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利用域排列算法设计铌酸锂晶体实现3μm中红外波段频域纯态单光子源

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物理学报 2022年第20期71卷 75-81页

作者：张晨涛石小涛朱文新朱金龙郝向英金锐博武汉工程大学光学信息与模式识别湖北省重点实验室武汉430205

中红外波段的单光子源对于下一代量子传感、量子通信和量子成像的研究非常重要.目前常用的产生中红外单光子源的方法是基于周期极化铌酸锂(periodically poled lithium niobate,PPLN)自发参量下转换过程.但是,基于普通PPLN制备的单光子... 详细信息

中红外波段的单光子源对于下一代量子传感、量子通信和量子成像的研究非常重要.目前常用的产生中红外单光子源的方法是基于周期极化铌酸锂(periodically poled lithium niobate,PPLN)自发参量下转换过程.但是,基于普通PPLN制备的单光子源频域纯度不高,最高值只有0.82左右,会影响量子信息处理方案的保真度.本文利用域设计理论对30 mm长铌酸锂晶体的4000个域进行了定制化排列,消除了相位匹配函数中的旁瓣,获得了高斯型的分布.计算得到的单光子源的频域纯度可达0.99,可调谐范围为2.7—3.3μm.该定制极化铌酸锂(customized poled lithium niobate,CPLN)有望为中红外波段量子信息研究提供性能优异的单光子光源.

关键词：铌酸锂晶体极化周期设计中红外波段量子光源

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中红外波段超短脉冲光纤激光器相关技术研究

中红外波段超短脉冲光纤激光器相关技术研究

作者：龚睿北京交通大学

学位级别：硕士

中红外波段光纤激光器因其在医疗、生化、军事和通信等领域具有难以替代的作用,近年来逐渐成为研究热点。该波段下构建的锁模激光器相比于技术成熟的近红外波段还有很大差距。在近红外波段,自相似脉冲和耗散孤子技术使得锁模激光器输出... 详细信息

中红外波段光纤激光器因其在医疗、生化、军事和通信等领域具有难以替代的作用,近年来逐渐成为研究热点。该波段下构建的锁模激光器相比于技术成熟的近红外波段还有很大差距。在近红外波段,自相似脉冲和耗散孤子技术使得锁模激光器输出脉冲质量和能量大大提高,这些都有赖于其增益光纤处于正常色散区。而中红外波段增益光纤处于反常色散,激光器的研究多停留在传统孤子锁模系统,输出脉冲能量受限。本文将尝试使用反常色散的增益光纤搭建能够容忍更多非线性相移的自相似脉冲光纤激光器和Mamyshev光纤激光器,并研究其系统的优化方法。论文的主要内容如下:(1)证明了反常色散增益光纤的激光器系统能够输出自相似脉冲的可行性。将运用色散管理技术下反常色散增益光纤构建的激光器和由“镜像”色散特性的正常色散增益光纤构建的传统自相似激光器系统进行对比研究,从输出脉冲以及腔内脉冲演化等多个角度进行对比,分析讨论了该类激光器的特性和分类归属问题。提出该类型激光器属于无源自相似光纤激光器,拓展了无源自相似系统可实现的条件,对传统自相似脉冲激光器理论做了一定的补充和丰富。(2)设计了2.8μm波段无源自相似光纤激光器系统,经数值模拟实现了质量明显优于该波段下孤子脉冲的自相似脉冲输出,证明了中红外波段下自相似脉冲激光器仍具优势。研究了该类型的色散管理腔中的相关参数对无源自相似系统输出的影响,提出了设计此类激光器时可参考的优化方案。(3)基于级联的Mamyshev再生器结构,设计了2.8μm波段的Mamyshev腔光纤激光器,通过数值仿真实现该波段下的两波长脉冲输出,同时研究了系统中相关参数的改变对输出及稳定性的影响,分析了其在系统优化过程中发挥的作用,为不易制作正常色散增益光纤的中红外波段,提供了激光器设计优化的新途径。

关键词：光纤激光器中红外波段自相似脉冲色散管理无源自相似 Mamyshev再生器

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中红外波段的液晶光学相控阵器件研究

中红外波段的液晶光学相控阵器件研究

作者：王瑞电子科技大学

学位级别：硕士

光学相控阵作为非机械式光束数字化扫描的主流,已经成为现如今的研究热点。液晶光学相控阵在近红外波段具有控制精度高、电控可编程的优点。3-5μm的中红外波段是激光武器、红外制导、红外探测的主要工作区域,将液晶光学相控阵技术拓展... 详细信息

光学相控阵作为非机械式光束数字化扫描的主流,已经成为现如今的研究热点。液晶光学相控阵在近红外波段具有控制精度高、电控可编程的优点。3-5μm的中红外波段是激光武器、红外制导、红外探测的主要工作区域,将液晶光学相控阵技术拓展到3-5μm的中红外波段具有重大意义。响应速度一直是衡量中红外液晶光学相控阵性能的重要指标。本文以实现液晶光学相控阵在中红外波段的波束扫描为基础,以提高中红外液晶光学相控阵的响应速度为目标。主要研究内容包括:（1）根据中红外激光的透射性测试选择蓝宝石为中红外液晶光学移相器的透明基底、超薄ITO为导电薄膜、C09中红外液晶为电光调制晶体。利用半导体工艺研制中红外液晶光学移相器并进行光学特性测试。20μm盒厚的液晶光学移相器对波长为3.9μm的中红外激光可以实现2.59π的相位调制深度。切换电压的有效值从2.65 V变化到3.37 V时,响应时间能够达到19 ms,满足液晶光学移相器在中红外波段的功能需求。（2）研制中红外液晶光学相控阵器件。设计中红外液晶光学相控阵光栅周期20μm,其中电极宽度5μm,电极间距15μm,光栅电极为720根,单个柔性软带线（FPC）和数字芯片（IC）控制。利用全套半导体工艺制备中红外液晶光学相控阵器件,实现中红外液晶光学相控阵系统的光电集成。15μm盒厚的中红外液晶光学相控阵在近场具有2.018π的相位调制深度,动态响应时间达到60 ms;远场衍射能够实现0°到0.6°的小角度偏转。当偏转角度为0.1°时,远场衍射效率达到最大值57.6%。（3）针对缩短动态响应时间的特性参量,采用聚合物网络液晶（PNLC）和法布里-波罗（F-P）腔进行优化。从而达到快速响应的目的。采用B40的中红外液晶,5.3%wt的RM257聚合物单体,0.2%wt的光引发剂制备完成的中红外PNLC器件,响应时间为7.6 ms,能够实现快速响应。通过降低中红外液晶光学移相器的盒厚d,提高响应速度,并且利用F-P腔结构中的高反射率光学平板补偿相位,最终能够有效地平衡响应时间和相位调制深度之间的关系。

关键词：中红外波段液晶光学相控阵相位调制深度快速响应

中红外波段高速硅基电光调制器设计与优化(特邀)

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红外与激光工程 2022年第3期51卷 71-78页

作者：刘雨菲李欣雨王书晓岳文成蔡艳余明斌中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室上海200050 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 上海微技术工业研究院上海201800

作为中红外波段中最接近O波段和C波段的波段,2μm波段区域逐渐引起人们的广泛关注。主要对2μm波段的马赫-增德尔型调制器进行优化设计和仿真,根据2μm波长下光模场分布的特点,选用具有340 nm厚度顶层硅的SOI衬底,结合实际工艺中240 nm... 详细信息

作为中红外波段中最接近O波段和C波段的波段,2μm波段区域逐渐引起人们的广泛关注。主要对2μm波段的马赫-增德尔型调制器进行优化设计和仿真,根据2μm波长下光模场分布的特点,选用具有340 nm厚度顶层硅的SOI衬底,结合实际工艺中240 nm硅刻蚀深度,得到宽度为600 nm以及平板层厚度为100 nm的最优脊波导结构。通过优化掺杂浓度和掺杂区位置获得综合性能最优的调制器器件,在4 V反向偏压下器件光损耗为5.17 dB/cm,调制效率为2.86 V·cm,静态消光比为23.8 dB,3dB EO带宽为27.1 GHz。同时,与220 nm厚度顶层硅器件相比较,器件的综合性能更为优越。研究内容为后续器件实际制作提供了依据,也为后续2μm波段光收发集成模块所需调制器设计提供了新的方向。

关键词：硅基光电子学中红外波段调制器

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中红外波段量子光源的研究进展

安徽大学学报（自然科学版） 2021年第5期45卷 10-19页

作者：金锐博田颖武汉工程大学光学信息与模式识别湖北省重点实验室湖北武汉430205 广东省量子科学与工程重点实验室(南方科技大学) 广东深圳518055

中红外波段的高质量量子光源对于下一代量子传感、量子成像和量子通信具有重要意义,已成为量子研究的热点.首先,概述研究中红外波段量子光源的意义;然后,综述中红外波段单光子源和纠缠光源的研究进展;最后,对该领域未来发展方向进行探讨.

关键词：纠缠光源单光子源中红外波段量子传感量子成像

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中红外波段超快光纤激光器研究进展

中国激光 2020年第5期47卷 154-168页

作者：胡明列蔡宇天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室&光电信息技术教育部重点实验室天津300072

近年来中红外超快锁模激光器发展极为迅速,有效地推动了中红外超快激光在中红外频率梳和分子光谱学、材料加工和激光手术、分子生物和化学等领域的应用。从近年来中红外超快光纤激光器的进展开始,介绍了该波段各类光纤激光的进展,并分... 详细信息

近年来中红外超快锁模激光器发展极为迅速,有效地推动了中红外超快激光在中红外频率梳和分子光谱学、材料加工和激光手术、分子生物和化学等领域的应用。从近年来中红外超快光纤激光器的进展开始,介绍了该波段各类光纤激光的进展,并分析了如何从动力学调控上实现更窄脉宽、更远波长的技术方案;系统介绍了中红外光纤放大器中啁啾脉冲放大和非线性放大技术。综合来看,中红外超快光纤激光器正处在高速发展阶段,未来具有极高的应用价值。

关键词：激光器锁模光纤激光器中红外波段放大器啁啾脉冲放大非线性放大

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中红外波段超广角抗反射微纳结构的研究

长春理工大学学报（自然科学版） 2022年第3期45卷 35-40页

作者：张艺馨张亢林鹤吴锦双沈思彤付跃刚长春理工大学光电工程学院长春130022 中国空间技术研究院西安分院西安710000 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室成都601209 长春理工大学光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室长春130022

采用时域有限差分法(FDTD)设计了一种具有超广角中红外波段减反射Si材料亚波长周期微纳结构,实现了在超广角(15°~80°)斜入射时大幅提高减反射性能。使用控制变量法分析了亚波长结构的周期、结构高度、底端直径和顶端直径对反射率的影... 详细信息

采用时域有限差分法(FDTD)设计了一种具有超广角中红外波段减反射Si材料亚波长周期微纳结构,实现了在超广角(15°~80°)斜入射时大幅提高减反射性能。使用控制变量法分析了亚波长结构的周期、结构高度、底端直径和顶端直径对反射率的影响,并剖析结构参数对宽带和宽角度的影响机理。通过仿真计算研究表明:区别于传统的减反射结构,四棱台结构在中红外波段超广角入射时可以保持较低的反射率,平均反射率低至1%左右,最低可至0.01%,为超广角宽带抗反射结构的设计提供了新的设计方案。

关键词：超广角中红外波段抗反射亚波长结构时域有限差分法

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中红外波段超快强激光场驱动的原子单电离

光学学报 2018年第6期38卷 29-34页

作者：林志阳林宝卿陈志心华侨大学信息科学与工程学院福建厦门361021 福建省光传输与变换重点实验室福建厦门361021

利用波长可调谐的强飞秒激光脉冲,在中红外波段系统地测量了氙原子的单电离离子产率随光强的变化关系。基于PPT模型和ADK模型进行了理论计算,并将理论计算结果与实验结果进行了对比,发现在整个测量区域,基于PPT模型的计算结果均与实验... 详细信息

利用波长可调谐的强飞秒激光脉冲,在中红外波段系统地测量了氙原子的单电离离子产率随光强的变化关系。基于PPT模型和ADK模型进行了理论计算,并将理论计算结果与实验结果进行了对比,发现在整个测量区域,基于PPT模型的计算结果均与实验结果相符,而在较长波长、较高光强时基于ADK模型的计算结果与实验结果吻合较好。两种理论模型在深隧穿电离区域的一致性及其描述原子单电离行为的有效性在实验中得到了直接验证,可以利用这两种模型准确地标定长波长激光脉冲的绝对光强。

关键词：原子与分子物理学中红外波段超快强激光场单电离

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近红外和中红外波段量子光源的频谱特性研究

近红外和中红外波段量子光源的频谱特性研究

作者：田颖武汉工程大学

学位级别：硕士

量子光源包括单光子源和纠缠光源,它是量子信息处理应用中信息的载体,也是量子信息研究中重要的基础资源。按照工作波长分类,量子光源可分为可见光波段、近红外波段、中红外波段及其它波段的量子光源。目前常用的量子光源处于近红外波段... 详细信息

量子光源包括单光子源和纠缠光源,它是量子信息处理应用中信息的载体,也是量子信息研究中重要的基础资源。按照工作波长分类,量子光源可分为可见光波段、近红外波段、中红外波段及其它波段的量子光源。目前常用的量子光源处于近红外波段,如810nm和1550nm波段,而中红外波段（约2-20μm）的量子光源研究处于起步阶段。虽然前人已取得一些进展,但近红外和中红外波段仍然缺乏高质量的量子光源。如何在近红外和中红外波段制备亮度高、频谱无关联和易于操作的量子光源仍然是一个亟待解决的问题。针对这一问题,本文对近红外波段和中红外波段的量子光源进行探究,主要包含以下两个工作:（1）在810nm波段,基于强聚焦泵浦产生纠缠光子进行Hong-Ou-Mandel（HOM）干涉。该工作对在泵浦光强聚焦条件下基于偏硼酸钡（β-barium borate,BBO）晶体产生的双光子纠缠态光谱分布和HOM干涉进行了深入研究。理论计算发现,使用50mm透镜聚焦的情况与无聚焦的情况相比,下转换光的光谱宽度会增加7.4倍,HOM干涉条纹的宽度会减少为无聚焦情况的1/8,干涉条纹的可见度会从53.0%提高到98.7%。实验上使用Ⅱ型BBO晶体制备了能量-时间纠缠态,并进行了Hong-Ou-Mandel干涉,获得了（86.6±1.0）%的干涉可见度。干涉可见度获得极大提高的原因在于强聚焦改善了光谱的对称性。（2）在3.0μm波段,基于粒子群算法优化周期性极化铌酸锂（periodically polarized lithium niobate,PPLN）晶体产生频域纯态单光子源。在本工作中,提出了一种利用元启发式算法设计PPLN晶体的方法。具体地,采用了粒子群优化算法来优化PPLN晶体极化周期的占空比。经过优化后,在第三种群速度匹配条件下,光谱纯度由0.820提高到0.998。此外,经模拟计算后在波长简并条件下,波长可调谐范围为3.0μm～4.0μm;在波长非简并条件下,波长可调谐范围为3.0μm～3.7μm。该研究对中红外量子探测、量子成像和量子通信的发展具有重要意义。

关键词： BBO晶体 HOM干涉粒子群算法中红外波段 PPLN晶体