级联槽型腔表面等离子体滤波器

提出一种中心波长随槽型腔腔长线性变化、透射率随耦合距离可调的级联腔表面等离子体滤波器。该滤波器由输入波导、两个级联的介质槽型腔和输出波导组成。通过级联两个相同的槽型腔,共振模被分离从而实现窄带的双通道滤波器;进一步调节输出波导的位置,能够将双通道分离,实现单通道的滤波。通过时域有限差分法和耦合模理论对模型进行仿真分析,结果表明,该滤波器的最小半高宽低至20nm。同基于单槽型腔的滤波器相比,半高宽显著减小。     

一种表面等离子体激元定向耦合器的传输特性

利用三维全矢量时域有限差分法(FDTD)数值模拟了一种波导间隔金属条高度小于金属层厚度的表面等离子体激元(SPP)定向耦合器,并分析了其在基模传输时的模式场分布和能流密度分布,讨论了耦合长度、最大转移功率与间隔金属条高度的变化关系。结果表明,波导内沿纵向的能流密度在靠近间隔金属条部分的强度更大,有助于提高波导间耦合效率,并且当减小间隔金属条的高度时可以有效缩短定向耦合器耦合长度。这种亚波长定向耦合器结构可以应用在基于表面等离子体激元的集成光路中。     

突破衍射极限的表面等离子体激元

表面等离子体激元是外部电磁场诱导金属表面自由电子的集体共振,产生沿金属-介质界面传输的表面波,具有亚波长局域、近场增强和新颖的色散特性,在纳米光子学中发挥着重要的角色。利用表面等离子体激元构成的光学器件能够突破衍射极限,实现微电子与光子在同一个芯片上的集成。系统介绍了表面等离子体激元的基本原理,及其在光波导、探测器、调...     

类H型腔耦合MIM波导的Fano共振及传感特性

提出了一种由对称的类H型谐振腔和独立枝节组成的表面等离子体金属-绝缘体-金属（MIM）波导结构。利用有限元分析法研究了该结构的Fano共振及其光学传感特性。结果表明,该结构可实现Fano共振,最大折射率灵敏度和品质因数分别为1078.33 nm/RIU和1259.2。同时,研究了结构几何参数对Fano共振的影响,并进一步实现了Fano共振线型和波长的独立调节。所提出的等离子体MIM波导结构在集成光子器件和纳米光学传感领域具有潜在的应用前景。     

基于T型腔结构的表面等离子体波导滤波器

表面等离子体激元(surface plasmon polaritons,SPPs)能将光场束缚在亚波长量级,可以突破衍射极限,被认为是有希望实现纳米集成光学器件的载体之一。设计了一种T型腔结构的表面等离子体波导滤波器,并且利用时域有限差分(FDTD)法对其滤波特性进行了分析。结果表明,改变T型腔的长度和宽度可以改变透射谱的中心波长,而改变腔与耦合波导之间的间距,则可以调节腔的Q值。     

基于人工表面等离子体激元带通滤波器的设计

设计了基于人工表面等离子体激元(spoof surface plasmon polaritons,spoof SPPs)的带通滤波器,在介质基板上覆上一层超薄金属铜,并将金属表面刻为周期波纹状金属条,同时结合马赫曾德尔干涉仪(Mach–Zehnder interferometer,MZI),将金属条设计为MZI结构,并对MZI的干涉臂设计了两个取向相反的金属条结构,构成滤波器耦合部分,分析了耦合间距以及耦合单元个数对带通滤波器带宽的影响并进行了仿真。结果表明,该滤波器具有–3 d B从4.8 GHz到8.3 GHz的带宽。基于人工等离子体激元的带通滤波器的设计为今后人工表面等离子体在微波行业的应用提供了思路。     

多束表面等离子体干涉场的模拟研究

为了找出多束表面等离子体激元干涉的分布情况,采用严格的解析推导方式,建立了多束表面等离子体激元干涉场的理论模型,在此基础上数值模拟了多束表面等离子体激元干涉产生的2维及3维点阵结构的特性.结果表明,干涉场分辨率可达到1/6波长,并与普通激光多光束干涉场在光场的形状上一致.该研究有助于多束表面离子体激元光刻的进一步研究和阵列型纳米级光学器件的制造.     

基于表面等离子激元谐振环的滤波特性分析

表面等离子体激元是局限在金属表面的一种由自由电子和光子相互作用形成的激发态,其场分布在相邻的金属和介质中均成指数形式的衰减,在金属中的分布深度比入射光波长要小2个数量级。这就为实现在亚波长尺度的金属结构中形成光场的局域化和导波提供了可能,并作为突破衍射极限的限制以及将光场通路和器件的小型化重要考量因子。文中重点研究了基于表面等离子激元光学谐振环的滤波特性,得出了通过调节控制谐振环的直径可以吸收不同频率的波长,从而实现滤波的目的。     

基于表面等离子体激发的光学操控技术

基于表面等离子体激发的光学操控技术由于其所需激光能量低、装置简单,近来引起了广泛关注。采用Kretschmann棱镜耦合法对金膜表面等离子体场进行激发,实现了对直径为10.8μm的聚苯乙烯粒子的有效操控。通过引入一微孔阵列对入射激光光斑图样进行调制,实现了聚苯乙烯微粒在金膜表面的阵列式分布。实验中使用的光源为输出功率20mW的氦氖激光器,所需要的能量密度仅为传统激光光镊能量密度的几十分之一。由于该装置成本低、操控灵活且较低的激光能量密度可以防止对活体细胞的破坏,因此,可在医疗领域中的活体细胞及DNA操控等方面得到应用。     

空间差分吸收激光雷达探测地表大气压力的波长选择

根据美国标准大气模型进行了蒙特卡诺模拟,仿真研究了大气温度的不确定性对大气压力探测带来的随机误差和系统偏差,发现在氧气的A带中选择764.765 nm和765.094 nm为探测波长online,选择位于两者之间的764.948 nm为参考波长offline,是获得较小探测误差的一种方案;优化的探测波长既不在A带的吸收线上,亦不在某两吸收线之间的凹槽中间,而是位于A带吸收线p13和p14线的侧翼,这一结果对于建立积分路径差分吸收激光雷达探测地表大气压力的遥感仪器,起到参考作用.     

热光聚合物微环谐振腔滤波器的研究

设计并制备了一种热光聚合物微环谐振腔滤波器。微谐振环采用跑道型结构,通过光束传播法(BPM)对其弯曲半径进行了设计和优化。采用传统的接触式光刻曝光工艺制备了微环谐振腔滤波器并对其进行了光谱测试,实验结果表明,所设计的器件在1 550nm附近的自由光谱范围(FSR)为112pm,消光比约为12.8dB,3dB带宽约为0.026nm,品质因子Q为5.96×104,调制效率是6.13pm/mW;同时测量了器件的响应时间,得到的响应时间约为1.5ms。     

增加表面等离子体波导中慢光的传播长度研究

因为金属内部的吸收损耗,表面等离子体波导的应用受到了阻碍.通过在电介质芯中引入非线性材料,提出了参量增益机制来补偿纳米尺寸金属-绝缘体-金属(MIM)波导中的传输损耗.有限差分时域法( FDTD)进行仿真结果表明,使用此方法群速度为0.005c的慢光的传播长度显著增加到为原来的四倍.     

电泵浦垂直外腔面发射激光器振荡特性的理论分析及实验研究

对具有InGaAs/GaAsP量子阱周期增益结构有源区的980 nm电泵浦垂直外腔面发射激光器(EP-VECSEL)的振荡特性进行了理论分析及实验研究.模拟并分析了耦合腔条件下EP-VECSEL的振荡特性与其分布布拉格反射镜(DBR)及外腔镜反射率之间的关系,并根据理论分析结果对器件结构进行了优化设计.在实验上制备出具有不同外腔镜反射率的EP-VECSEL器件,并对其连续波(CW)振荡特性进行了研究.实验结果表明,有源区直径为300 μm的EP-VECSEL器件在外腔镜反射率为90 %时阈值电流为1.2 A,注入电流为4 A时连续激光输出功率为270 mW; 在外腔镜反射率为95%时阈值电流为0.9 A,4 A下输出激光功率为150 mW.实验结果与理论分析结论符合较好,说明本文采用的理论分析方法能有效模拟及优化EP-VECSEL器件的振荡特性.     

光学微球腔尾纤曲率敏感特性研究

光学微球谐振腔由于其超高的Q值及极小的模式体积等优点,在高灵敏度传感和光通信等方面得到了广泛的研究,理论分析了尾纤弯曲产生的应力双折射,并分析了其对微球腔谐振特性的影响。定量地改变尾纤弯曲曲率,测试微球腔的谐振波长,研究了微球腔尾纤对弯曲曲率的敏感特性。实验结果表明,光学微球腔尾纤弯曲影响着微球腔的谐振模式,能够导致谐振波长变化,随其弯曲曲率的变大,微球腔的谐振波长持续红移,能够用来测量曲率。     

全光纤串联双环谐振器的滤波特性研究

基于传输矩阵法,分析了串联双环谐振滤波器传输特性,推导出了通路和下话路的传输函数表达式及最佳耦合条件。在忽略损耗情况下,计算分析了耦合系数和微环半径对滤波特性的影响,并进行了参数优化。计算结果表明:当串联双环半径分别为40μm和50μm、微环与直波导耦合系数为0.2时,滤波器的自由光谱范围能够达到22 nm且3 dB带宽仅为0.27 nm,从而能够实现在50 GHZ间隔的密集波分复用系统中仅对某一特定波长进行滤波。     

Polarization characteristics of Subwavelength aluminum wire grating in near infrared

Rigorous coupled wave analysis (RCWA) was used to investigate the polarization characteristics of subwavelength aluminum wire grating in near infrared. Upon exposure to the atmosphere, a layer of Al2O3 forms rapidly on the aluminum wires, so the effect of metal oxide layers on the polarization properties is modeled and analyzed. It is shown that subwavelength aluminum wire grating with oxide layers forming on the wires still offers excellent polarization properties. As the thickness of the oxide layer increases, the transmission coefficient increases, but the extinction ratio decreases. In addition, a magnesium fluoride (MgF2) layer was proposed to deposit between the aluminum wires and the substrate to enhance transmission coefficient. The theoretical research shows that subwavelength aluminum grid grating has high transmission coefficient and extinction ratio in near infrared, as well as uniform performance with wide variations in the angle of incidence. These features with their small size make it desirable for use in optical communication and allow more compact component designs.     

啁啾布喇格光栅法布里-珀罗滤波器

为了获得窄的自由光谱范围和可控的精细度,采用了将平行双通道波导用啁啾布喇格光栅完全反向耦合,在耦合区入口处制作解理面反射镜的方法,将光栅色散引入法布里-珀罗腔内,同时保持了解理面反射镜对精细度的控制.得到法布里-珀罗滤波器的自由光谱范围不仅决定于腔长,还决定于色散,通过调整光栅参数获得在大范围内可控的自由光谱范围.数值模拟和分析结果表明,这种啁啾布喇格光栅法布里-珀罗滤波器可以在传统双镜法布里-珀罗滤波器尺寸下获得千倍量级压缩的自由光谱范围,而精细度的调整不影响自由光谱范围.     

垂直腔面发射激光器的温度特性研究

为了研究垂直腔面发射激光器（VCSEL）输出的光功率与器件温度的关系,确定用户可正常使用网络的温度范围,采用输出光功率与工作电流关系（P-I）模型进行了理论分析及实验验证,并通过简化模型参量及引入电压与电流关系（U-I）特性曲线来优化模型。采用了Levenberg-Marquardt（LM）算法来实现模型参量的求解,对比20℃下的测量数据与拟合数据的相似度,预测得到不同温度下的P-I特性曲线数据。结果表明,在固定温度下,输出光功率随着驱动电流的增加先增后减;在固定的驱动电流下,输出光功率随着温度增加而减小;要保证用户正常上网,电机房里VCSEL激光器工作的环境温度最多不能高于31℃。