南京邮电大学 电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，南京 210023
【目的】为了满足各种应用领域对高性能光学频率梳（OFC）的需求，特别是在宽带宽、高平坦度、中心波长和谱线间距等参数可以独立调节方面，文章提出了一种基于2次耦合射频（RF）信号来驱动单个双驱动马赫—曾德尔调制器（DDMZM）以产生OFC的方法。
【方法】通过使用单个乘法器来生成2次耦合RF信号，不仅增加了所产生OFC的梳线数量，而且具有结构简单和成本低廉等优点。此外，为了进一步提高OFC的优化效率和性能，文章还采用了基于深度学习的逆向设计和分析方法。
【结果】研究结果显示，基于构建级联网络的逆向设计能够在不到1 s的时间内找到目标OFC的对应参数。这种快速参数确定方法不仅可以实现梳线数量、OFC功率和梳线间隔的可编程性，还能生成具有1.769 dB平坦度的13线OFC。文章所提高效率设计方法为OFC的快速制备和应用提供了强大的支持。
【结论】文章所提方案在OFC的生成技术中具有显著优势，特别是在性能、灵活性和优化效率方面表现卓越。文章所提基于2次耦合RF信号驱动DDMZM的OFC生成方法，不仅简化了系统结构，降低了成本，还通过深度学习的逆向设计方法大幅提高了设计效率。这些特点使得文章所提方案能够满足广泛的应用需求，尤其适用于需要快速、高效且灵活调节OFC参数的场合。
光学频率梳 深度学习 逆向设计 平坦度 OFC deep learning inverse design flatness 光通信研究
2024, 50(2): 22008701
南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来科技）学院，江苏 南京 210023
提出了一种基于二维光子晶体的波导型宽带光子晶体1×3分束器，通过在波导分支处引入一个调控介质柱并优化其半径和偏移量，可以调控分束器各输出端口的透过率；通过在两分支波导内侧引入三组带宽优化介质柱并优化其半径，可以实现分束器的宽带特性。为了提高优化效率，获得性能优良的宽带分光比可设计的分束器，利用下山单纯形算法，根据特定的分光比目标，对提出的1×3分束器进行逆向设计和研究。结果表明，不仅提高了光子晶体分束器的优化效率，而且获得了性能优良的宽带分束器。设计的1×3等比分束器在1525~1565 nm带宽范围内的附加损耗低于0.199 dB，均匀性小于0.119 dB，响应时间在0.5 ps以内；设计的1×3不等比分束器在1525~1565 nm带宽范围内的附加损耗不大于0.177 dB，分束方差不大于6.88×10-4，响应时间在0.5 ps以内。该分束器在未来全光通信网、光子高密度集成等领域具有很好的应用前景。
光学器件 光子晶体 分束器 宽带 下山单纯形算法
南京邮电大学 电子与光学工程学院，南京 210023
提出了一种结构简单的广角稳定太赫兹可调谐超表面吸波器，利用液晶材料电可调谐的性质，实现超表面吸波器吸收频率的调谐。利用液晶材料介电常数张量进行材料建模，模拟了液晶材料的各向异性特性。为了提高设计效率，得到良好的吸波性能和可调谐性能，利用粒子群算法对超表面吸波器单元结构进行了逆向设计；并对设计的超表面吸波器特性进行研究。结果表明，利用粒子群算法可以高效地逆向设计出性能良好超表面吸波器，当对吸波器施加的电压在0~10 V范围内连续调谐时，实现了TE模式吸波频率在404.4~444.4 GHz范围内连续可调谐，频率可调谐性为9%，吸收率大于99%；TM模式吸波频率在404.4~425.4 GHz范围内连续可调谐，频率可调谐性为4.64%，吸收率大于99%；当斜入射角度为60°时，吸收率仍大于94%，具有大角度入射稳定性和吸收频率稳定性。本文设计的太赫兹超表面吸波器具备高吸收率、大频率可调谐性、广角稳定性和低控制电压等优点，具有广泛的应用价值。
液晶 超表面 粒子群优化 可调谐 吸波器 Liquid crystal Metasurface Particle swarm optimization Tunable Absorber 光子学报
2023, 52(10): 1052421
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
2 南京先进激光技术研究院，江苏 南京 210038
3 中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800
设计并实现了重复频率在10 Hz~10 kHz可调的1550 nm微秒矩形脉冲光纤放大器。该光纤放大器采用双级主振荡功率放大（MOPA）全光纤结构，采用声光调制器对信号光进行调制，通过对泵浦驱动和信号光调制的脉冲波形及时序进行优化，实现了峰值功率为30 W、脉冲宽度为10 μs~1 ms、重复频率在10 Hz~10 kHz范围可调的微秒矩形脉冲放大激光输出。通过优化信号光脉冲和泵浦脉冲时序有效抑制了光纤放大过程中的放大自发辐射，通过对信号光的脉冲波形进行预整形获得了较好的微秒矩形脉冲输出。
光学器件 光放大器 微秒脉冲 铒-镱共掺光纤 声光调制器 主振荡功率放大器 中国激光
2023, 50(14): 1401003
南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
针对波分复用?光纤无线通信（WDM?ROF）系统中采用的激光器阵列成本高、可扩展性与重构性差、生成的毫米波信号单一不可调、每个基站业务传输相同且可应用场合受限等问题，提出了基于光学频率梳（OFC）的可选频毫米波生成多业务分层WDM?ROF系统。在该方案中，采用光学频率梳作为系统的多载波光源，有利于系统的扩展与重构；在中心站（CS）预留部分光载波作为基站（BS）上行链路的光源，实现了基站上行传输的无光源化；在次级中心站（SCS）引入基于微机电系统（MEMS）的光开关矩阵，由MEMS光开关矩阵的不同种控制状态实现毫米波信号的可选频；构建具有分层结构的基站组（BSG），为每个基站提供多个业务的接入。建立了基于光学频率梳的WDM?ROF系统的理论模型，并进行了仿真研究。在仿真中获得了平坦度为0.58 dB、频率间隔为20 GHz的15线光学频率梳。在下行链路中，利用其中一种控制状态的MEMS光开关矩阵与光电探测器将两个不同的10 Gbit/s下行数据上变频，得到频率为35、45、65、95 GHz的4个毫米波信号，并根据不同应用场合分配给基站组中的两个基站（分层BSG），进行多个业务传输。经40 km 单模光纤传输后，下行和上行传输的接收灵敏度分别不低于-10.086 dBm和-17.922 dBm，对应的功率代价均小于1 dB，业务数据接收眼图均保持睁开状态。该WDM?ROF系统可以实现可选频毫米波信号产生、多个业务传输、低功率代价的高效传输。
光通信 光学频率梳 可选频毫米波 MEMS光开关矩阵 分层基站组 中国激光
2023, 50(10): 1006002
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
2 南京先进激光技术研究院，江苏 南京 210038
3 中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800
为实现片状结构高重复频率大能量激光放大器的高效热管理，采用有限元分析（FEA）方法，充分考虑增益介质内部非均匀热分布、微通道热沉中的流速、对流扩散等影响因素，引入流-热-固多物理场耦合数值分析模型，对激光放大器热沉进行分析优化，并基于优化结果探讨了不同流速下微通道热沉的散热冷却能力。模拟结果表明：当基底厚度、单个微通道高度和宽度、两微通道的间距时，微通道热沉冷却能力最强，热阻最小；微通道内冷却液流速过大会导致较大的流动压力损失；微通道热沉的平均等效换热系数可达 W/（m2 ·K）。
激光器 微通道 片状激光放大器 非均匀温度分布 流-热-固耦合模型 数值仿真
南京邮电大学电子与光学工程学院、微电子学院，江苏 南京 210023
基于二维光子晶体波导与微腔的耦合特性，提出了一种全光4×2编码器。该编码器通过在Y型波导中引入微腔实现了高对比度的快速编码功能。利用平面波展开法（PWM）和时域有限差分（FDTD）法对所提4×2编码器性能进行了研究。研究结果表明，所提编码器在1.55 μm的工作波长下，对比度高达24.55 dB，响应时间不超过1.11 ps，数据传输速率不低于0.90 Tbit/s，尺寸约为147.45 μm2。所提编码器结构简单、对比度高、响应速度快、集成容易，有望在光通信和集成光路领域发挥重要作用。
激光器 全光编码器 光子晶体 波导 微腔 激光与光电子学进展
2022, 59(1): 0114004
南京邮电大学电子与光学工程学院、微电子学院, 江苏 南京 210023
在完整的二维正方晶格硅光子晶体中引入线缺陷波导,采用四个输入端口和三个输出端口,提出了一种基于光子晶体的太赫兹波4-2编码器。利用平面波展开法和时域有限差分法分析研究了该编码器的性能。仿真结果表明,该方案可以在251~252 μm波长范围内实现对比度不低于13.27 dB(最高达到18.02 dB),响应时间为ps量级的太赫兹波4-2编码器。该编码器具有尺寸小、结构简单、对比度高、响应速度快等优点,在未来太赫兹波通信中具有广阔的应用前景。
太赫兹技术 编码器 光子晶体 逻辑门 中国激光
2021, 48(20): 2014002
南京邮电大学电子与光学工程学院、微电子学院, 江苏 南京 210023
基于光学Tamm态(OTS)的局域场增强特性和石墨烯的电控特性,提出一种含石墨烯的金属-分布式布拉格反射镜-金属(M-DBR-M)复合结构。考虑石墨烯层对介质界面连续性的影响,基于修正的传输矩阵法建立完善的理论模型,并研究结构参数以及驱动电压对OTS特性的影响。结果表明,随着驱动电压的增大,两个OTS的本征波长均发生蓝移,当驱动电压大于石墨烯的突变电压时,本征波长发生蓝移且趋于稳定,说明可以通过电控石墨烯来实现OTS的本征波长在一定范围内动态可调;增大DBR周期数,两个OTS的本征波长分别发生红移和蓝移,说明吸收率对周期数的波动具有鲁棒性;入射端的金属层厚度在25~35 nm之间,能够实现完美吸收;出射端的金属层厚度则在70 nm处有吸收率的极大值。
光谱学 石墨烯 光学Tamm态 金属-分布式布拉格反射镜 吸收率 中国激光
2021, 48(16): 1613001
南京邮电大学 电子与光学工程学院 微电子学院，江苏南京210023
在完整的二维三角晶格硅光子晶体中，引入线缺陷和非线性聚合物材料的点缺陷，利用线缺陷模和点缺陷模的耦合作用和非线性聚合物材料的三阶非线性克尔效应，提出了一种基于二维光子晶体的光控分光比可调Y型太赫兹波分束器。采用平面波展开法（PWM）和时域有限差分法（FDTD），对分光比可调的太赫兹波分束器性能进行了研究。研究结果表明，通过改变控制光的光强，可实现两输出端口分光比可调的Y型太赫兹波分束器。此分束器可实现特定波长的太赫兹波分光，透射率达到98%以上，附加损耗低于0.087 dB，响应时间达到ps量级。该分光比可调的分束器将在未来太赫兹波通信中具有广阔的应用前景。
分束器 太赫兹波 光子晶体 非线性聚合物 beam splitter Terahertz wave photonic crystal nonlinear polymer
