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超快激光在铌酸锂内部诱导微纳光子结构研究进展(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第1期61卷 294-307页

作者：张博王梓权王卓邱建荣浙江大学光电科学与工程学院浙江杭州310027

铌酸锂晶体(LN)凭借优异的光学特性,已经成为构建新一代集成光电器件和光学系统的关键性基础材料。基于强场-物质相互作用的超快激光选择性材料修饰技术使得在三维空间中按需创建LN基功能化微结构成为可能,为探索LN光子学、发展LN先进... 详细信息

铌酸锂晶体(LN)凭借优异的光学特性,已经成为构建新一代集成光电器件和光学系统的关键性基础材料。基于强场-物质相互作用的超快激光选择性材料修饰技术使得在三维空间中按需创建LN基功能化微结构成为可能,为探索LN光子学、发展LN先进加工技术、构建集成光子器件和光学系统提供了有力的工具。本文聚焦近年来国内外研究团队所取得的重要进展,从超快激光修饰LN基本原理出发,重点介绍了超快激光在LN内部诱导微纳光子结构的新现象、新机制和新应用,包括超快激光直写光波导、制备非线性光子晶体、操控铁电畴、多维光存储等前沿领域的最新成果。最后,对超快激光赋能LN光子学进行了展望。

关键词：超快激光激光诱导铌酸锂光子结构

超快激光在铌酸锂内部诱导微纳光子结构研究进展

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激光与光电子学进展 2024年

作者：张博王梓权王卓邱建荣浙江大学光电科学与工程学院

铌酸锂晶体（LN）凭借优异的光学特性，已经成为构建新一代集成光电器件和光学系统的关键性基础材料。基于强场-物质相互作用的超快激光选择性材料修饰技术使得在三维空间中按需创建LN基功能化微结构成为可能，为探索LN光子学、发展LN... 详细信息

铌酸锂晶体（LN）凭借优异的光学特性，已经成为构建新一代集成光电器件和光学系统的关键性基础材料。基于强场-物质相互作用的超快激光选择性材料修饰技术使得在三维空间中按需创建LN基功能化微结构成为可能，为探索LN光子学、发展LN先进加工技术、构建集成光子器件和光学系统提供了有力的工具。本文聚焦近年来国内外研究团队所取得的重要进展，从超快激光修饰LN基本原理出发，重点介绍了超快激光在LN内部诱导微纳光子结构的新现象、新机制和新应用，包括超快激光直写光波导、制备非线性光子晶体、操控铁电畴、多维光存储等前沿领域的最新成果。最后，对超快激光赋能LN光子学进行了展望。

关键词：超快激光激光诱导铌酸锂光子结构

超快激光在铌酸锂内部诱导微纳光子结构研究进展（特邀）

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激光与光电子学进展 2024年第1期 314-327页

作者：张博王梓权王卓邱建荣浙江大学光电科学与工程学院

关键词：超快激光激光诱导铌酸锂光子结构

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非对称光束干涉制备二维微纳光子结构研究

物理学报 2017年第21期66卷 364-370页

作者：吕浩尤凯兰燕燕高冬赵秋玲王霞青岛科技大学数理学院青岛266061 山东省新型光电材料与技术工程实验室青岛266061

研究了基于不同偏振组合的非对称4束和5束光干涉制备二维微纳光子结构.通过改变光束的参数组合获得了枝节状、波形状等结构.在非对称光束干涉中,光束的构型和偏振改变了波矢差分布,从而改变晶格形貌和对比度.利用CHP-C感光胶开展了全息... 详细信息

研究了基于不同偏振组合的非对称4束和5束光干涉制备二维微纳光子结构.通过改变光束的参数组合获得了枝节状、波形状等结构.在非对称光束干涉中,光束的构型和偏振改变了波矢差分布,从而改变晶格形貌和对比度.利用CHP-C感光胶开展了全息光刻实验制备,获得了与模拟一致的光子结构.该研究为制备新颖光子结构提供了有效途径,此类光子结构还可以为制备不同类型的金属点阵结构提供模板,对新型光子器件的制备和应用研究具有一定的促进作用.

关键词：多光束干涉非对称光子结构偏振

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光子结构猜想的仿真验证

数学的实践与认识 2012年第14期24卷 84-88页

作者：石磊高源黄俊峰吕志伟任德明曲彦辰哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室黑龙江哈尔滨150001

从龚祖同院士的类氢光子结构模型和北大学者的电磁场粒子模型出发,提出了等效作用和动态光子层的概念,并在此基础上,利用蒙特卡罗法和伽尔顿板法,对光的干涉、衍射现象进行了定量分析和仿真实验,验证了光子结构猜想的正确性.

关键词：光子结构蒙特卡罗光子层伽尔顿板

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基于光子结构猜想的波动性现象建模仿真研究

数学的实践与认识 2012年第14期24卷 89-97页

作者：王龙华李麟唐国明国防科学技术大学信息系统与管理学院湖南长沙410073

综合龚祖同院士的光子类氢原子结构论和北大俎栋林教授的光子电磁场结构论,提出了两种结构相统一的理论猜想.基于猜想对单缝衍射、双缝干涉以及多缝干涉中光强与光子尺度、细缝宽度等参数的关系进行建模,并以双缝干涉为例进行了仿真实验... 详细信息

综合龚祖同院士的光子类氢原子结构论和北大俎栋林教授的光子电磁场结构论,提出了两种结构相统一的理论猜想.基于猜想对单缝衍射、双缝干涉以及多缝干涉中光强与光子尺度、细缝宽度等参数的关系进行建模,并以双缝干涉为例进行了仿真实验.通过实验结果与经典波动光学中光强分布的对比,验证了模型的合理性.

关键词：光子结构统一理论光强建模仿真

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十二重准晶光子结构中的负折射与成像

物理 2006年第1期35卷 10-13页

作者：冯志芳张向东王义全李志远程丙英张道中中国科学院物理研究所北京100080 北京师范大学物理系北京100875 北京交通大学光波研究所北京100044

最近实验证明周期性的光子晶体中存在电磁波的负折射现象,并且观测到亚波长成像.然而,这些研究主要集中在周期性结构中,对非周期结构的研究还没有相关的报道.文章报道了一种新的理论和实验结果:非周期性十二重准晶光子结构同样存在负折... 详细信息

最近实验证明周期性的光子晶体中存在电磁波的负折射现象,并且观测到亚波长成像.然而,这些研究主要集中在周期性结构中,对非周期结构的研究还没有相关的报道.文章报道了一种新的理论和实验结果:非周期性十二重准晶光子结构同样存在负折射,并且可以实现超透镜的远场成像.具有这些特性的光子准晶可以广泛的应用于光集成器件中.

关键词：准晶负折射成像光子结构周期性

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基于微纳加工技术的光子结构设计

基于微纳加工技术的光子结构设计

作者：黄寅明广西大学

学位级别：硕士

随着信息技术和产业的不断进步,数据中心、云计算等大规模计算和存储设施的需求的不断增加,对高速、低能耗、高密度的通信和互连技术提出了更高要求。光子集成电路是一项推动现代光通信与网络发展、满足上述需求的关键技术,其具备体积... 详细信息

随着信息技术和产业的不断进步,数据中心、云计算等大规模计算和存储设施的需求的不断增加,对高速、低能耗、高密度的通信和互连技术提出了更高要求。光子集成电路是一项推动现代光通信与网络发展、满足上述需求的关键技术,其具备体积小、功耗低、抗干扰性强等优点,已被广泛运用于现代光通信、计算机、传感和量子等领域。光子结构及器件是组成光子集成芯片的基础,论文主要围绕基于微纳加工技术的光子结构设计展开研究,分别在飞秒激光直写平台和绝缘体上硅平台上,针对于功能性光子结构的设计提出相关方案,主要的研究内容分为以下方面:1、利用飞秒激光微加工系统对两款商用光学玻璃Corning Gorilla Glass 3和Eagle 2000进行了光波导刻写实验,探索了在不同玻璃内部利用飞秒激光诱导产生波导结构的功率阈值。实验结果表明,较低功率的激光在玻璃材料内部诱导出了直线波导结构;利用过高功率的激光进行刻写时,波导内部疑似出现了多重聚焦现象,这与飞秒激光在玻璃内部产生了多个聚焦点有关。另外,对比了两款样品中波导结构的特征尺寸,推测Eagle2000相较于Corning Gorilla Glass 3对飞秒激光在透明材质内部加工时所产生的热效应有着更好的稳定性。并基于上述实验数据,提出了一种基于模式演化的偏振转换装置。偏振转换器能够将输入的TE模式转换为TM模式,器件波导芯层采用类光子晶格结构,分析了利用飞秒激光直写技术制备类光子晶格结构的可行性。对类光子晶格结构波导的本征模式进行了求解,并仿真了与商用光纤SMF-28对接时的耦合效率,结果显示在一定的对位公差范围内,该波导结构的光纤—波导耦合效率能够保持75%以上。同时,对器件的模式转换效率进行了数值模拟,结果表明,在毫米尺度内最高可以实现高达94%的模式转换效率。2、利用基于直接二进制搜索算法的逆向设计方案,设计了一款结构紧凑的准光隔离器。准光隔离器能够在一个方向上实现高效率透射,并在反向方向强烈反射入射光,器件的尺寸为3.6×2.4μm,器件的传输损耗为0.20 d B,隔离度为19.98 d B。通过修改设计区域中像素点个数对器件进行了优化,最终优化器件的尺寸为3.6×3.6μm,传输损耗为0.31 d B,隔离度为27.39 d B。另外,对器件结构和设计区域中像素点的分布形式进行了分析,针对尺寸为3.6×2.4μm的准光隔离器,在不改变器件的复杂度和加工难度的情况下,通过变换结构尺寸和像素点分布形式,获得了更高的隔离度效果(25.73 d B)。此外,设计了一款准三端口光环形器,所设计的器件的尺寸为3.6×2.4μm,各个端口传输损耗低于0.6 d B,串扰分别为22.37 d B和15.82 d B,隔离度为15.29 d B。同时,展示了准三端口环形器的输出端口方向多样性的特点,这使得它能够设计任意方向的光路,并在任意方向上与其他光子元件连接,这方便了光子集成芯片的结构布局,并极大节省了芯片的面积。

关键词：微纳加工技术光子结构飞秒激光直写技术逆向设计

蝶翅启迪辐射热控复合薄膜的光子结构设计及性能研究

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蝶翅启迪辐射热控复合薄膜的光子结构设计及性能研究

作者：王鑫上海交通大学

学位级别：硕士

建筑制冷能耗占世界总能耗比例逐年增长,造成了诸多能源、环境、经济方面问题。鉴于这种严峻的形势,一种“零能耗、无污染”的辐射热控技术正在不断获得人们的关注:以热辐射的方式将热量源源不断的通过大气窗口释放到外太空(-270℃),辐... 详细信息

建筑制冷能耗占世界总能耗比例逐年增长,造成了诸多能源、环境、经济方面问题。鉴于这种严峻的形势,一种“零能耗、无污染”的辐射热控技术正在不断获得人们的关注:以热辐射的方式将热量源源不断的通过大气窗口释放到外太空(-270℃),辐射体可以实现表面温度的不断降低,达到比同等情况下无辐射性的物体乃至周围环境更低的温度。白天物体通常会受强烈的光照而导致升温,所以为了达到白天辐射制冷效果,需要同时实现日光高反射特性。在适者生存的自然法则下,经过亿万年的进化,自然界中很多物种都演变出了复杂精巧的微结构,有效地实现对光的调控特性。探究学习自然界生物的精妙微结构,为制备高效辐射热控薄膜提供了一种新的思路。本课题聚焦奥古斑粉蝶黄色翅膀的光学特性,通过巧妙借鉴奥古斑粉蝶鳞片的精细结构并加以改造,成功设计、制备出一种高性能复合光子结构柔性薄膜,并研究了其辐射控温性能。本文主要研究结果如下:(1)通过微观形貌表征、光谱测试及仿真模拟,发现奥古斑粉蝶黄色鳞片微观“框架-纳米珠”结构是一种可以有效控制特定波段高吸收或高反射的双效光子结构。然后在“解构-重构”仿生设计理念的指导下,利用FDTD模拟软件,不断简化、优化原始结构单元的相关参数(如形状、尺寸、材料组分等),将原始生物模型中的“正交几丁质框架+蝶呤纳米珠”结构转换为“定向排布多孔PVDF/TEOS纤维框架+Si O微球”复合光子结构,使得高反射率、高吸收率波段由原始模型的550nm-800nm、400nm-550nm扩展、迁移至250nm-2500nm日光波段、8μm-13μm大气窗口,以实现辐射制冷。(2)通过静电纺丝PVDF/TEOS框架及后续Si O小球沉积,低成本大面积地制备仿生辐射热控薄膜。由于高聚物框架较高的纤维堆积密度,薄膜在保持良好的柔性下还具有较高的机械强度,更有利于实际使用。光谱测试表明,无需任何金属涂层,厚度仅为300μm的薄膜即可以反射约97%的太阳辐射,并且在大气窗口表现出>0.96的极高平均发射率。使用自制装置测试了仿生薄膜辐射制冷性能,结果表明,在整个夜间,仿生薄膜几乎都可以实现比环境温度低约10℃的降温效果,即使在日光强度超过1000Wm的正午时分,相较环境温度,薄膜仍可实现最高约6℃的降温效果。薄膜夜间平均制冷功率为80Wm,白天平均制冷功率为61Wm。进一步的计算表明,实际降温效果与地表温度、空气湿度、装置的隔热性等外界因素都有密切联系。如果在更理想的条件下测试,薄膜还可以达到更高的降温性能。本文所制备出的辐射热控复合薄膜性能强、成本低,有望投入实际生产。同时,本文也证实了仿生学设计的高效性,为制备新型高性能低成本辐射热控器件提供了新的设计思路。

关键词：辐射热控仿生光子结构静电纺丝柔性复合膜