基于混合微腔的高效率太赫兹波产生

提出并研究基于回音壁共振模和表面等离子激元共振模的混合微腔太赫兹产生系统,运用有限元方法模拟实现了室温下11. 7 THz的太赫兹波产生,所获得的太赫兹波模体积小,超过衍射极限,亚波长局域使得Purcell因子达到7. 2×10~3(砷化镓中太赫兹波长的负三次方).研究表明,该结构的太赫兹波转化效率可达到量子极限(～5. 5%),太赫兹波的最高输出功率可达166. 3 m W.该系统可在室温下工作,转化效率接近量子极限,太赫兹输出功率较高,且易于光学集成.

四能级增益介质光子晶体激光器的时域有限差分模型与模拟

基于Maxwell-Bloch方程和速率方程相结合的模型,模拟包括四能级增益介质光子晶体激光器的光学特性.根据FDTD法的基本原理,给出方程的Yee氏离散方程.通过计算电场的时域特性,模拟光子晶体激光器的频谱特性、阈值特性、动力学演化等过程,模拟结果和理论结论一致,检验了该模型的有效性.

一维光子晶体激光器中模场的空间分布及其对阈值的影响

采用有限时域差分(FDTD)法和传输矩阵法(TMM)计算了一维光子晶体微腔中模式的阈值和模场的空间分布,并用局域化长度和模面积描述了其空间分布特性.着重研究了模场的空间分布对阈值特性的影响.模拟结果显示,激光器的阈值依赖于模式的空间分布,局域化长度和模面积最小的模式具有最低阈值.通过调节包括缺陷宽度、光学厚度比、折射率比等介质参量,可以有效地调节模式的局域化长度和模面积,从而降低激光器的阈值.

大气湍流对盖革光子探测测距精度影响的研究

回波光子到达时间的随机性限制了盖革光子测距系统的测距精度,大气湍流加剧了这种随机性,降低系统测距精度。根据回波光子探测的调制泊松概率模型,分析了距离门内各探测时隙的概率分布,利用回波光子可识别区域内探测时隙的归一化概率,建立了存在大气湍流影响时测距精度的理论模型,研究了大气湍流对测距精度的影响。理论分析结果表明,大气湍流降低系统探测概率和测距精度,当回波强度为1,湍流参数为2.5时,与无大气湍流影响情况相比,系统距离精度和准确度下降达4.2 cm和14 cm,且湍流越强,目标探测概率越低,虚警率越高,距离精度和准确度越低。

等离子体填充金属光子晶体Cherenkov辐射源模拟研究

等离子体填充能够明显提高真空电子器件的效率和功率,研究等离子体填充器件具有重要的科学价值.本文基于对等离子体填充金属光子晶体慢波结构色散特性的分析,利用粒子模拟方法展示了等离子体填充慢波结构中的注波互作用过程.重点研究了慢波结构中场分布特性、等离子体密度和外部工作条件对频率及输出功率的影响.研究发现,填充一定密度等离子体后,慢波结构内纵向和横向电场强度明显增大,注波互作用增强,输出频率受等离子体影响不大.金属光子晶体结构具有的频率选择特性使器件工作于TM01模态.阴极电压增加使输出功率增大,频率略有增加.引导磁场增加使输出功率先增大后减小,而频率基本不受影响.等离子体填充后器件的输出功率上升,当增加压强至100 m Torr(1 m Torr=0.133 Pa)时,输出功率提高约20%,但只有适当密度下才有较好的角向场分布.通过理论与模拟相结合,发现填充一定密度的等离子体能够提高器件输出功率和效率,为发展新型高功率毫米波振荡辐射源奠定了理论和仿真基础.

等离子体填充金属光子晶体慢波结构色散特性研究

等离子体填充慢波器件为高效率、高功率真空电子微波源的发展提供了新的途径,但其仿真和理论都具有一定的难度.本文将通过轮辐天线加载激励信号的方法引入到等离子体填充金属光子晶体慢波结构(SWS)的色散特性仿真分析中,研究了慢波结构参数和等离子体密度对等离子体填充慢波结构色散特性的影响.结果表明,无等离子体填充时,通过轮辐天线加载激励信号方式得到的色散特性与其他方法差别不大;与已有结果对比表明,该方法适用于等离子体填充慢波结构的分析.为了减小轮辐天线对腔体谐振频率的影响,需要适当减薄轮辐天线的厚度,并尽可能缩短其与反射面之间的距离.天线的厚度越大越能激励慢波场,越小谐振模式越容易被激励;慢波结构周期膜片外半径和厚度对色散特性影响不大,周期长度和膜片内半径对色散特性影响较大;频率和相速色散曲线随等离子体密度上升而整体向高频区移动;等离子体填充对低频模点的影响要大于对高频模点的影响;对于慢波器件,需要选择高频模点工作模式,以减少腔的尺寸并降低电子注的初速度.

基于600-2000nm抽运源的太赫兹相干光源的最新进展

最近几年,紧凑型、便携式、低廉、可调谐的太赫兹波源由于具有广泛的应用前景因而成为太赫兹领域的研究焦点.波长为600—2000nm范围的近红外光源由于具有体积紧凑、价格低廉、频率可调谐和工作稳定的特点,所以频繁被选为太赫兹波产生的抽运源.本文着重从双波长可调谐抽运源、内腔光参量振荡器太赫兹发生器两个方面进行了较系统的阐述.分析表明,近红外相对中红外双波长抽运光源由于具有更紧凑的结构而成为研究热点;差频和非线性级联过程由于具有调谐范围宽的特点而成为产生太赫兹辐射的重要手段.

小型化光声成像技术在生物医学领域的研究进展

光声成像具有无损、高分辨率、高对比度等特点,在心脑血管研究、肿瘤研究、脑科学研究与疾病初期诊断等领域有广泛的应用。随着光机电技术的进步,小型化光声成像技术得到了较快发展。本文围绕光声成像系统的小型化与集成化应用,分别对光声成像在手持式、可穿戴式、便携式和内窥式方面的研究进展进行了综述。

含色散介质的一维光子晶体微腔的光学特性和模式调节

采用时域有限差分(FDTD)法计算了含色散介质一维光子晶体微腔的透射谱,研究了缺陷模的频移特性。通过与无色散光子晶体微腔透射谱相比较,发现了介质色散导致的缺陷模频移现象,并详细地分析了中心频率、色散强度和衰减系数等色散介质参量和缺陷模频移的依赖关系。模拟结果显示,缺陷模的频移决定于中心频率、色散强度和衰减系数等色散介质参量的大小,通过合理的调节这些参量,可以有效地调节缺陷模的频率。

一维光子晶体缺陷模激光器的放大特性

光子晶体中引入缺陷后将形成缺陷模,这些缺陷模在增益介质中将被放大形成激光。基于麦克斯韦方程和速率方程相结合的模型,用时域有限差分法(FDTD)计算和分析了一维单缺陷光子晶体激光器中缺陷模的空间分布和频谱特性,以及这些缺陷模的放大特性,主要研究了缺陷层的厚度、晶体层数对缺陷模放大特性的影响。模拟结果显示,类似于传统激光腔的腔模,这些缺陷模能够被放大,形成激光。调整缺陷层的厚度、晶体层数等结构参量,将改变缺陷模的谐振,激射频率以及空间分布,这将直接影响激射阈值和饱和特性。增加晶体的层数,激光器的阈值将降低,饱和值将增加,但晶体层数增加到一定限度时,这种增减趋势变弱。模拟结果证明了有效层数的存在。

随机性对部分随机介质激光器阈值的影响

基于速率方程和Maxwell方程相结合的模型,采用时域有限差分法(FDTD)研究了介质的随机性和层数对部分随机介质激光器阈值的影响.模拟结果显示,当抽运速率超过阈值时,出现一个或者多个振荡模;随机性或者系统的尺度增加时,振荡模数量也增加;部分随机介质激光器的阈值在一定的随机强度和层数下将达到最小值,它与完全随机情况下的结论有所不同.对所得到的结论给出了物理解释.这些结果对于制作随机激光器和光集成潜在应用价值.

一维光子晶体带边激光器的阈值特性分析

采用麦克斯韦方程和速率方程相结合的模型和时域有限差分法,利用引入的有效增益分布因子概念研究了光子晶体中本征模的阈值特性。增益介质的大小以及在光子晶体中的位置直接影响光子晶体带边激光器的输出特性;有效增益分布因子描述了光子晶体中增益介质的空间分布特性。结果显示,带边本征模的激射阈值依赖于有效增益分布因子。不同的本征模具有不同的有效增益分布因子,那些有效增益分布因子较大的模式具有较低的阈值。通过调整增益介质的位置和长度,可以提高有效增益分布因子的值,从而降低激光器的阈值,这对于实现激光器的低阈值运行有指导作用。