用有限元法对这种波导基模的归一化电场分布、模式有效折射率、衰减常数、传播长度、模式宽度、品质因数和耦合长度等传输特性参数进行了仿真分析计算。结果表明:与不具有黄金分割比的类似波导相比,基于黄金分割比的LR-DLSPPW具有较长的传播长度1.36mm和较小的模式宽度1.35μm;当介质脊面积保持为0.9μm2不变且介质脊高宽比值取为黄金分割比时,其品质因数会出现一个超过6.15×105的最大值。此外,当相邻波导之间的间隔超过3μm时,相邻波导间的串扰可被忽略。显然,这种基于黄金分割比的新型波导结构能够很好地应用于高密度光子集成回路的设计中。

双层半圆介质加载表面等离子激元波导的传输特性研究

提出了一种双层半圆介质加载表面等离子激元波导新结构,并利用有限元方法对该新型波导结构在工作波长1550nm下的传输特性进行了数值仿真和优化分析,得到了波导传播特性的主要参数。结果表明:在波导总面积保持不变的情形下,当双层半圆介质的折射率分别取为n1=1.4和n2=1.473时,波导的传播特性最佳;在此折射率参数基础上,波导的内外介质半径比r1/r2为0.5时,波导的传播长度最大、衰减系数最小并且模式面积和品质因数的取值都非常理想,可以获得最优的波导传输效果。

基于沃尔泰拉理论的集总光纤非线性噪声补偿

通过沃尔泰拉(Volterra)级数理论求得了非线性薛定谔方程(NLSE)的半解析解,在考虑光纤损耗、色散及非线性效应的情况下,推出了长距离在线级联掺铒光纤放大器(EDFA)光纤通信系统中信号和自发辐射噪声(ASE)之间耦合串扰的半解析表达式,得到了多跨距传输接收端输出信号和发射端输入信号之间的关系式.根据维纳(Wiener)滤波理论的时域滤波原理,在多跨距传输系统接收端设计了对非线性乘性噪声有滤波作用的维纳滤波器,并对预集总色散补偿、后集总色散补偿、分布链路色散补偿系统及一对三"跨距成比例平移对称的色散非线性同步补偿系统进行了仿真模拟研究.结果表明了提出的设计思路及方法的可行性,为进一步提高传输距离增大入纤功率提供了新的思路.

多跨距非线性光纤链路中的小波去噪

在多跨距幅度调制光纤传输链路的接收端利用光滤波器对输出信号进行小波分解,并根据小波阈值去噪的原理,对输出信号在光域内进行小波去噪,以消除掺铒光纤放大器(EDFA)引入的放大自发辐射(ASE)噪声和光纤色散及非线性相互作用所产生的非线性噪声对信号的干扰。仿真模拟了三种不同光纤链路传输后输出信号的小波去噪,并在常见的色散补偿链路系统中与带通滤波去噪进行了比较。仿真结果说明了在光域内采用小波阈值去噪法的有效性和可行性,为提高全光通信系统的通信质量和容量提供了新的思路。

多跨距非线性光纤链路中基于微扰理论的优化方法

通过微扰理论求得非线性薛定谔方程(NLSE)的时域半解析解,在非线性效应增大的情况下提出了优化微扰方法(MPM),并在多跨距非线性光纤链路中与原微扰方法(PM)进行了对比仿真研究。研究结果表明,优化微扰方法在非线性效应增强的情况下精确度明显高于原微扰方法,同时又不失其半解析模型,为研究大功率长距离传输的光纤通信系统提供了新的方法。