基于石墨烯纳米条波导边耦合矩形腔的等离子体诱导透明效应

为了减小器件尺寸、实现超快速响应和动态可调谐,研究了基于石墨烯纳米条波导边耦合矩形腔的单波段和双波段的等离子体诱导透明(PIT)效应,通过耦合模式理论和时域有限差分法从数值计算和模拟仿真两方面分析了模型的慢光特性.通过调节石墨烯矩形腔的化学势,同时实现了单波段、双波段PIT模型的谐振波长和透射峰值的可调谐性.当石墨烯的化学势增加时,各个波段PIT窗口的谐振波长逐渐减小,发生蓝移.此外,通过动态调谐石墨烯矩形腔的谐振波长,当石墨烯矩形腔的化学势为0.41—0.44 eV时,单PIT系统的群折射率控制在79.2—28.3之间,可调谐带宽为477 nm;当石墨烯矩形腔1, 2, 3的化学势分别为0.39—0.42 eV, 0.40—0.43 eV, 0.41—0.44 eV时,双PIT系统的群折射率控制在143.2—108.6之间.并且,整个系统的尺寸小于0.5μm~2.研究结果对于超快速、超紧凑型和动态可调谐的光传感、光滤波、慢光和光存储器件的设计和制作具有一定的参考意义.     

基于四盘形谐振腔耦合波导的三波段等离子体诱导透明效应

为了降低功耗、实现超快速响应和动态可调谐,设计了基于四盘形谐振腔耦合等离子体波导系统.使用两种不同的方法理论分析了等离子体诱导透明(PIT)效应:一种是明暗模式谐振腔之间的直接相消干涉,另一种是谐振腔之间通过等离子体波导的间接耦合.采用光学Kerr效应超快调控石墨烯-Ag复合材料波导的传输相移,实现了1 ps量级的超快响应时间.当泵浦光强低至11.7 MW/cm²时,等离子体诱导透明系统能够实现透射光谱2π相移.通过耦合模式理论和时域有限差分法,研究了模型的三波段PIT效应及其慢光特性.研究表明,系统透射谱的透射峰值超过80%,最大群折射率高达368.并且,整个系统的尺寸小于0.5μm².研究结果为低功耗、超快速、超紧凑型和动态可调谐的多通道光滤波和光存储器件的设计和制作提供了思路.     

基于表面等离子双矩形腔结构的可调微流控类EIT系统的研究

本文提出一种基于双矩形腔结构的表面等离子体类电磁诱导透明(PIT)系统,通过微流控系统来实现一种可操控的类电磁诱导透明效应。文中通过耦合模理论来对整个系统结构进行分析,并利用二维时域有限差分方法(FDTD)对该类电磁诱导透明效应系统进行数值模拟,模拟所得结果与理论分析相吻合。该系统可动态调节类电磁诱导透明效应的透射窗口中心波长及透射率、品质因子Q、慢光速度等,具有调节精确、调节范围大的优点。     

基于石墨烯超表面的宽带电磁诱导透明研究

提出了一种新的基于石墨烯超表面的复合结构,该结构由带有空气槽的石墨烯条、氮化镓、二氧化硅和二氧化钛组成.通过时域有限差分法研究了该结构的电磁特性,研究结果表明,该结构具有更宽频带的电磁诱导透明特性.从结构参数、电磁场分布等方面研究了电磁诱导透明的物理机理.在该结构中,石墨烯条作为明模存在,耦合作为暗模的空气槽和氮化镓侧板,即存在两种明暗模耦合的现象,因此产生宽带的电磁诱导透明现象.从研究结果发现该结构可以产生多个频点的慢光效应和传感效应,因此在光存储、红外波段的传感器设计中具有一定的指导意义和潜在的应用.     

带有条形间隔矩形腔结构的波导滤波器特性分析

设计了一种带有条形间隔的矩形腔结构波导滤波器,并且利用时域有限差分法(FDTD)对其滤波特性进行了分析。结果表明该滤波器可以看成是两个T形腔的背向耦合,其透射性质与单T形腔类似,改变腔的长度和宽度可以改变透射谱的中心波长,以实现不同波长的滤波功能。     

带有条形间隔矩形腔结构的波导滤波器特性分析

设计了一种带有条形间隔的矩形腔结构波导滤波器,并且利用时域有限差分法（FDTD）对其滤波特性进行了分析。结果表明该滤波器可以看成是两个T形腔的背向耦合,其透射性质与单T形腔类似,改变腔的长度和宽度可以改变透射谱的中心波长,以实现不同波长的滤波功能。     

基于纳米金属-石墨烯耦合的多频段等离激元诱导透明

提出了基于银纳米棒、银纳米盘和石墨烯耦合的多频段等离激元诱导透明(PIT)电磁模型,通过时域有限差分和辐射双振荡器(RTO)模型从数值计算和理论研究两方面分析了模型的电磁特性.结果表明:由于银纳米棒与银纳米盘、银纳米棒与银纳米棒之间的明模-明模耦合,可以实现在单频段PIT效应的基础之上,进一步产生双频段和三频段的PIT效应.其次,通过改变石墨烯的化学电位势,可以在单频段、双频段和三频段PIT模型中同时实现谐振频率和透射振幅的可调性.当化学势增大时,各频段PIT窗口的谐振频率将会逐渐增大,发生蓝移.此外,随着化学势增加,银盘和银棒表面电荷数会不断增加、表面电场将不断增强.同时,银盘和银棒、银棒和银棒之间的耦合强度也将逐渐增强.因此,各频段PIT的透射振幅将会逐渐减小,振幅调制深度逐渐增大.进一步研究了单频段PIT模型的传感特性,该模型随背景材料折射率变化的灵敏度达到了3906.6 nm/RIU.这为多频带滤波、超灵敏传感器的设计提供了理论参考.     

金属嵌入对三角晶格耦合腔光波导群速度的影响

利用多重散射法和时域有限差分法理论,研究了二维三角晶格光子晶体耦合腔光波导的传输特性.理论模拟结果表明,在耦合腔光波导中嵌入半径很小的理想金属丝,能有效地减弱相邻点缺陷之间的耦合强度,实现了比真空中光速小三个数量级的群速度.     

金属嵌入对三角晶格耦合腔光波导群速度的影响

利用多重散射法和时域有限差分法理论,研究了二维三角晶格光子晶体耦合腔光波导的传输特性.理论模拟结果表明,在耦合腔光波导中嵌入半径很小的理想金属丝,能有效地减弱相邻点缺陷之间的耦合强度,实现了比真空中光速小三个数量级的群速度.     

双Loop-Stub侧边耦合波导结构多重等离激元诱导透明效应的数值分析

研究同侧、异侧和反对称双loop-stub(LS)谐振腔侧边耦合波导结构中的多重类电磁诱导透明效应,并利用有限元方法分别对这三种结构的光学透射特性进行数值模拟。结果表明,这三种结构的透射谱、磁场分布和色散强烈地依赖结构参数。着重讨论双LS谐振腔相邻两个stub腔的距离或两个水平分支的距离对透射特性的影响。随着距离的减小,两个LS腔之间的耦合增强,出现多个透射峰和透射谷(即阻带),多重类电磁诱导透明效应显著。此外,讨论了同侧双LS腔波导结构相邻两个stub腔的距离为零时,竖直分支宽度、水平分支宽度、总水平分支长度等参数对透射谱的影响。侧边耦合金属纳米波导结构在未来的集成光学有潜在的应用价值,如滤波器、传感器和慢光装置等。     

基于表面等等离波子的新型Y分支波导

新型高效的纳米光波导器件的研制纳米集成光学的核心技术之一。Y分支波导作为最基本的分光和光路连接元件是纳米光学器件设计与制备的基础。运用时域有限差分(FDTD)法,模拟计算了基于表面等等离波子(SPP)的纳米Y分支波导的传输特性。结果表明,该新型Y分支波导在光通信波段可以实现大角度的分光功能,且在180°分支情况下,传输效率仍高达92.8%以上。另外,该波导还具有导波性能良好、对分叉处间隙缺陷大小不敏感及制作容差较大和器件尺寸在纳米量级等特点。对该新型光波导器件的研究为未来纳米集成光学器件的研制和应用有一定的指导意义。     

支化聚甲基苯基硅烷薄膜波导的光折变效应研究

掺入0.33%苯基三氯硅烷制备了分子量为51 874的支化聚甲基苯基硅烷,由此改善了聚甲基苯基硅烷薄膜波导的成膜质量.报告了相应的成膜技术、膜厚控制技术、热处理技术和热氧化现象.采用紫外曝光手段研究了支化聚甲基苯基硅烷薄膜的光漂白效应,定性测试了曝光剂量与反应生成硅氧烷的正比关系.实验归纳了支化聚甲基苯基硅烷薄膜的光折变规律,获得了控制薄膜厚度和折射率的定量条件.     

基于自发辐射相干控制的电磁感应透明诱导无反转光放大效应

建立微波驱动基态精细结构跃迁的Λ型三能级系统,研究基于自发辐射相干控制的电磁感应透明诱导无反转光放大效应.微波场作用于基态精细结构能级之间,产生3个透明窗口,利用适当角度的自发辐射相干效应与电磁感应透明耦合,实现透明向光放大的转化.结果表明,透明转化为光放大时,激发态与基态能级之间以及两个基态能级之间均不出现粒子数反转,但在产生光放大的过程中必须经历两个基态能级出现粒子数反转的状态.调节微波场的频率失谐量可以改变基态能级上的粒子数分布,有利于无反转光放大的产生.     

Analysis of coupling in the semi-cylindrical surface plasmonic couplers

In this paper, we have investigated the performance of a nano-optical directional coupler based on gap plasmon waveguides. The coupler consists of two waveguides having a localized coupled plasmon propagating between two semi-cylindrical surfaces. It is clear that the wave number and correspondingly light confinement in the waveguides are the most effective parameters in coupling strength and coupling length. Some expected and unexpected dependencies of the coupling length on the structure parameters are shown. Simulation results of the coupler obtained by the compact-2D finite-difference time-domain (FDTD) method comply with those derived by an analytic method with the aid of the finite-element frequency-domain (FEFD) software package of COMSOL. The considered structures, because of their small coupling length and dimensions are appropriate for use in optical integrated circuits.     

基于光子晶体单向传输波导的通道下路滤波器(英文)

基于光子晶体单向传输波导,设计了一种三端口和两种四端口结构的通道下路滤波器.为取得100%的通道下路效率,运用实时耦合模理论对这三种结构进行了分析.理论分析表明该通道下路滤波器比利用光子晶体普通介质波导设计的通道下路滤波器具有更简单的结构,降低了器件制作难度.用有限元方法对滤波器结构进行了数值仿真分析,仿真计算结果表明所设计的三种结构具有超过90%的通道下路效率,与理论分析结果相符合.     

GaN基蓝光LED中光子晶体对提取效率及发光偏振态的影响

为了提高氮化镓基蓝光发光二极管的发光提取效率,在其电流扩展层上生长光子晶体.讨论了光子晶体结构周期、刻蚀深度和占空比参数与提取效率的关系,并采用时域有限差分法进行模拟计算.结果表明在晶格周期为300nm、占空比为60%和刻蚀深度为200nm的条件下,生长光子晶体结构后,氮化镓基蓝光发光二极管的提取效率提升了27.93%.研究了激励源在光子晶体晶格周期内位置变化对提取效率的影响,拟合得到更符合实际物理意义的氮化镓基蓝光发光二极管发光提取效率函数.利用等效折射率理论和法布里-珀罗薄膜干涉模型解释了氮化镓基蓝光发光二极管中TE模和TM模偏振之间提取效率的差异,数值仿真得到最大差异值为1.442倍,从而获得高偏振对比度光源.用该结构参数制备的发光二极管器件应用于液晶显示背光源,可提高液晶显示的能耗效率.     

Finite-Difference Time-Domain Algorithm for Dispersive Media Based on Runge-Kutta Exponential Time Differencing Method

The electromagnetic propagation in dispersive media is modeled using finite difference time domain (FDTD) method based on the Runge-Kutta exponential time differencing (RKETD) method. The second-order RKETD-FDTD formulation is derived. The high accuracy and efficiency of the presented method is confirmed by computing the transmission and reflection coefficients for a nonmagnetized collision plasma slab in one dimension. The comparison of the numerical results of the RKETD and the exponential time differencing (ETD) algorithm with analytic values indicates that the RKETD is more accurate than the ETD algorithm.     

基于Kerr效应的微环谐振腔延时器件

对基于光学Kerr效应的微环谐振腔延时器件进行了研究.采用耦合模式理论计算了波导与微环谐振腔间的耦合系数,给出了所研究器件的材料及各层组分,提出不同阶数微环的情况下延时数值的控制方法.结果表明:微环谐振腔半径为300μm,波导截面尺寸为450×1 000nm2,在小于±5ps抖动的条件下,每个通道达到超过130ps的延时数值,同时延时带宽达20GHz,自由光谱范围达50GHz,工作波段在1 550nm附近,满足密集波分复用系统的要求.整个结构全光控制,且能耗不超过0.8dBm,响应速度达到ps量级,体积不超过3mm3,便于集成,满足多信道光学延时的要求,为全光通信网络中延时线的研究提供了参考.