基于FDTD二维光子晶体器件设计软件的开发

介绍了一个基于时域有限差分法（FDTD）的二维光子晶体器件设计软件PCCAD,所用的核心算法是时域有限差分法。与同类FDTD商业软件相比,特点在于其具有多种光子晶体结构编辑模板,多种点源、线源,先进的边界吸收技术及多种参数优化扫描等功能。快速傅里叶变换及Pade算法在软件设计中的应用使模拟更加精确、快速。软件适用于各种平面光子晶体的仿真设计,探索新的器件结构。最后,利用此软件设计了直波导、T型波导等二维平面光子晶体器件。     

PCF色散系数与场分布的近似特性分析

本文基于等效折射率模型将光子晶体光纤等效为传统阶跃光纤,通过对微结构中基模的本征方程的求解,得到了包层有效折射率、归一化频率、群速度色散系数以及电场分布等特性与波长的关系,并分别讨论了光子晶体光纤孔间距固定和孔半径固定的情况下对光纤特性的影响,分析表明,通过改变光子晶体光纤的结构参数可以适当地调整光纤的特性,从而对不同的应用场合下光子晶体光纤的定性设计提供了一定的理论依据。     

基于Matlab的光子晶体波导仿真研究

本文首先介绍了光子晶体波导的原理,然后分析时域有限差分法微分方程及边界条件,最后运用matlab语言实现二维光子晶体波导的仿真。     

光子晶体光纤激光器

大功率光纤激光器采用掺Yb3＋双包层光子晶体光纤作为增益介质，并采用典型的F-P腔结构，分别采用二色镜和光纤端面作为高反射腔镜和激光输出腔镜，用多模大功率980nm半导体激光器泵浦20米掺Yb3＋双包层光子晶体光纤，采用连续工作模式，获得了功率为15W的1．09μm激光输出。该器件性能稳定，转换效率高，达到国内先进水平。采用再生放大锁模钛宝石激光器产生的脉宽为200fs、250kHz和800nm的光脉冲泵浦保偏光子晶体光纤形成了谱宽超过两个倍频程的超宽连续谱并具有偏振特性。     

向列相液晶缺陷光子晶体可调谐滤波器的研究

在一维光子晶体中引入向列相液晶作为缺陷层,用电场改变液晶分子的取向,形成光子晶体可调谐滤波器.用传输矩阵法研究了液晶缺陷光子晶体的可调谐滤波特性,模拟计算了电压和液晶材料参数对滤波器透射谱的影响.结果表明,改变电压能容易改变光子晶体滤波器透射峰的位置、强度、个数和带宽,表现出很好的调谐滤波功能.     

基于光子晶体光纤的单抽运光学参量放大器特性研究

针对光子晶体光纤具有高非线性和低色散斜率的优良特性,在单抽运的情况下,利用光子晶体光纤线性相位失配的不同组合来满足相位匹配条件,分别推导了抽运光在反常色散区和正常色散区时的放大器增益和带宽表达式,进行了模拟分析,并与文献中的基于色散移位光纤和高非线性光纤的参量放大器进行了比较。仿真结果表明,光子晶体光纤参量放大器具有更好的放大特性,当抽运光在零色散波长处时,单边增益带宽达到108.7 nm,峰值增益为91.4 dB;处在正常色散区时,距离抽运光77.1 nm的单边增益带宽不小于46 nm。在此基础上,讨论了色散波动对参量放大器的影响,显示光子晶体光纤具有较好的色散容忍性。     

空心光子晶体光纤在拉曼光谱仪中的应用

针对拉曼散射是一种弱散射,同时由于空心光子晶体光纤(HC—PCF)能显著增强光与填充介质之间的相互作用,提出将HC—PCF应用到拉曼光谱仪中,利用平面波展开法对HC—PCF的光子带隙与场分布进行模拟分析,探讨了HC—PCF的参数对拉曼散射强度的影响。通过理论研究发现光子晶体光纤可根据实际应用的需要,通过改变光纤的周期结构或包层气孔之间的间距来改变光子带隙,从而可传输不同波段的光。结果表明了HC—PCF在拉曼光谱仪中应用的可行性,为拉曼光谱仪在分子结构检测与分析提供了新的技术方法,也为HC—PCF的应用和研究开拓了广阔前景。     

基于双芯光子晶体光纤的偏振分束器的设计

提出了两种基于双芯光子晶体光纤的偏振分束器。采用全矢量有限元算法,系统地研究了光纤结构参数对分束器耦合特性的影响。通过参数优化,设计出一种长度短、分光比高的偏振分束器,其长度为4.21 mm,带宽为27 nm,1 550 nm处的分光比高达88.2 d B。研究表明,相比于引入椭圆空气孔,改变空气孔尺寸所获得偏振分束器具有更好的性能。     

单间隙同轴腔TM410模间隙阻抗与输出波导结构的关系

场分析法能够有效的计算出加载滤波器单间隙输出回路间隙阻抗的实部.设计了同轴单间隙TM410模输出腔的结构.由场分析法模拟计算和分析了矩形波导长度和波导内膜片间距对间隙阻抗的影响.在谐振腔结构参数一定时,波导长度的改变对间隙阻抗没有影响,而膜片间距的改变对间隙阻抗有较大的影响.     

光子晶体光纤模式折射率的分析

模式折射率是分析光子晶体光纤色散特性的一个基本参数,其快速而较准确的计算有助于对不同结构参数的分析比较,便于工程应用,但用时域有限差分法等数值方法分析传输特性通常需要较长的计算时间,为此,文中以六角形空气孔排列的光子晶体光纤为例,用时域有限差分法分析在不同的结构参数和传播常数的组合情况下的模式折射率,并利用分析所得数据,得到了模式折射率和结构参数、传播常数之间的拟合函数.利用所得拟合公式可得光子晶体光纤的模式折射率,并在通信和传感的应用场合下为PCF的设计提供一定的理论依据.     

基于GMM和概率修正码本的源-目标说话人声门波转换

提出了一种用于源-目标说话人声门波导数参数转换的、基于勒让德正交分解的声门波导数波形参数提取方法。该方法将声门波导数波形在6维正交勒让德坐标系中的投影构成了描述其形状的特征矢量,并采用基于GMM的概率分类加权转换算法,使每个特征矢量的转换规则可由多个类所对应的规则的线性加权组合得到,可以使转换性能得到较大的提高。在此基础上,又给出了一种基于GMM的声门波导数波形的码本修正算法,以弥补声门波导数波形参数化而损失的含有说话人个性特征的高频送气分量和波纹分量。实验结果表明,本文方法转换性能明显好于基于矢量量化(VQ)的码本映射算法。     

新型THz微结构传输光纤的仿真设计

近几年,太赫兹( THz)波及其相关技术的研究逐渐成为热点,因此寻找一种低损耗、近零平坦色散的THz波导成为研究的目标。文中运用全矢量有限元法,并利用COMSOL软件设计了一种新型THz波光子晶体光纤,其包层的孔间距恒定、各层孔直径变化;对所设计的新型THz光子晶体光纤的损耗、色散特性进行数值计算与优化。计算结果表明,这种THz光子晶体光纤工作在130~140μm(2.1~2.3 THz)之间时,损耗值低于0.06 dB/km,色散值在0.2 ps/( nm·km)到0.27 ps/(nm·km)之间,色散斜率为0.6 ps/(nm·km2),可以实现长距离、高性能THz波传输。     

基于磁畴壁的超宽带单向波导

基于磁光材料的磁畴壁,提出了一种新型超宽带单向波导。该波导的基本模型是一个金属-铁氧体-铁氧体-金属构成的多层波导系统,中间两层铁氧体为钇铁石榴石(Yttrium iron garnet,YIG),它们分别处于两个大小相等方向相反的外部静态磁场中。理论分析和仿真结果表明,该波导中除了YIG材料固有的光子带隙之外,还存在一个由有限铁氧体厚度导致的新的光子带隙。两个光子带隙均支持能够免疫散射和背向反射的完全单向电磁模式。该波导系统具有结构简单,免疫散射以及超宽单向工作频带等优点,是实现全光子集成电路的有效途径。     

聚苯乙烯三维光子晶体的力敏性质

通过研究聚苯乙烯三维光子晶体的力敏性质,讨论了不同压强作用下聚苯乙烯三维光子晶体的晶面间距、Bragg衍射峰与归一化频率之间的关系:随外加压强的增大,晶面间距减小;随归一化频率的增大,Bragg衍射峰随之蓝移。计算表明,在外加压强0~41.3 MPa范围内,外加压强与归一化频率之间呈简单的线性对应关系;这就提供了通过测量归一化频率就可以感知压强的大小,从而验证了制造聚苯乙烯三维光子晶体传感器应变片的可行性。     

中国微米纳米-碳纳米管可控介电泳参数模拟研究

碳纳米管的结构以及微电极的物性参数是微纳器件制备过程中影响介电泳效率与精度的重要因素.微电极形状和电极间距与碳纳米管长度之比(λ)是两个与器件制造成本紧密相关的可控介电泳参数.本文根据有限元方法,研究了这两个参数对于介电泳力的影响规律.通过对3种电极下的碳纳米管介电泳速度进行归一化处理,结果表明碳纳米管在分散液中的介电泳速度受电极形状影响较小.而相比于电极形状,λ对介电泳力的影响更加显著.虽然电极间距越小越有利于碳纳米管的组装,但是考虑微电极加工难度与成本,认为λ在0.5~1.0为碳纳米管组装的优化区间.根据介电泳组装实验需要,给出了溶液阈值浓度修正表达式.本研究对于提高介电泳组装效率和实验精度具有一定的理论指导意义.     

准互易数字闭环铌酸锂光波导交变电场/电压传感器

本发明包括光源、环形器、起偏器、相位调制器、保偏延时光纤、测量光路、补偿光路、光电二极管、信号处理及光源驱动电路和信号输出与控制接口。起偏器与相位调制器之间的保偏光纤偏振轴以45°对轴熔接,测量光路的铌酸锂直波导传感单元与补偿光路的补偿光纤以90°对轴耦合。参与干涉的两正交偏振模式往返两次通过光路时发生模式互换,且经过相同的光程,构成光纤传导和波导传感的准互易反射式光路。本发明利用铌酸锂晶体的泡克尔斯电光效应对光相位进行调制,实现电场/电压测量,具有较高的灵敏度和测量精度,能有效地分离出被测电压的交直流分量,减少光路空间,易于大规模生产。     

三重晶格光子晶体方形点缺陷缺陷模特性研究

文中提出一种新型三重三角晶格光子晶体,应用平面波展开法( PWM )分析其带隙结构,应用时域有限差分法( FDTD)研究方形点缺陷的尺寸和旋转角度对缺陷模特性的影响。仿真结果表明,该光子晶体的光子禁带处于THz波段范围内,且禁带宽度很宽,达到0.19562。当方形点缺陷旋转角度为10毅时,改变点缺陷尺寸,此时缺陷模个数发生变化,并且随着点缺陷尺寸的增大,缺陷模波长往长波长方向移动;当方形点缺陷边长为22.5μm时,改变点缺陷旋转角度,此时缺陷模位置基本不变,但是缺陷模个数发生变化。     

世界第一台上转换单光子探测器商业样机在我国研发成功

正近日,由济南量子技术研究院特聘研究员张强教授负责的基于周期极化铌酸锂波导的上转换单光子探测器样机在济南研制成功,并顺利通过了中国科学技术大学、安徽量子通信技术有限公司等10余名专家的测试验收,这是目前世界上第一台封装成型的商业产品样机。该探测器充分利用山东省量子关键器件研发公共平台资源,基于周期极化铌酸锂波导芯片自主研发,能同时提供四通道的单光子探测,并且探测效率25%,暗计数2000Hz,成为目前世界上室温下性能最优的通信波段单光子探测器,其成功研制将为实现更远距离、更高成码率的量子     

用于光电集成收发模块的SOI波导耦合器设计

基于光纤陀螺的小型化和工程化设计要求,提出模块化设计概念。设计了一种Y型SOI波导耦合器,用于光纤陀螺光收发模块。此结构具有形式简单、谱宽、加工工艺成熟和易于实现光电集成等技术优势。理论上分析了波导结构参数对其特征参数(分光比、损耗)的影响,优化参数设计,通过模场匹配理论减小器件损耗。最后,对波导耦合器加工工艺进行了讨论,采用电子束光刻技术加工出波导掩膜版,并对加工工艺参数进行了优化。实验结果表明:所设计的分光比50%:50%波导耦合器,当波导长为25mm时,输入输出波导的间距可以达到300μm,且理论弯曲损耗可忽略不计,可以有效的抑制光源与耦合器的串音干扰。通过优化工艺参数,设计的SOI波导耦合器可以满足设计要求。     

基于Maxwell的手机无线充电耦合线圈仿真分析

无线电能传输效率在很大程度上取决于耦合线圈的耦合系数。为了提高两线圈间的耦合系数,针对目前手机无线充电通常采用的平面线圈结构进行建模,使用Maxwell对常见平面圆形和平面方形两种线圈进行仿真分析,择出最优形状并对最优形状线圈的内外径、匝间距、有无磁芯进行仿真分析。结果表明：改变线圈内外径均能改变线圈的耦合系数,外径变化对耦合系数的影响更大;不同匝间距的线圈,其耦合系数也不相同,匝间距等减线圈能够有更高的耦合系数;有磁芯线圈相较于无磁芯线圈可以获得更高的耦合系数。