1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部/山西省重点实验室，山西 太原 030024
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
3 广东工业大学广东省信息光子技术重点实验室，广东 广州 510006
4 大连理工大学光电工程与仪器学院，辽宁 大连 116024
对主从开环结构下，混沌激光偏振度对混沌同步质量的影响进行实验研究。在背靠背和200 km传输条件下，分析混沌激光偏振度以及同步质量的演变规律，发现随着距离和时间的增加，混沌激光偏振度逐渐减小，导致激光器的有效注入强度降低，进而削弱了注入锁定效应，恶化了主从混沌同步质量。增大注入强度可以提高同步质量对偏振度变化的容忍度，有助于实现稳定的长距离混沌激光同步。
激光器 光偏振度 混沌激光 混沌同步 混沌保密通信 光学学报
2023, 43(21): 2114003
1 太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
2 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室，山西 太原 030024
提出基于光子晶体多缺陷耦合实现紫外波段高透射带通滤波的方案，采用传输矩阵法分析日盲紫外带通滤波器的光学传输特性。通过减弱光子局域和多个缺陷耦合效应，实现光子晶体通带的拓宽和边沿截止陡度的调整，可在239~280 nm日盲紫外波段实现平均透过率为90.71%的高透射，且在239 nm以下和290~360 nm的阻带波段实现高抑制。研究结果表明，弱化光子局域和不同缺陷峰耦合作用可以有效拓宽通带范围，提升通带透过率，同时该结构对光源小角度（<15°）入射不敏感。该滤光器设计方案可应用于日盲紫外探测和紫外通信系统。
光学器件 光子晶体 缺陷耦合 带通滤波器 日盲紫外探测 光子局域
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Advanced Transducers and Intelligent Control System, Ministry of Education and Shanxi Province, College of Physics and Optoelectronics, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
2 Key Laboratory of Chemical Biology and Molecular Engineering, Ministry of Education, Institute of Biotechnology, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
3 Key Laboratory of Weak Light Nonlinear Photonics, Ministry of Education, Renewable Energy Conversion and Storage Center, School of Physics and TEDA Institute of Applied Physics, Nankai University, Tianjin 300071, China
Although previously reported terahertz absorbers can achieve high-sensitivity refractive index sensing, the resonant peak is too broad, which leads to a low figure of merit (FOM). Transmissive sensors based on bound states in the continuum (BIC) can achieve high FOM, but they have some limitations in high sensitivity. Herein, we propose a periodic triple parallel metal bars structure to obtain high quality, a strong field, and multiple hot spots by the Friedrich–Wintgen BIC. Numerical results show the sensitivity and FOM can reach 1877 GHz/RIU and 665, respectively. Compared to the previously reported transmissive sensors based on BIC, the sensitivity has been greatly improved.
Fano resonance bound states in the continuum terahertz high-sensitivity sensing Chinese Optics Letters
2023, 21(3): 031202
1 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
2 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 山西 太原 030024
3 天津大学理学院量子交叉研究中心, 天津 300350
提出了一种基于谷霍尔效应的单向波导,波导结构由两种不同拓扑性质的光子晶体组成。这两种光子晶体均是由Al70Ga30As和Si介质柱构成,可以实现光在通信波段中的单向通过。仿真结果表明,所提结构不仅可以实现光路的大角度转弯,还对缺陷具有良好的耐受性,为具有高效光传输特性的新型光波导设计提供了参考。
集成光学 光子晶体 谷霍尔效应 拓扑光学 单向传输 边界态 光学学报
2021, 41(19): 1913001
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Advanced Transducers and Intelligent Control System, Ministry of Education and Shanxi Province, College of Physics and Optoelectronics, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
An optical funnel, which performs as a passive electromagnetic compressor, can guide electromagnetic waves from a wide inlet to a narrow outlet without reflectance/scattering and squeeze electromagnetic fields uniformly to an air neck. In this study, an optical funnel is designed by precisely filling subwavelength ceramic blocks with a gradient refractive index inside a tapered waveguide. The gradient refractive index is designed by transformation optics, which is isotropic and all above unit, thus exhibiting a broadband feature. Due to the mechanism of impedance matching over the whole funnel, extremely low reflectance/scattering and stable enhancement of fields can be achieved. The field enhancement factor in different regions of the funnel (e.g., in the air neck) can be flexibly designed just by modifying the funnel-width ratios.
Photonics Research
2021, 9(9): 09001675
1 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
2 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 山西 太原 030024
3 斯威本科技大学埃米材料转化中心, 澳大利亚 维多利亚 3122
从理论上提出了一种可以实现圆偏振光波非对称传输的器件设计。该器件是由锗、硅以及空气孔洞构成的具有完全光子禁带的二维光子晶体异质结构。本研究通过在光子晶体中引入线缺陷,构成能够实现高正向透射的光波导结构,同时设计可将光波发散的微腔结构并结合全反射原理抑制反向入射光,实现圆偏振光非对称传输,最终实现了圆偏振光在光通信波段(1550 nm)附近的高正向透射率(可达0.726)的非对称传输。圆偏振是具有固定相位差(π/2)的任意正交线偏振光的线性叠加,本研究设计的结构同时可以实现任意线偏振光的非对称传输,因此具有广泛的应用前景,其应用领域包括量子通信、信息处理、集成光学。
集成光学 圆偏振光 完全光子禁带 全反射界面 非对称传输
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Advanced Transducers and Intelligent Control System, Ministry of Education and Shanxi Province, College of Physics and Optoelectronics, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
2 Centre for Optical and Electromagnetic Research, State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, National Engineering Research Center for Optical Instruments, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
A novel way to design arbitrarily shaped retro-reflectors by optics surface transformation is proposed. The entire design process consists of filling an optic-null medium between the input and output surfaces of the retro-reflector, on which the points have 180 deg reverse corresponding relations. The retro-reflector can be designed to be very thin (a planar structure) with high efficiency. The effective working angles of our retro-reflector are very large (from ?80 deg to +80 deg), which can, in principle, be further extended. Layered metal plates and zero refractive index materials are designed to realize the proposed retro-reflector for a TM polarized beam.
retro-reflector optics surface transformation Chinese Optics Letters
2020, 18(10): 102201
1 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
2 新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 山西 太原 030024
基于光子晶体异质结构实现光波单向传输在全光网络和光信息处理中有重要意义。基于全反射原理设计了两种由二氧化硅和锗材料构筑的三角晶格光子晶体波导异质结构, 运用时域有限差分法对该结构在宽频带内的单向传输特性进行分析。通过改变正向出射端波导宽度对结构进一步优化, 实现了在异质结构一中, TE模式光波在1458~1517 nm波长范围内正向透射率高于0.8, 透射对比度高于0.9的单向传输；在异质结构二中, TM模式光波在1498~1689 nm波长范围内正向透射率高于0.8, 透射对比度接近于1的单向传输。
光学器件 光波单向传输器 时域有限差分法 光子晶体 全反射界面 波导
1 太原理工大学 物理与光电工程学院
2 新型传感器与智能控制教育部重点实验室，太原 030024
采用平面波展开法分别模拟了空气背景下由介质圆柱和方柱构造的二维Archimedes (4，82)复式晶格光子晶体的能带结构，讨论了介质柱形状、折射率、填充比和旋转对称性等因素对完全光子禁带的影响.研究发现，当折射率在2.60到5.40之间时，介质圆柱和方柱构造的二维Archimedes (4，82)复式晶格光子晶体都出现了完全光子禁带.随着折射率的增大，最大完全禁带宽度并非随之增大而是存在峰值，介质圆柱型晶格在折射率为2.80时出现峰值;介质方柱型晶格在折射率为2.80和4.40两处出现峰值，且旋转介质方柱能够明显增大禁带宽度，同时存在最佳旋转角度.分析结果表明，在最大完全禁带处，折射率、填充比以及旋转角度等因素的变化对禁带特性的影响很小.
人工晶体 光子带隙 平面波展开法 光子晶体 Archimedes晶格 Maxwell方程 超材料 光子器件 光子集成技术 Synthetic crystals Photonic band gap Plane wave expansion method Photonic crystals Archimedes lattice Maxwell equations Metamaterials Photonic devices Photonic integration technology
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
基于不同结构的光子晶体具有不同禁带范围的特性，设计了一种光子晶体偏振光分束器，通过平面波展开法与时域有限差分法进行数值计算与模拟分析。结果表明，该分束器能够实现电磁波的高效分束：波长为1.5～1.58 μm范围内电磁波入射时，TE模和TM模的透射率均高于92%；尤其是波长为1.55 μm的电磁波入射时，TE模透射率可达95.5%，TM模透射率可达99%。同时，其尺寸仅为10 μm×11.5 μm。这些特性使其具有良好的应用前景。
光电子学 光子晶体偏振光分束器 平面波展开法 时域有限差分法 激光与光电子学进展
2013, 50(6): 062304
