克尔微腔光频梳理论分析模型及多波长光源应用探讨

基于高品质因子微谐振腔的参量四波混频实现光学频率梳是一种新的频率梳实现方法,拓展了传统固体及非线性光纤飞秒激光器等光频梳的应用范围,在精密频率标定、天文光谱校准、任意波形产生、光学存储和孤子传输、片上通信用光源等方面具有较高的优势。本文简要总结、评述了几种主要的光频梳动力学分析模型及数值方法,以及这些不同方法的内在联系。基于描述光频梳动态行为的非线性Lugiato-Lefever方程分析了可能存在的动力学过程,并据此对不同特点光频梳进行了分类。通过设计反馈结构理论上研究了正常色散微腔和反常色散微腔的光梳特点,探讨了作为片上光互连用多波长光源应满足的条件及可能的实现途径。     

基于NLS方程的光通信设备参数估算理论分析

提出并验证了一种基于 NLS(非线性薛定谔)方程的光通信设备参数理论估算分析方法。该方法以脉宽大于5 ps 的光脉冲为例作方程推导分析，分别得到非线性功率与色散脉宽两个创新参量。在 WDM(波分复用)+TDM(时分复用)-PON(无源光网络)系统中进行带参模拟仿真，支持上行/下行为160/170 Gbit/s的总带宽，最终得到最佳输出功率值，其对应理论误码率可达到10-50。仿真结果验证了理论估算分析方法的可行性，对设备参数设置有较大的参考价值。     

基于微环谐振腔的耦合谐振光波导反射镜

研究了一种基于微环谐振腔的耦合共振光波导反射镜.基于耦合模理论,对这种新型波导反射镜的反射光谱进行了数值分析,详细讨论了直波导与微环谐振腔之间的耦合系数和相邻微环谐振腔之间的耦合系数对反射光谱的影响.计算结果表明这种反射镜的反射光谱存在多峰结构,在弱耦合的情况下可以实现波长选择性反射滤波,并且发现在这种波导反射镜中存在类似于原子系统中电磁诱导透明现象的耦合共振诱导透明现象.     

耦合间距对绝缘体上硅微环谐振腔的性能影响

运用微机电系统(MEMS)工艺制备了不同耦合间距的微环谐振腔,针对耦合间距对耦合系数、谐振深度的影响,进行了理论分析与仿真,并对结构进行耦合实验测试。测试结果表明,随着微环耦合间距的增加,耦合系数减小,谐振深度变浅,这与理论仿真一致。实际计算了相应的耦合效率、3dB带宽及品质因数,随着耦合间距增大,耦合效率降低,3dB带宽也随之变窄,微环谐振腔的品质因数逐渐提高。研究结果为微环谐振腔的进一步优化设计及其在相关领域中的研究与应用提供了依据。     

新型绝热微环谐腔型低功耗硅基调制器的设计

为了改进绝热微环谐腔型的结构、降低谐振腔腔体损耗,采用了基于绝热过渡曲线的设计方法,提出了新型载流子注入/抽取结构,进行了理论分析和实验验证,取得了绝热微环谐振腔的谐振峰线宽、消光比及频率响应参量数据,比较了其与传统微环谐振腔的损耗.结果表明,使用所设计的外半径为2m的谐振腔的谐振峰线宽仅为普通微环谐振腔的29.5%,消光比为13.5dB,电阻电容限制带宽提高了4倍,10Gbit/s调制速率下能耗仅为5.1fJ/bit.这一结果大幅改善了绝热微环谐振腔的频率响应特性,降低了功耗.对腔形和载流子注入/抽取结构的研究可以进一步改善绝热微环谐振腔的性能,推动低能耗器件研究的发展.     

螺旋波纹波导回旋行波管非线性理论研究

非线性理论是一种以驻波互作用过程为对象的大信号理论,它能准确地反应电子与波的互作用过程,计算输出功率、效率等其他非线性理论问题。采用非线性理论中的自洽非线性理论和耦舍波理论对螺旋波纹波导回旋行波管进行研究,结和电子运动方程和互作用方程,反映电子运动和场的激励相互演变过程。     

基于微环谐振腔产生光频梳的色散控制的研究进展

随着人们对通信容量的需求日益增大,基于微环谐振腔产生的光频梳,可以很好地满足通信系统的光源要求。光频梳具有光谱范围广、相干性高、集成化等特点,由于光频梳是基于四波混频效应产生的,因此对微环谐振腔的色散曲线要求比较严格。总结了目前几种控制微环谐振腔色散特性的最新研究,包括改变微环的宽度等,利用slot结构和微环结构相结合,采用光子晶体结构等方法,对这些结构的优缺点及性能作了比较分析。同时还对进一步优化微谐振腔的色散曲线提出了展望,利用微环和光子晶体结构的组合方法,有可能实现较小光谱范围内色散曲线的优化,提高四波混频的效率。     

基于Mach-Zehnder结构微环谐振腔全光逻辑门的研究

为了解决全光逻辑门结构所需抽运能量过大的问题,提出了一种基于Mach-Zehnder结构微环谐振腔的全光控制逻辑门结构。通过在微环波导上加入空气孔加强对光的限制,增强了带边附近的3阶非线性效应,从而减小达到所需相移的抽运能量。将微环谐振腔与Mach-Zehnder结构结合,采用光学Kerr效应控制不同微环内相移的改变,从而实现不同逻辑门功能。同时进行了理论分析与仿真验证,计算了不同尺寸空气孔对于结构的影响,并对于不同逻辑功能的控制方法,验证了结构的可行性。结果表明,这种逻辑门结构所需抽运能量不超过10dBm,延迟处于皮秒量级,速度快,器件的尺寸处于微米量级,该结构可以同时实现不同的逻辑门状态,对于全光网络的研究有指导意义。     

利用(G'/G) 展开法求解广义变系数Burgurs方程

近年来，变系数非线性发展方程受到越来越多的被关注。2008年王明亮等提出了一种新的方法，即(G'/G)展开法。将(G'/G)展开法首次尝试应用到变系数非线性发展方程中，并以广义变系数Burgers方程为例，最终成功得到了在系数满足一定条件时新的精确解；然后又尝试将该展开法进行新的扩展，再一次对广义变系数Burgers方程求解，又成功得到了一些新解。实践证明，该展开法不仅易于求解常系数非线性发展方程，而且对变系数非线性发展方程仍很高效、简洁、实用，并且具有广泛的应用前景。     

基于SOI的高Q微环谐振腔的研究

利用时域有限差分法,对基于绝缘体上硅(SOD的微环谐振腔的微环波导宽度对传输性能、Q值的影响进行了理论分析与仿真.研究结果表明,单模条件下,波导越宽,Q值越大.仿真优化结果表明微环半径为10μm、微环波导宽度为600 nm时,1.55 μm附近的谐振峰的消光比为18.2 dB,计算出Q值约为2.2×105.进一步研究了微环与直波导间距、平板高度对Q值的影响.耦合间距增大时,由于耦合效率降低,Q值则逐渐提高;随着平板区厚度的减小,辐射损耗会越小,因此Q值增大.研究结果为微环谐振腔的进一步优化和设计提供了参考.     

光纤微球谐振腔回音壁模式光学特性的研究

从麦克斯韦尔方程出发,分析了介质微球谐振腔支持的回音壁模式(WGM)分布,针对光纤微球谐振腔这种实现回音壁模式的方式,进行了理论研究和通信传输实验系统的搭建,并阐明了优化的方向,仿真结果表明,实现激发回音壁模式的耦合与传统光波导谐振腔通信传输系统相比,光纤微球谐振腔的回音壁模式通信传输系统具有更深刻的物理内涵和应用价值。     

非线性左手材料中的背向参量放大

基于电磁场理论,推导了非线性左手材料中的差频耦合波方程,以及相位匹配条件下介质内信号波与闲频波放大过程和场分布。发现有限厚度的非线性左手介质,可补偿损耗的影响,能够得到比右手介质更大的信号波和闲频波能量输出。提出非线性左手背向参量振荡器,在一定的泵浦条件下,不需要外加谐振腔也可以产生振荡。这为非线性左手材料在参量放大器中的应用奠定了理论基础。     

耦合间距对SOI微环谐振腔的性能影响

运用MEMS工艺制备了不同耦合间距的微环谐振腔,针对耦合间距与耦合系数、谐振深度的影响,进行了理论分析与仿真,并对结构进行耦合实验测试。测试结果表明,随着微环耦合间距的增加,耦合系数减小,谐振深度变浅,这与理论仿真一致。实际计算了相应的耦合效率、3dB带宽及品质因数,随着耦合间距增大,耦合效率降低,3dB带宽也随之变窄,微环谐振腔的品质因数逐渐提高。研究结果为微环谐振腔的进一步优化设计及其在相关领域中的研究与应用提供了依据。     

高速光纤通信系统中偏振模色散的研究方法分析

目前偏振模色散(PMD)已成为长距离高速率数据和模拟系统的主要限制因素。主要分析讨论了PMD的几种研究方法:琼斯矩阵法、斯托克斯空间法和耦合非线性薛定谔方程。耦合非线性薛定谔方程多用于PMD对光纤传输系统性能的影响分析,文中对分步傅里叶法数值解非线性方程进行了详细的分析。     

无色散光纤信道的非线性演化

在单模光纤中由于非线性效应和拉曼增益效应的共同作用,导致光子在各向同性介质中传输时满足非线性薛定谔方程。利用随机微分方程研究了长距离光纤通信中噪声对光纤信道的影响,给出了光纤信道的动力学机理模型。首先在非线性薛定谔方程的基础上引入噪声项,然后利用It公式将其整理成极坐标系下标准的随机微分方程组,最后利用福克尔-普朗克(Fokker-Planck)方程得到了光脉冲在光纤信道中的概率密度函数,精细地研究了光纤信道的非线性演化规律。即在加入噪声项的情况下,分析了光纤通信的传输性能指标,得到了概率密度函数。     

波分复用系统中偏振模色散特性的研究

推导了双折射光纤中两个波长的光波所满足的耦合非线性薛定谔方程。建立了研究两信道波分复用(WDM)系统中偏振模色散效应的模型。基于这一模型,在考虑偏振模色散情况下,数值模拟了在两信道WDM系统中光信号的传输变化,并且分析了在此系统中偏振模色散的影响     

色散管理和非线性管理控制光孤子群的传输

从描述光孤子传输的非线性薛定谔(NLS)方程出发,给出了色散管理和非线性管理的光孤子的传输方程,利用对称分步傅里叶方法对方程进行数值求解,模拟研究了色散管理和非线性管理控制光孤子在光纤中的传输演化特性。结果表明,只有色散管理控制光孤子群在光纤中的传输,随着传输距离增加,孤子间的相互作用逐渐加剧,如色散管理和非线性管理同时控制光孤子群在光纤中的传输,可极大地抑制孤子间的相互作用,且随着距离增加相邻孤子间的作用几乎不变,这一结果可应用于光孤子群远距离的传输。     

光纤中随时间变化的三阶非线性对类明孤子传输特性的影响

从MNLS方程出发,考虑三阶非线性微扰的作用,采用变分法,求得拉格朗日密度函数表达式。在此基础上,推出了类明孤子脉冲参数随传输距离的演化方程组,讨论了三阶非线性微扰对类明孤子传输特性的影响。     

扰动下单模光纤中传输光的压缩

本文从光在单模光纤中传播时所满足的非线性薛定格方程出发,通过线性化处理,计算出存在非线性色散和随时间变化的三阶非线性这两种重要的扰动效应时传输光的压缩谱。通过数值计算,讨论了扰动效应对光纤中压缩光的影响。     

基于Gabor小波和LLE的掌纹识别

为了更好地提取掌纹图像的非线性特征,文中提出一种基于Gabor小波变换和局部线性嵌入的掌纹识别算法。通过提取ROI进行光照和滤波预处理,之后进行Gabor小波变换,提取掌纹图像的多尺度特征,利用非线性的LLE算法提取主元,用最近邻方法进行分类。通过PolyU掌纹库进行验证,比较了预处理、不同ROI提取方法、LLE算法的参数对识别率的影响。实验表明,此方法相比于传统的线性降维算法以及单独的LLE算法在识别率上均有所提高。