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二维光子晶体波导耦合器开关特性的FDTD研究

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二维光子晶体波导耦合器开关特性的FDTD研究

作者：赵鲲北京化工大学

学位级别：硕士

光子晶体的光子局域特性,能够实现人为的控制光的流动,使得光子晶体光开关器件具有传统的光开关器件所不具有的优势。光子晶体光开关与传统光开关器件相比,在开关的结构、速度、可靠性、功耗、可扩展性等各方面都具有很大的优势,这使其... 详细信息

光子晶体的光子局域特性,能够实现人为的控制光的流动,使得光子晶体光开关器件具有传统的光开关器件所不具有的优势。光子晶体光开关与传统光开关器件相比,在开关的结构、速度、可靠性、功耗、可扩展性等各方面都具有很大的优势,这使其成为未来集成光路元件的理想选择。本文针对二维光子晶体波导耦合器型全光开光进行了研究,主要内容包括:1、利用时域有限差分法(FDTD),讨论了常见的两种二维光子晶体的结构,以及不同的晶格常数、介质柱半径对禁带位置、带宽和透射结果的影响。2、对二维光子晶体线缺陷波导进行了多方面研究,包括:以正方晶格二维光子晶体为例,对其线缺陷波导结构的传输特性进行模拟,得到不同频率入射光的传输特性。同时对90°弯曲波导的光传输特性进行模拟,证明了其光传输的低损耗性。讨论了二维光子晶体波导耦合的结构、原理、及耦合功能的实现。选择适合的器件长度可以实现耦合波能量在波导间的来回传递。同时设计了一种特定结构的耦合器,可以实现不同频率光的定向耦合功能。根据不同的需求可以调整光子晶体耦合器的结构及参数设计。3、讨论了一种二维光子晶体波导耦合器型全光开关,并用FDTD对其能带及传输特性进行了研究。数值计算表明,适合的耦合系数与长度,可以实现光传输的开关作用,减小耦合长度会降低带宽。同时还建立了非线性的FDTD模型,对此类结构光开关的非线性吸收效果进行了研究,发现非线性双光子吸收效应会对光开关的作用效果产生一定影响,这为将来此类光开关器件的设计提供了一定的理论依据。

关键词：光子晶体时域有限差分法(FDTD) 耦合波导光开关

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光子晶体定向耦合三波长功分器

光子学报 2013年第2期42卷 167-170页

作者：黎磊刘桂强陈元浩唐发林江西师范大学物理与通信电子学院江西省光电子与通信重点实验室南昌330022

以二维三角晶格光子晶体为研究对象,在该光子晶体中引入两行以一行耦合介质柱为间距的平行单模线缺陷波导.通过分析和研究光子晶体波导耦合结构的耦合和解耦合特性,发现在不同频率下耦合波导的耦合长度不同.利用平面波展开法和定向耦合... 详细信息

以二维三角晶格光子晶体为研究对象,在该光子晶体中引入两行以一行耦合介质柱为间距的平行单模线缺陷波导.通过分析和研究光子晶体波导耦合结构的耦合和解耦合特性,发现在不同频率下耦合波导的耦合长度不同.利用平面波展开法和定向耦合原理计算了在不同入射光频率下,缺陷波导间耦合波导的耦合长度,设计了一种新型超微光子晶体波导耦合型三波长功分器,实现了归一化频率分别为0.369、0.394、0.435的光波的分束效果.采用时域有限差分法验证了该功分器具有很好的功率分配效果.本文结果有助于光子晶体新型滤波器、定向耦合器、波分复用器、偏振光分束器以及光开关等光子器件的研究.

关键词：光学器件光子晶体耦合波导功分器

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透射式固态电光扫描器设计

红外与激光工程 2006年第4期35卷 424-428,489页

作者：吴新社蔡毅昆明物理研究所云南昆明650223

针对红外成像系统常用光机扫描器的不足,提出了没有机械运动部件的全固态电光扫描器设计方法,给出了几种透射式固态电光扫描器结构,主要包括扫描列阵、耦合波导和控制电路三个部分。工作原理是:通过控制电路顺序控制各扫描单元光信号的... 详细信息

针对红外成像系统常用光机扫描器的不足,提出了没有机械运动部件的全固态电光扫描器设计方法,给出了几种透射式固态电光扫描器结构,主要包括扫描列阵、耦合波导和控制电路三个部分。工作原理是:通过控制电路顺序控制各扫描单元光信号的传输,再通过耦合波导将光信号耦合到探测器上实现扫描成像。扫描列阵将完整图像分割成图像单元,耦合波导将空间位置不同的图像单元耦合到红外焦平面探测器上,控制电路用来控制扫描列阵各图像单元的工作状态。这种扫描器体积小、重量轻、结构紧凑,采用与红外焦平面探测器制作工艺相似的半导体制作工艺,具有与探测器集成的技术基础,控制起来更加方便。

关键词：电光扫描器固态结构透射式扫描列阵耦合波导

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基于量子绝热捷径技术的光波导分束器设计

上海大学学报（自然科学版） 2016年第5期22卷 545-551页

作者：浦珺慧施解龙吴仁华陈玺上海大学理学院上海200444

用于加快量子绝热"慢"过程的量子绝热捷径技术,已广泛应用于原子、分子和光物理.基于耦合波导的量子光学类比,利用量子绝热捷径技术设计光学波导的耦合系数与传播常数,实现快速的光波导分束器件.通过数值模拟,并与共振耦合和绝热耦合波... 详细信息

用于加快量子绝热"慢"过程的量子绝热捷径技术,已广泛应用于原子、分子和光物理.基于耦合波导的量子光学类比,利用量子绝热捷径技术设计光学波导的耦合系数与传播常数,实现快速的光波导分束器件.通过数值模拟,并与共振耦合和绝热耦合波导进行比较.结果表明,量子绝热捷径技术所设计的光学波导分束器具有长度短、输出稳定性高的优势.

关键词：集成光学耦合波导量子绝热捷径光分束器

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基于环形谐振腔的双波长半导体激光器的研制

微纳电子技术 2014年第6期51卷 355-358页

作者：齐利芳李献杰赵永林蔡道民尹顺政高向芝中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051

由于半导体环形激光器器件尺寸不再受解理面的限制,结构简单紧凑,容易集成,近年来成为集成光源领域的研究热点之一。采用MOCVD系统外延生长InAlGaAs多量子阱激光器材料,利用BCl3,Cl2和Ar刻蚀气体的ICP干法刻蚀技术和PECVD介质钝化工艺,... 详细信息

由于半导体环形激光器器件尺寸不再受解理面的限制,结构简单紧凑,容易集成,近年来成为集成光源领域的研究热点之一。采用MOCVD系统外延生长InAlGaAs多量子阱激光器材料,利用BCl3,Cl2和Ar刻蚀气体的ICP干法刻蚀技术和PECVD介质钝化工艺,研制了基于环形谐振腔的双波长半导体激光器样品,实现了激光光源的单片集成。该激光器由两个半径分别为200和205μm的环形谐振腔和一条脊宽为3.4μm的直波导耦合构成,两者之间的耦合间距为1.0μm,当两个环形激光器的注入电流分别为50.12和50.22 mA时,对应的激射波长为1 543.12和1 545.64 nm。改变激光器的注入电流,可调节峰值波长与波长间隔。

关键词：双波长环形激光器谐振腔单片集成耦合波导

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光纤通信光开关的物理基础(续)

物理实验 2003年第3期23卷 6-9页

作者：李淳飞哈尔滨工业大学应用物理系黑龙江哈尔滨150001

3.2定向耦合器电光开关定向耦合器电光开关是在电光材料(如LiNbO3、化合物半导体、有机聚合物)的衬底上制作1对条形波导和1对电极构成,如图5所示.当不加电压时,它是1个具有2条波导和4个端口的定向耦合器.一般称1-3和2-4为直通臂,1-4和2-... 详细信息

3.2定向耦合器电光开关定向耦合器电光开关是在电光材料(如LiNbO3、化合物半导体、有机聚合物)的衬底上制作1对条形波导和1对电极构成,如图5所示.当不加电压时,它是1个具有2条波导和4个端口的定向耦合器.一般称1-3和2-4为直通臂,1-4和2-3为交叉臂.

关键词：定向耦合器耦合波导光纤通信光开关物理基础

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基于光子晶体微腔的传感器性能分析

基于光子晶体微腔的传感器性能分析

作者：杨伊北京邮电大学

学位级别：硕士

由介电常数周期性变化材料构成的光子晶体作为一种新型的光电材料,具有良好的光子局域、超小体积、易于集成等特性。利用光子晶体构成的微腔具有非常高的品质因数、极小的模式体积、超强的局域能力等优良特性,将光子晶体微腔应用于传感... 详细信息

由介电常数周期性变化材料构成的光子晶体作为一种新型的光电材料,具有良好的光子局域、超小体积、易于集成等特性。利用光子晶体构成的微腔具有非常高的品质因数、极小的模式体积、超强的局域能力等优良特性,将光子晶体微腔应用于传感器的设计制作可以极大地增强传感器的灵敏度,减小传感器的体积,便于传感器阵列集成。因此,对于光子晶体微腔传感器的研究十分必要,本文对基于光子晶体微腔的传感器进行了性能分析和应用研究,其主要的分析和研究成果分为以下几个方面：首先,基于优化设计的耦合边腔,用级联硅波导对多个耦合边腔进行集成,构成了一个具有多功能、高灵敏度、可重复检测的光子晶体生化传感器阵列。通过调整边腔距离耦合波导的位置以及边腔周围结构获得最大的透射率与光子局域能力,为提高生化传感的灵敏度提供了条件。接下来通过优化级联硅波导,将多块光子晶体边腔结构级联构成光子晶体传感器阵列,达到最佳的耦合级联效果。构成的生化传感器阵列可达到120nm/RIU的传感灵敏度,并且多个微腔之间影响很小,每个微腔传感器可以单独工作,也可同时进行生化传感检测。其次,基于一种光子晶体斜型微腔,对微腔周围结构进行设计与优化,获得了最高品质因数达到7800的微腔结构。对利用这种斜型微腔设计的二维压力传感器和三维微机械传感器均进行了研究,在每个维度上都具有同一量级的传感灵敏度和最小机械量检测极限,实现了多维微机械传感,其中最高压力传感灵敏度为12.5nm/μN,最小压力检测极限为16nN。实现了在单一光子晶体结构上同时进行多维微机械传感。最后,基于斜型微腔,设计了光子晶体波导与斜型微腔之间的距离和角度,通过将多个斜型微腔串并联,构成光子晶体微腔传感器阵列。简化了能量分束结构,提高了光子晶体平板结构上的空间利用率,并使集成度大大提高。每个斜型微腔均可单独进行生化传感,既实现了单一物质的冗余检测,又实现了多种不同物质的同时检测。这种耦合集成方式可用于未来较大规模光子晶体微腔阵列的集成。以上这些研究成果为光子晶体微腔传感器的设计、集成应用提供了新的方向与思路,在多维微机械传感和大规模光子晶体微腔传感器阵列集成的研究中有重要的参考意义和应用价值。

关键词：光子晶体点缺陷微腔耦合波导多维微机械传感串并联集成

AlGaInAs multi-quantum wells ring laser with optical coupling waveguides

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Chinese Science Bulletin 2009年第20期54卷 3716-3719页

作者： LI XianJie QI LiFang GUO WeiLian YU JinLong ZHAO YongLin CAI DaoMin YIN ShunZheng MAO LuHong 13th Institute of China Electronic Technology Group Corporation Shijiazhuang 050051 China School of Electronic Information Engineering Tianjin University Tianjin 300072 China

Based on InAlGaAs multi-quantum wells epitaxy structure for Fabry-Pero laser diode,a multi-quantum wells semiconductor ring laser is realized using ICP dry etching process and polyimide planarization *** laser is generated in a semiconductor resonator ring and is output by two coupled integrated bus *** ring diameter is 700 μm and the width of the waveguide is 3 μ*** output optical power-current(P-I) characteristic and the wavelength spectra of the ring laser are measured using a fiber coupled to the cleaved facet of the bus *** threshold current of the device is 120 mA and the wavelength is 1602 nm at an injected current of 160 *** addition,the operation mode for the laser in the resonator ring is roughly discussed based on the P-I characteristic plot.

关键词：波导激光器多量子阱量子阱半导体激光器耦合环光学输出电流耦合波导激光波长

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二维光子晶体的能带及慢光特性研究

光电技术应用 2011年第6期26卷 49-54,74页

作者：李彩珊娄淑琴北京交通大学电子信息工程学院光波技术研究所北京100044

通过二维方形与二维三角晶格光子晶体光纤能带的对比,选取二维三角晶格作为研究对象。介电常数的周期性在光子晶体中可以形成特殊的光子禁带,进而控制光子的运动状态。基于此,提出了一种单线缺陷光子晶体波导结构,通过分析其含有线缺陷... 详细信息

通过二维方形与二维三角晶格光子晶体光纤能带的对比,选取二维三角晶格作为研究对象。介电常数的周期性在光子晶体中可以形成特殊的光子禁带,进而控制光子的运动状态。基于此,提出了一种单线缺陷光子晶体波导结构,通过分析其含有线缺陷时的能带结构及其色散关系、对群速度的影响等,使其有效慢光区域的GVD位于105～106量级。通过动态变化介电常数和晶格半径,实现动态可调的群速度,可以将群速度动态调节到0.1 c以下,同时仿真验证了影响群速度改变的根本因素为缺陷带频率的变化。

关键词：平面波展开法缺陷群速度能带耦合波导光子晶体