含一液晶缺陷层的一维光子晶体缺陷模的电场调控特性研究

当电场强度大于阈值时,液晶可以看成是单轴介质,其折射率可以通过电场方向来调控.在光子晶体中引入缺陷层液晶,利用传输矩阵法研究了含有一层填充不同液晶(分别为E7、5CB或BL-009)缺陷的一维光子晶体缺陷模的电场调控特性.结果表明:对应于E7、5CB或BL-009不同液晶缺陷,缺陷模波长可调量分别为43nm、34.5nm和37.1nm,电场对E7这种液晶相对于其他两种液晶可调量更大.随着垂直入射光与电场方向间夹角θ在(00,900)内增大,缺陷模波长向着短波方向漂移.这是由于有效折射率的变化及变化范围所引起的.     

含一缺陷层的一维液晶填充光子晶体缺陷模电场和温度调控特性

基于液晶折射率对温度和电场的特性,采用传输矩阵法,研究了含一缺陷层一维液晶填充光子晶体缺陷模的电场和温度调控特性。研究结果表明：当温度T在（273k,340k）内一定时,随着垂直入射光与电场方向间夹角θ在（0,π/2）内增大,缺陷模波长向短波方向漂移,最大调控波长为373?。当夹角θ在（0,π/2）内一定时,随着外界温度T在（273k,340k）内升高,缺陷模波长发生改变,变化量先负后正,最大调控波长为219?。当θ= 0.7505时,不管外界温度T在（273k,340k）内如何变化,缺陷模波长保持不变。温度对缺陷模波长的影响比垂直入射光与电场方向间夹角θ对缺陷模波长的影响更弱。     

含液晶缺陷层阶梯型双周期结构的电场方向调控特性

利用传输矩阵法研究了含向列相液晶缺陷层的一维阶梯型Double-period第四代准周期结构缺陷模的电场方向调控特性。分析了外加电场方向和正入射波方向间夹角θ与缺陷模的位置、品质因子、空间位置光场分布的变化关系,最后探讨了缺陷模的品质因子对光场强度的影响。结果表明：随着夹角θ的逐渐增大,缺陷模的位置向短波方向移动,缺陷模波长的调控量为84nm;随着夹角θ的逐渐增大,缺陷模的品质因子逐渐增大;缺陷模在空间位置的光场分布呈现出局域现象,随夹角θ的增大,空间位置的光场强度逐渐增强;缺陷模的品质因子与光场强度成正比关系。     

复介质光量子阱光传输特性的增益效应

利用传输矩阵法,研究复介质光量子阱光传输特性的增益效应机制,结果表明复介质对光量子阱内部局域电场和分立共振透射峰的透射率均具有增益放大作用:复介质光量子阱与实介质光量子阱一样,内部也存在很强的局域电场以及透射谱中也出现分立的共振透射峰,但复介质光量子阱的内部局域电场和分立共振透射峰会出现增益放大现象。在光量子阱的组成介质A中掺入具有增益效应的激活性杂质时,光量子阱的内部局域电场首先随着激活性杂质含量的增加而放大增强,但增益放大到极大值后又开始衰减下降,而且不同入射光波长,光量子阱内部局域电场增益放大的极大值及其对应的激活杂质含量不同,其中对处于短波方向的光入射时内部局域电场对激活杂质含量的响应最灵敏最高,而且内部局域电场增益放大的极大值最大,对处于长波方向的光入射时内部局域电场对激活杂质含量的响应灵敏度最低,内部局域电场增益放大的极大值最小。复介质光量子阱光传输特性的增益效应机制,对新型光学滤波器、光学放大器和激光器等光学器件的理论研究与实际设计,以及光量子阱光传输特性的内在机制研究等,均具有积极的指导意义。     

染料掺杂手性向列相液晶器件中实现随机激光辐射

设计制作了染料掺杂手性向列相液晶器件,研究了其随机激光辐射行为。均匀混合激光染料DCM和PM597、手性剂S-811、向列相液晶TEB30A,注入无摩擦取向的40μm液晶盒,制成焦锥织构态的手性向列相液晶激光器件。采用固体Nd:YAG倍频532nm波长的脉冲激光作为抽运光泵浦样品。掺杂激光染料PM597和DCM的液晶器件分别在575～588nm和600～620nm范围显示了尖锐、分立的随机激光辐射峰,线宽约为0.3nm。探测了器件在不同方向上的激光辐射谱,在与样品表面夹角约为45°～150°的范围内均能探测到随机激光。在器件中,手性向列相液晶焦锥织构态对光的强散射作用是随机激光产生的主要原因。     

大模面积双包层光纤激光器性能的实验研究

基于大模面积双包层Er3+/Yb3+共掺光纤,采用P-F腔结构,详细研究了工作温度、光纤弯曲对泵浦吸收和激光输出性能的影响。结果表明:随着泵浦功率的增大,输出光谱的模式逐渐增多;泵浦源的工作温度决定其输出光谱特性,进而影响光纤激光器的输出效果;光纤不同激光模式对应不同光纤弯曲损耗,当弯曲半径减小到一定程度时,多模输出变成单模输出,由此提高输出光束质量。     

高效新激光染料DCM的实验研究

本文从实验上详细研究了新激光染料DCM(上海染料研究所试制)在二甲亚砜、乙醇等12种溶剂中,以及在不同浓度时的激光特性,测量了荧光光谱、吸收光谱、激光调谐范围和峰值波长。指出在N_2激光泵浦情况下,DCM的转换效率可与若丹明6G相当,而且光化学稳定性良好,是目前在红光区域最有效的激光染料,具有实用价值。实验还发现,激光峰值波长随着溶剂介电常数的增大而向长波方向移动.     

垂直外腔面发射半导体激光器的双波长调控研究

报道了一种结构紧凑的垂直外腔面发射激光器（Vertical-External-Cavity Surface-Emitting Laser,VECSEL）及其双波长调控。通过调控泵浦光功率,实现了VECSEL输出的两个激光波长之间的相互转换,双波长的间隔接近50 nm。VECSEL的输出功率曲线呈现明显的两次翻转,翻转点对应了激射波长的转换。这是由于泵浦功率变化改变了增益芯片内部的温度,进而通过热调谐使得发光区增益峰值被调谐到腔模的不同位置。在0℃时,每个激射波长的最大输出功率都在1.5 W以上。随着泵浦功率的改变,激射波长可以在950 nm和1000 nm之间切换,同时还可以在1.5 W以上的功率水平下实现双波长同时激射。这种可切换波长及双波长同时激射的VECSEL器件在光调制、差频等领域有较大应用潜力。     

被动锁模涨落脉冲数和第二阈值研究

本文计算模拟了被动锁模涨落脉冲集在锁模线性阶段的发展过程.研究了激光器腔长、线性损耗、染料浓度、泵浦速率以及激光在增益介质和染料处的光束截面比对涨落脉冲数、脉宽和第二阈值的影响.实验测得涨落脉冲数和第二阈值与理论预示的符合较好.     

高功率光纤激光器反常模式不稳定效应实验研究

模式不稳定是限制当前高功率光纤激光器功率提升的主要因素。在近单模光纤激光器中,一般采用减小光纤弯曲直径的方法增加高阶模损耗、提升模式不稳定阈值;然而,少模光纤激光器中存在多个高阶模式,会导致动态模式不稳定（TMI）阈值随着弯曲直径减小而降低的反常模式不稳定现象。基于纤芯/包层直径为30/600μm的双包层掺镱光纤以及具有不同直径的光纤水冷柱,设计了一台后向泵浦的高功率光纤放大器,研究了该激光器中的反常模式不稳定现象。结果表明：当采用中心波长为976 nm的稳波长激光二极管（LD）作为泵浦源时,随着增益光纤弯曲直径由13 cm增加至16 cm,激光器的TMI阈值由1650 W提升至3740 W,提升幅度约为1.27倍,输出激光的相对亮度提升了87%。光纤弯曲直径的增加虽然会带来输出激光光束质量的轻微退化,但输出激光的相对亮度能够大幅提升。最终,结合光纤弯曲以及泵浦波长优化,实现了7.1 kW高亮度光纤激光输出,相对亮度为1293。     

杂质吸收对一维光子晶体缺陷模的影响

为了研究杂质吸收对一维光子晶体缺陷模的影响,采用复折射率和法布里-珀罗(F-P)干涉法,计算出掺有吸收杂质的一维光子晶体的缺陷模透射率和反射率随消光系数的变化特征。得出消光系数对一维掺杂光子晶体的缺陷模的透射率和反射率会产生显著的影响。当消光系数由0增加到0.03时缺陷模的透射率由1减少为0。当消光系数由0增加到0.03时缺陷模的反射率由0增加到0.86。消光系数增加时反射波中的缺陷模宽度会增大,而消光系数的变化对透射波中的缺陷模宽度影响很小。     

光子晶体双通道可调谐偏振滤波器的设计

通过对设计出的一维掺杂光子晶体的数值计算和理论分析,得出了两个偏振态缺陷模的透射峰的变化特征为：TM波其缺陷模透射峰在入射角大于0.75（rad）范围内有多条明显的缺陷模透射峰带,而TE波在入射角大于0.75(rad) 范围内没有缺陷模透射峰;TM波缺陷模透射峰的波长 随杂质光学厚度 近似呈线性变化,并且同一空气膜厚度值可以截到两个波长不同的透射峰。以此为基础设计出：滤波通道波长可调范围大于100nm 、滤波通道的半高宽可调范围在1 nm — 6nm、滤波通道透射峰值大于0.98的一维光子晶体双通道可调谐偏振滤波器。     

基于一维缺陷光子晶体的角度测量仪的设计

提出用一维缺陷光子晶体来测量角度特别是小的角度变化的设计方案。用Si薄膜和SiO2薄膜组成一维缺陷光子晶体,用特征矩阵法研究该光子晶体的禁带中的缺陷模的波长和强度随入射角缓慢变化而变化的规律,由此提出根据缺陷模的波长、强度、偏振性与入射角的关系进行角度测量的原理。本设计特别适用于极小的角度变化的测量。     

负折射率缺陷层的一维各向异性光子晶体缺陷模特性

本文提出了负折射率缺陷层的一维各向异性光子晶体结构,利用传输矩阵的方法给出了TE波和TM波的透射率,结果表明在TE波中出现两个及多个缺陷模,TM波存在单缺陷模,两种偏振状态不同的透射波的缺陷模能分开,得出了光通过负折射率缺陷层的一维各向异性光子晶体后TE波和TM波随入射角的变化特性、随缺陷层厚度的的变化特性。这些特性用于光子晶体多通滤波、光子晶体偏振和激光谐振腔等器件的设计具有重要意义。     

一维光子晶体的对称缺陷模特性

基于介质薄膜理论,设计了含对称缺陷的一维光子晶体结构,用传输矩阵法研究了该对称缺陷晶体的带结构及缺陷模的变化特点。结果显示,随缺陷层个数增大,缺陷模的峰值会增大,宽度会变窄;随缺陷层厚度增大,缺陷模会向长波方向移动,在一定厚度下会出现多缺陷模特点。随周期单元个数变大,缺陷模个数会减少,最终获得一窄带缺陷模。随周期单元厚度增大,禁带宽度明显变宽,缺陷模会变宽并出现右移特性。这些结果对设计新型光子晶体器件有着重要意义,如实现光波滤波器的可控选频、频带缩放功能等。     

金属银掺杂光子晶体的缺陷模

引入消光系数并利用特征矩阵法,研究了一维银掺杂光子晶体的反射光和透射光中TE波和TM波的缺陷模随入射角和银的光学厚度的变化规律.得出:在反射光中TE波和TM渡都出现了明显的缺陷模,缺陷模随入射角的增加而减弱,而缺陷模不随银的光学厚度的变化而变化.在透射光中TE波和TM波出现了很弱的缺陷模,缺陷模随银的光学厚度的增加而迅速消失.

Abstract：

By leading into the extinction coefficient and making use of the characteristic matrix method,the defect mode of TE wave and TM wave of Ag doping photonic crystal are studied in reflected light and refracted light.In reflected light,there are obvious defect modes of TE wave and TM wave,and the defect modes decrease with the increment of incident angle,but does not change with the optical thickness of Ag.In refracted light,there are very weak defect modes of TE wave and TM wave,and they decrease quickly with the increment of the optical thickness of Ag.     

一维掺杂光子晶体缺陷模的全貌特征

通过一维掺杂光子晶体缺陷模的三个不同角度的立体图以及它们对应的俯视切面图,全面地研究了缺陷模随杂质光学厚度、杂质折射率以及光子晶体折射率的变化关系,得出了一维掺杂光子晶体缺陷模的全貌特征,并得到以下重要结论:缺陷模透射峰随杂质光学厚度变化呈周期性的出现,在同一周期上缺陷模的波长随杂质光学厚度呈线性变化;缺陷模透射峰的半高宽度随杂质折射率的增加而减小,但陷模透射峰的高度不受杂质折射率变化的影响;光子晶体的折射率对缺陷模透射峰的峰高和半高宽度都有显著的影响.     

含双缺陷的一维准周期光子晶体的缺陷模特性

利用传输矩阵法,计算了含双缺陷的一维准周期光子晶体的透射谱,并侧重分析了缺陷模的特征。结果表明:当两缺陷层间距较小时,两缺陷模分裂的距离较大,对应的透射率较小;而当两缺陷层间的光学距离变大,两缺陷模的间距变小,缺陷膜的透射率增加。两缺陷模间的关联系数随两缺陷层间的光学厚度的增加而减少。缺陷层光学厚度增加时,缺陷模向长波方向平移,反之向短波方向移动。缺陷层光学厚度的变化对缺陷模的透射率几乎没有影响。