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不同零色散点光子晶体光纤的超连续谱产生

量子光学学报 2011年第3期17卷 237-241页

作者：宋晏蓉朱建银张晓北京工业大学信息光学研究所北京100124 北京工业大学应用数理学院北京100124

本文实验研究了飞秒脉冲在不同零色散点光子晶体光纤中传输时产生超连续谱的现象。首先,我们通过非线性薛定谔方程理论计算了激光脉冲分别在正、负色散光子晶体光纤中传输时产生的超连续谱;计算结果表明在正色散光子晶体光纤产生的超连... 详细信息

本文实验研究了飞秒脉冲在不同零色散点光子晶体光纤中传输时产生超连续谱的现象。首先,我们通过非线性薛定谔方程理论计算了激光脉冲分别在正、负色散光子晶体光纤中传输时产生的超连续谱;计算结果表明在正色散光子晶体光纤产生的超连续谱远远大于在负色散中产生的超连续谱。其次,在实验上采用零色散点分别为800 nm、1 060 nm和2 000 nm的光子晶体光纤,将脉宽为130 fs,中心波长800 nm,脉冲重复频率为80 MHz的脉冲输入这些光纤中产生超连续谱并研究其特性,实验结果表明光子晶体光纤的零色散点越小,在其中产生的超连续谱越宽越平坦。同时产生的超连续谱也与激光脉冲的能量和中心波长相关。

关键词：零色散点光子晶体光纤超连续谱

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光子晶体光纤零色散点的控制研究

电子元器件应用 2009年第2期11卷 72-73,77页

作者：倪志成蔡祥宝南京邮电大学光电工程学院江苏南京210003

光子晶体的反常色散特性为色散补偿、短波长光孤子传输和超短脉冲压缩提供了可能,而普通单模光纤的零色散点总向长波方向移动,为此,文章研究了通过合理的设计光子晶体光纤来使TIR—PCF零色散点向短波推进,以在几百nm范围内取得零色散的... 详细信息

光子晶体的反常色散特性为色散补偿、短波长光孤子传输和超短脉冲压缩提供了可能,而普通单模光纤的零色散点总向长波方向移动,为此,文章研究了通过合理的设计光子晶体光纤来使TIR—PCF零色散点向短波推进,以在几百nm范围内取得零色散的方法。

关键词：光子晶体光纤 TIR-PCF 色散零色散点

光子晶体光纤中零色散点处超连续谱演变的研究

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中国海洋大学学报（自然科学版） 2008年第6期38卷 1021-1024页

作者：王晶刘树燕时延梅中国海洋大学光学光电子实验室山东青岛266100

从非线性薛定谔方程出发,采用分步傅立叶分析方法数值模拟光子晶体光纤中超连续谱的产生,计算、模拟并分析初始啁啾在光子晶体光纤的零色散点对超连续谱演变和带宽的影响。结果表明,非线性作用使频谱分裂成多峰不对称的结构,初始啁啾C... 详细信息

从非线性薛定谔方程出发,采用分步傅立叶分析方法数值模拟光子晶体光纤中超连续谱的产生,计算、模拟并分析初始啁啾在光子晶体光纤的零色散点对超连续谱演变和带宽的影响。结果表明,非线性作用使频谱分裂成多峰不对称的结构,初始啁啾C的引入能明显的改善超连续谱的带宽和平坦性。由于二阶色散β2=0,三阶色散β3对超连续光谱的展宽影响较大。当β3>0时,C取正值时,随着C的增大,带宽减小;C取负值时,带宽有所增大,平坦性也有改善;β3<0时,无论C取正取负,频谱带宽增大,且平坦性较好。

关键词：超连续谱光子晶体光纤初始啁啾零色散点

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基于混合玻璃光纤中超连续谱产生的数值模拟

深圳大学学报（理工版） 2014年第3期31卷 293-298页

作者：闫培光林荣勇董瑞娟张格霖李会权黄诗盛深圳大学激光工程重点实验室深圳518060

设计一种三硫化二砷混合玻璃光纤（As2S3-silica hybrid glass fiber,As2S3-silica HGF）,通过调整纤芯直径大小,在1 000～6 000 nm波长范围内对其色散特性进行仿真分析.结果表明,当纤芯直径为1.2μm时,光纤有两个零色散波长（zero disp... 详细信息

设计一种三硫化二砷混合玻璃光纤（As2S3-silica hybrid glass fiber,As2S3-silica HGF）,通过调整纤芯直径大小,在1 000～6 000 nm波长范围内对其色散特性进行仿真分析.结果表明,当纤芯直径为1.2μm时,光纤有两个零色散波长（zero dispersion wavelength,ZDW）,分别是1 450和2 870 nm,反常色散区覆盖1 450～2 870 nm.用2μm激光器泵浦光纤,通过改变泵浦激光的峰值功率和脉冲半极大宽度（full width at half maximum,FWHM）,模拟分析了中红外超连续谱（mid-infrared supercontinuum,mid-IR SC）产生的特性.

关键词：光电子与激光技术中红外超连续谱三硫化二砷混合玻璃光纤零色散点反常色散区峰值功率半极大宽度

三包层WⅠ和WⅡ型单模光纤波导色散特性的研究

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光学学报 2003年第5期23卷 581-586页

作者：张晓萍田祥庆兰州大学信息科学与工程学院兰州730000

研究了三包层WⅠ和WⅡ型单模光纤的波导色散特性。结果发现在相同条件下 ,三包层WⅠ和WⅡ型单模光纤零色散点的调节范围比传统的双包层W型单模光纤明显增大。详细分析了几何参量P、Q和光学参量R1、R2 对单模传输时的波导色散特性和低次... 详细信息

研究了三包层WⅠ和WⅡ型单模光纤的波导色散特性。结果发现在相同条件下 ,三包层WⅠ和WⅡ型单模光纤零色散点的调节范围比传统的双包层W型单模光纤明显增大。详细分析了几何参量P、Q和光学参量R1、R2 对单模传输时的波导色散特性和低次模截止频率的影响。所得的研究结果为获得更为理想的色散补偿、色散平坦光纤及设计新型无源光器件提供了重要的依据。计算波导色散的方法可推广到多包层光纤。

关键词：波导光学三包层光纤波导色散零色散点截止频率色散补偿色散平坦光纤

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光子晶体波导慢光特性研究

光学学报 2011年第1期31卷 172-177页

作者：曲连杰杨跃德黄永箴中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点联合实验室北京100083

基于二维三角晶格空气孔光子晶体,通过在光子晶体单线缺陷波导两侧引入不同的耦合腔,设计了慢光特性较好的波导结构。利用平面波展开法计算波导的色散曲线,并分析慢光模式的群速度和群速度色散特性。耦合腔采用单缺陷腔时,适当调节波导... 详细信息

基于二维三角晶格空气孔光子晶体,通过在光子晶体单线缺陷波导两侧引入不同的耦合腔,设计了慢光特性较好的波导结构。利用平面波展开法计算波导的色散曲线,并分析慢光模式的群速度和群速度色散特性。耦合腔采用单缺陷腔时,适当调节波导宽度可以获得在零色散点群速度为0.0128c的慢光模式,对应在1.55μm波长处的带宽为409GHz。耦合腔采用长轴与波导方向呈60°的双缺陷腔,在超原胞大小为4a×9b(a,b分别为光子晶体在x,y方向的周期)时,通过调整波导宽度,可以获得在零色散点群速度为0.0070c的慢光模式,对应在1.55μm波长处的带宽为226GHz。进一步增大沿波导方向上双缺陷腔之间的距离,可以获得在零色散点群速度为0.0011c的慢光模式。同时可以根据具体情况选择合适的波导宽度参数,设计满足不同要求的慢光波导结构。

关键词：光通信光子晶体波导平面波展开法慢光零色散点

低损耗Ge-As-S-Se硫系光波导设计、制备及性能研究

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低损耗Ge-As-S-Se硫系光波导设计、制备及性能研究

作者：张李萌宁波大学

学位级别：硕士

光通信和信息网络是二十一世纪信息化和智能化时代的主要特征,随着科学技术水平的提高,人们对于各种信息的获取、传输、处理、存储提出更高的要求,因此发展微型化(Smaller)、智能化(Smarter)、简易化(Simpler)、高速化(Swifter)、节约化... 详细信息

光通信和信息网络是二十一世纪信息化和智能化时代的主要特征,随着科学技术水平的提高,人们对于各种信息的获取、传输、处理、存储提出更高的要求,因此发展微型化(Smaller)、智能化(Smarter)、简易化(Simpler)、高速化(Swifter)、节约化(Saving energy and cost)的“5S”方向是光子器件发展的必然趋势。近年来,由于硫系玻璃具有超宽的红外透过范围,超快的非线性响应,较高的线性和非线性折射率等性能特点,片上信号处理集成光子器件的基质平台受到了极大的关注。本文以熔融淬冷法制备的GeAsSSe和GeAsS玻璃作为原材料,利用热蒸发技术在具有2μm氧化层的硅片上沉积GeAsS薄膜作为底部包层,再沉积GeAsSSe薄膜作为芯层,采用紫外光刻和电感耦合等离子体刻蚀技术在芯层上制备脊型结构,并测量了波导的表面形貌及传输特性。主要研究内容如下:(1)对硫系光波导器件进行了概述,介绍了硫系材料特性和薄膜制备方法、硫系光波导发展和应用,并对本课题的研究内容和意义进行了概述。(2)对波导模式理论及各种参数计算方式进行了阐述,采用仿真软件COMSOL Multiphysics对不同结构(共8组)的波导进行设计,计算波导的模场分布,并比较不同尺寸波导的色散、零色散点位置以及有效模场面积。结果表明6(脊宽)×3(脊高)μm的波导具有相对较短波长的零色散点(～2.05μm),且TM模式和TE模式对色散影响差异可忽略,为制作波导提供依据。(3)对Ge-As-S-Se玻璃和薄膜材料特性进行研究,结果表明热蒸发制备的沉积态薄膜经过220℃热处理3 h后粗糙度降低至2.43 nm。热处理降低了沉积态薄膜中的残余应力,增强了薄膜的致密性,有利于提高其光传输的效率。(4)采用紫外曝光和电感耦合等离子体干法刻蚀制备脊型波导,热处理工艺增强了薄膜与硅片之间的粘附能力。使用CHF和CF气体进行刻蚀,刻蚀环境中等离子体包含CF基团,该基团产生碳氟聚合物附着在波导表面和侧壁,防止氟自由基的进一步刻蚀。扫描电镜测试结果表明CHF和CF的流量分别为20sccm和10 sccm时,制备的波导表面光滑、侧壁垂直度较好。(5)研究了波导的传输损耗。通过截断法,利用1.55μm激光光源以端面耦合的方式,测量了6μm和4μm波导宽度下的传输损耗。测得的两种典型尺寸波导的传输损耗分别为1.91±0.21 d B/cm和2.13±0.26 d B/cm。最后,总结了本论文主要工作并指出今后的研究方向。本工作为今后非线性集成光器件的发展提供了重要的理论参考。

关键词：硫系玻璃光波导零色散点刻蚀工艺传输损耗

用于2μm波段传输的软玻璃空芯光子带隙光纤特性研究

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用于2μm波段传输的软玻璃空芯光子带隙光纤特性研究

作者：张亚奇河北工业大学

学位级别：硕士

随着现代网络的快速发展,扩大传输容量已然成为现代光通信技术发展的首要任务。2μm波段属于人眼波段,并且具有大气通信窗口,是未来光通信系统亟待开发的领域。软玻璃材料相比于石英玻璃,具有更宽的透光范围,并且可扩展到中红外波段,恰... 详细信息

随着现代网络的快速发展,扩大传输容量已然成为现代光通信技术发展的首要任务。2μm波段属于人眼波段,并且具有大气通信窗口,是未来光通信系统亟待开发的领域。软玻璃材料相比于石英玻璃,具有更宽的透光范围,并且可扩展到中红外波段,恰好配合2μm波段光通信系统。空芯光子带隙光纤(Hollow Core Photonic Bandgap Fiber,HC-PBGF)由于光纤带隙的存在,提供了独一无二的导光模式。HC-PBGF具备灵活的光纤结构、较低的损耗,可控的色散特性,是非常适合光通信的传输媒介。本论文针对2μm波段光通信系统的需求,将软玻璃材质和HC-PBGF结合,设计并优化光纤结构,实现优良的传输特性。本论文的主要工作如下:1、设计了一种7-cell HC-PBGF,对该光纤的色散、模场面积及限制损耗等特性进行仿真分析。分析相对孔径大小和包层空气孔孔间距对该光纤特性的影响。分别针对2μm波段LP、LP和LP的单模式光通信系统,综合考虑光纤的透射范围、色散、限制损耗和弯曲损耗等因素,分别给出适合的光纤结构参数。2、对于2μm波段多模式光信号通信系统,7-cell HC-PBGF选择相对孔径为0.981、孔间距为9.9μm。传输波段最宽可取1996 nm到2088 nm,在此波段内,LP、LP和LP模式的限制损耗小于0.005 d B/km,此光纤的最小弯曲半径为5 cm,最小弯曲损耗值为0.00348 d B/km;最大弯曲半径为10 cm,最小的弯曲损耗为0.03659 d B/km。3、设计了一种多芯HC-PBGF,其可以实现各模式在6个纤芯内均匀传播,可用于多信道光传输。然后对多芯HC-PBGF的结构参数和弯曲半径都进行了优化,针对2μm波段单模式多信道光通信系统所需光纤,依次给出了适合的光纤结构参数。4、对于2μm波段多模式多信道的光传输,达到了LP、LP、LP和LP模式可以同时传输的目的。当多芯HC-PBGF相对孔径大小为0.95,包层空气孔孔间距为12.5μm时,此时多模式传输情况最好,传输波段可取1980 nm到2090 nm。此时该多芯光纤LP、LP、LP和LP模式的限制损耗小于0.08 d B/km,最大弯曲半径为15 cm,弯曲损耗值小于0.89 d B/km。

关键词：空芯光子带隙光纤色散平坦零色散点低损耗

低损耗As-Se硫系光波导的设计、制备及性能研究

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低损耗As-Se硫系光波导的设计、制备及性能研究

作者：范卓栋宁波大学

学位级别：硕士

当今社会已经进入以光通信和信息网络为主要特征的信息时代,对获取信息、传输信息、处理信息和存储信息的要求越来越高。与信息有关的光子器件正以空前的速度和规模迅猛发展。硫系玻璃由于具有较高的三阶非线性、超快的非线性响应时间... 详细信息

当今社会已经进入以光通信和信息网络为主要特征的信息时代,对获取信息、传输信息、处理信息和存储信息的要求越来越高。与信息有关的光子器件正以空前的速度和规模迅猛发展。硫系玻璃由于具有较高的三阶非线性、超快的非线性响应时间、较大的线性折射率和较宽的红外透过范围等优点,在中红外光学波段的集成光子学器件中具有重要应用。基于硫系材料的光学波导是集成光器件的重要组成部分。目前国内在硫系光波导方面的研究起步较晚,对低损耗硫系光波导的研究具有重要意义和应用前景。本文通过优化设计波导结构,利用实验室自制的高质量GeAsSe和AsSe块状玻璃作为原材料,采用热蒸发在带有氧化层的硅片上沉积GeAsSe薄膜作为底部包层,再沉积AsSe薄膜作为传输层,利用紫外曝光光刻技术和电感耦合等离子体反应离子干法刻蚀在AsSe层上制备波导,最后在波导上再沉积GeAsSe作为上包层,并进一步研究波导的形貌和传输特性。具体研究内容如下:(1)利用COMSOL Multiphysics模拟软件,设计了不同深宽比结构的共8组脊型波导,计算它们的模场分布,并比较不同尺寸波导的色散、零色散点位置及有效模场面积。结果表明脊宽4μm,脊高3μm的波导具有最小的零色散点(～2.1μm),且TE和TM模对色散的影响差异可以忽略,有效模场面积为7.4μm,为实验制备波导提供指导。(2)利用能谱仪、台阶仪、X射线衍射仪对薄膜组分和表面粗糙度及薄膜的热稳定性进行分析。结果表明,热蒸发沉积的薄膜组分均匀,表面光滑,表面粗糙度为1 nm,当退火时间为4小时时,薄膜在150℃以内退火不发生析晶。经过退火处理的薄膜能降低沉积过程中残余的应力,提高了内部均匀性,有利于降低光信号的传输损耗。(3)利用与半导体工艺兼容的紫外曝光和电感耦合等离子体反应离子刻蚀制备AsSe脊型波导,并在光刻后引入退火处理,增强薄膜与衬底之间的黏附性。选择CF和CHF作为刻蚀气体,增加刻蚀环境中的CF基团,使各向异性的刻蚀和保护同时进行。测试结果表明,当CF和CHF的流速分别为10 sccm和20sccm时,所制备的波导具有良好的表面和侧壁垂直度。(4)采用截断法测算了波导的传输损耗。在高精度三维耦合平台使用1550nm的激光器作为测试波长,输入功率为1 mW,分别测试脊宽为2μm、4μm和8μm波导的传输损耗。实验结果表明,三种不同脊宽的波导对应传输损耗分别为2.56 dB/cm、1.47 dB/cm和1.4 dB/cm。最后对本论文进行总结及今后工作的展望,本论文制备的低损耗硫系光波导有望在集成光子学领域具有广泛的应用前景。

关键词：硫系玻璃光波导零色散点刻蚀技术传输损耗