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基于光子晶体共振耦合的四波长波分复用/解复用器

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物理学报 2012年第5期61卷 228-234页

作者：张佳徐旭明何灵娟于天宝郭浩南昌大学物理系南昌330031 中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室北京100083

谐振腔因其具有选频功能而在集成光学领域具有广泛的应用.通过两个光子晶体环形腔、四个不同尺寸的光子晶体微腔及波导之间的耦合,实现了1310 nm,1550 nm,1600 nm和1650 nm四个波长的波分解复用.时域有限差分法模拟分析的结果表明,仅仅... 详细信息

谐振腔因其具有选频功能而在集成光学领域具有广泛的应用.通过两个光子晶体环形腔、四个不同尺寸的光子晶体微腔及波导之间的耦合,实现了1310 nm,1550 nm,1600 nm和1650 nm四个波长的波分解复用.时域有限差分法模拟分析的结果表明,仅仅通过调制输出波导边缘介质柱的半径,即可使四个波长的输出效率均达到90%以上.所设计的器件不但效率高,而且尺寸小(约为12μm×17μm),在未来的光通信领域中具有潜在的应用价值.

关键词：光子晶体环形腔微腔共振耦合波分复用/解复用器

非对称耦合双阱中电子能级共振耦合的荧光特征

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科学通报 1993年第10期38卷 897-900页

作者：徐士杰罗晋生江德生李国华张耀辉西安交通大学电子工程系西安710049 中国科学院半导体研究所北京100083

半导体量子阱间的能级共振耦合及载流子共振隧穿是人们非常感兴趣的基本量子物理问题,而且它们有着重要的量子电子器件应用价值。由两个相互之间有耦合作用的量子阱组成的双阱结构是一个最简单的耦合量子阱系统。两个阱可以是相同的,也... 详细信息

半导体量子阱间的能级共振耦合及载流子共振隧穿是人们非常感兴趣的基本量子物理问题,而且它们有着重要的量子电子器件应用价值。由两个相互之间有耦合作用的量子阱组成的双阱结构是一个最简单的耦合量子阱系统。两个阱可以是相同的,也可以是不同的。由两个相同量子阱构成的对称耦合双阱系统,在通常情况下其能态是扩展的,形成一个对称态和一个反对称态;而由两个不同量子阱构成的非对称耦合双阱系统。

关键词：量子阱共振耦合半导体电子能级

动态位相调制光子共振耦合结构的频率特性研究

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动态位相调制光子共振耦合结构的频率特性研究

作者：褚培新西南科技大学

学位级别：硕士

近年来光与物质相互作用正成为微纳光学中的热门研究,研究范围不仅仅在探索光与物质相互作用的成因上,也包含光通信,光学器件的设计以及集成等应用层面。在微纳光子结构中的光学共振与耦合现象是非常普通但又很重要的光学现象,通过光学... 详细信息

近年来光与物质相互作用正成为微纳光学中的热门研究,研究范围不仅仅在探索光与物质相互作用的成因上,也包含光通信,光学器件的设计以及集成等应用层面。在微纳光子结构中的光学共振与耦合现象是非常普通但又很重要的光学现象,通过光学结构中的共振与耦合效应,不仅可以裁剪结构的光谱响应,同时也能带来许多新奇的光学现象。一般来说,电磁模式的共振耦合效应主要由结构的几何参数决定。当结构参数确定后,结构的电磁性能也被固定。如果在结构中引入动态调制元件,不仅可以增加结构性能的可调谐性,还可以产生新的光学应用。基于亚波长光子结构中的共振耦合现象,本文进行了以下研究:（1）金属波导-微腔中电磁诱导透明现象研究在金属波导中设计出开口狭缝连接的金属微腔结构,消除了微腔与波导间的距离限制。利用波导与金属微腔中表面等离激元模式间的直接耦合,观察到结构透射光谱中存在电磁诱导透明现象。利用时域耦合模理论分析腔内模式耦合的动力学过程,从而解释结构中电磁诱导透明现象的产生机理,讨论了狭缝宽度以及位置变化对结构透明窗口的影响。（2）电介质波导脊结构中Fano反共振现象研究在电介质双脊结构中,利用波导脊内共振模式间的间接耦合,观察到结构光谱响应的Fano共振与Fano反共振现象。利用时域耦合模方程与Fano公式联合推导出Fano参数,理解了光谱中出现的两种由Fano反共振现象造成的透射抑制情况。当两个电介质脊设置为相同的宽度,可以观察到结构中会因为Fano反共振的存在而引起的连续谱中的局域态,使得结构共振Q值大大增加。（3）基于动态相位调制下多层膜共振耦合结构中频率转换研究设计了一种多层膜结构,结构中支持两个共振耦合模式。在结构中对电介质引入动态相位调制,并通过改变外部调制相位使共振模式间形成相位差,观察到反射谐波中基频的左右边带会随着相位的改变而发生改变,形成基于调制相位变化的非对称频率转换。利用时域耦合模理论,建立了三模耦合模型对非对称频率转换的产生机制进行了解释。

关键词：共振耦合动态调制 Fano共振电磁诱导透明频率转换

基于共振耦合光子晶体多波长THz滤波器的研究

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基于共振耦合光子晶体多波长THz滤波器的研究

作者：卫晓颖南京邮电大学

学位级别：硕士

太赫兹波是频率范围为0.1-10THz的电磁波,它是很好的宽带信息载体,由于所处的特殊频段,它的方向性和穿透性在通信方面具有很大的潜力。光子晶体具有光子禁带和光子局域等特点,将光子晶体技术用于制作THz通信的关键器件THz滤波器具有重... 详细信息

太赫兹波是频率范围为0.1-10THz的电磁波,它是很好的宽带信息载体,由于所处的特殊频段,它的方向性和穿透性在通信方面具有很大的潜力。光子晶体具有光子禁带和光子局域等特点,将光子晶体技术用于制作THz通信的关键器件THz滤波器具有重要意义。本文将光子晶体技术和THz技术相结合,提出一种基于共振耦合的光子晶体多波长THz滤波器。首先分析了基于共振耦合光子晶体THz波滤波器的基本原理,然后在此基础上设计了直波导和环形腔相结合的简单正方晶格光子晶体结构,接着,分析环形腔的不同结构对滤波器性能的影响。通过改变内部介质柱半径及其折射率,改变散射介质柱的半径等等,对不同波长的THz波进行滤波。经过优化,得到一种4×3内部介质柱,带有四个散射介质柱的光子晶体环形腔滤波器。最后,利用RSoft软件仿真分析了不同波长的THz信号入射时,滤波器的性能指标。仿真结果表明,简单正方晶格光子晶体的光子带隙宽度较大,对应的波长范围在65.265～88.613μm。该基于共振耦合的光子晶体多波长THz滤波器可以实现四个波长分别为82.086μm(频率为3.654THz)、83.168μm(频率为3.607THz)、84.457μm(频率为3.552THz)和85.601μm(频率为3.505THz)的窄带滤波,相应的频带宽度为:0.0017THz、0.0009THz、0.0016THz和0.0013THz。该滤波器的滤波效率几乎接近100%、插入损耗低于0.1dB,信道隔离度接近20dB,响应时间在2ns左右,滤波性能优良。该滤波器在未来的多波长THz通信领域中具有广泛的应用前景。

关键词：共振耦合光子晶体 THz波环形腔滤波器

基于光子晶体共振耦合的波分复用/解复用器的设计与研究

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基于光子晶体共振耦合的波分复用/解复用器的设计与研究

作者：张佳南昌大学

学位级别：硕士

光子晶体是介电常数呈空间周期变化的人工材料,而且其空间周期与光波波长在同一数量级。人们过去大多主要研究具有禁带的光子晶体的一些性质,在禁带中,没有模式存在。通过引入线缺陷,可在光子晶体中形成一个波导。光子晶体波导和光子晶... 详细信息

光子晶体是介电常数呈空间周期变化的人工材料,而且其空间周期与光波波长在同一数量级。人们过去大多主要研究具有禁带的光子晶体的一些性质,在禁带中,没有模式存在。通过引入线缺陷,可在光子晶体中形成一个波导。光子晶体波导和光子晶体谐振腔是两个组成各种光电器件的最基本元件,因其体积小,易于大规模集成而具有广泛的应用。本论文是以光子晶体波导、光子晶体谐振腔之间的共振耦合作用作为波分复用研究的基础。 1.采用耦合模理论分析光子晶体环形谐振腔与微腔所具有的相关性质,首先得与对光子晶体微腔的大小、耦合特性、谐振频率等性能相关的影响参数;其次,利用平面波展开法和时域有限差分法研究光波在环形腔中的传输和耦合特性。 2.根据耦合模理论研究光子晶体波导、环形谐振腔以及微腔的耦合作用,利用共振耦合理论计算出组合腔的共振耦合频率。基于光子晶体谐振腔与波导的耦合作用,设计一种共振耦合腔滤波器。 3.通过两个光子晶体环形腔、四个不同尺寸的光子晶体微腔及波导之间的耦合,实现了1310nm、1550nm、1600nm和1650nm四个波长的波分解复用.时域有限差分法模拟分析的结果表明,仅仅通过调制输出波导边缘介质柱的半径,即可使四个波长的输出效率均达到90%以上。所设计的器件不但效率高,而且尺寸小（约为12μm×17μm）,在未来的光通信领域中具有潜在的应用价值。 4.基于环形腔和三个的组合腔的共振耦合理论,设计了一种高效超微的三波长波分复用器。该器件由一个环形腔与三个微腔构成,通过改变微腔的中央介质柱半径,实现了1440nm、1490nm和1550nm三个波长的波分解复用。时域有限差分法模拟分析表明,所设计的器件不但效率高（均达到90%以上）,而且尺寸小（约为12μm×11μm）,这些特性使其在未来光集成领域具有广泛的应用价值。

关键词：光子晶体波导环形谐振腔微腔共振耦合滤波器波分复用/解复用器

基于共振耦合电路的脉冲生成与发射系统的设计

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基于共振耦合电路的脉冲生成与发射系统的设计

作者：方黎南京航空航天大学

学位级别：硕士

本文利用双谐振回路间共振耦合的时域特征，结合电小天线的输入阻抗特性，提出并设计了一种新型的脉冲生成与发射系统。区别于传统的将脉冲生成电路与脉冲发射天线分开单独设计的方法，本文将高电抗的电小天线作为谐振回路的一部分，通... 详细信息

本文利用双谐振回路间共振耦合的时域特征，结合电小天线的输入阻抗特性，提出并设计了一种新型的脉冲生成与发射系统。区别于传统的将脉冲生成电路与脉冲发射天线分开单独设计的方法，本文将高电抗的电小天线作为谐振回路的一部分，通过开关控制谐振回路之间的能量耦合生成并发射脉冲信号，从而形成了脉冲生成电路与发射天线的一体化设计，提供了脉冲发射系统小型化、低成本和低复杂度的一种新型实现途径。论文具体内容包括：（1）提出了一种基于共振耦合电路的脉冲生成电路并介绍了脉冲生成与发射系统的设计原理。（2）对脉冲生成电路进行了具体时域分析，包括电路各元件的取值对脉冲宽度、脉冲幅度的影响，并单独制作了脉冲生成电路进行测试，然后在实验基础上对电路进行了修改。（3）介绍了电小天线的性能特点，并给出了三款电小天线的等效电路模型，利用天线的等效电路模型，对完整的脉冲生成与发射系统进行了设计和仿真，仿真结果初步证实了该设计能够有效辐射脉冲。（4）根据实验条件，将10cm单极子天线和直径10cm的环形天线作为实验天线并对其进行了单独仿真与实物测试。然后根据测试结果设计了两款脉冲发射系统并制作了实物进行测试，实验结果进一步证实了该设计的可行性。

关键词：电小天线共振耦合脉冲生成脉冲发射时域分析

基于DNA控制的双纳米金球共振耦合对图像增强的研究

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基于DNA控制的双纳米金球共振耦合对图像增强的研究

作者：王景鑫大连理工大学

学位级别：硕士

光学检测微纳米粒子在纳米光电子、生物医学等领域具有重要的应用价值和研究价值,而研究双纳米粒子共振耦合对图像的增强效果,对提升光学探测纳米粒子技术水平具有重要意义。在高会聚的光场激励下,金属纳米粒子产生局域表面等离子体效应... 详细信息

光学检测微纳米粒子在纳米光电子、生物医学等领域具有重要的应用价值和研究价值,而研究双纳米粒子共振耦合对图像的增强效果,对提升光学探测纳米粒子技术水平具有重要意义。在高会聚的光场激励下,金属纳米粒子产生局域表面等离子体效应,对图像有增强效果,因此可以将纳米粒子用于生物探针,对生物体做纳米显微成像。本论文应用三维时域有限差分法(3D-Finite Difference Time Domain),主要研究了双金属纳米粒子结构的耦合共振特性和共振耦合对图像的增强效果。本文的研究成果将广泛应用在生物医学显微成像领域,更易于对疾病作出早期诊断。在显微成像中,共振增强的强度和共振光谱特征一直是学者们感兴趣的课题,但目前还未有深入的研究,本论文利用三维时域有限差分法,系统研究了单、双体金属纳米结构的耦合共振特性和近场分布之间的关系,并通过实验验证了理论。本课题的研究成果将广泛应用在生物医学显微成像领域,更易于对疾病作出早期诊断。金纳米粒子具有易制备、易修饰、体积小,毒性低,且生物相容性良好等特性,可以作为生物探针,另外双纳米粒子的局域表面等离子体效应能增强信号,更便于生物医学方面的应用。本文研究了：1)利用FDTD方法,建立模型,详细说明了模型的建立及参数设定。计算了单纳米金球和双纳米粒子的消光曲线和近场电场分布;计算了不同间距的双纳米金球的消光曲线及近场电场分布,比较了单纳米金球和双纳米金球的消光曲线和能量分布,可以明确双纳米金球间存在局域表面等离子体效应,并利用这个效应探索对在图像增强上应用;2)研究了双纳米金球与会聚光相互作用,双纳米球对会聚光的散射作用;3)通过生物化学手段,自己设计并制作了直径为60nm,间距为2nm左右的双纳米金球,并通过SEM扫描验证,用于光学扫描实验。在本文中,通过模型仿真结果和实验数据,实现了60 nm直径双纳米金球耦合共振对图像增强。本文主要创新点：1)应用数值仿真和实验两种手段验证了双纳米金球共振耦合对图像的增强效果;2)通过FDTD方法的计算,明确了共振耦合作用与双纳米金球间距的关系;3)应用DNA技术控制双纳米金球的距离,并用SEM和TEM方法验证了样品质量,并应用于光学扫描成像。

关键词：双金纳米粒子共振耦合 DNA纳米卡振幅