1 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院大学杭州高等研究院 物理与光电工程学院，浙江 杭州 310024
常规的分布式布拉格反射（DBR）半导体激光器中，增益区域所对应的自由谱间距应大于DBR高反射率带宽的1/2，以获得稳定的单模激射。该条件限制了DBR激光器的阈值和功率特性。文章首次提出并实现了基于DBR选模的太赫兹量子级联激光器（THz-QCL），并突破了上述限制。作者所实现的THz-QCL采用脊波导结构，利用解理腔面和DBR反射镜构成谐振腔，利用有源区增益谱较窄的特点，通过调整DBR反射率谱使增益谱与DBR高反射带在频域中部分重叠，从而获得了单模激射的THz-QCL。该方案使得DBR高反射带显著宽于自由谱间距，即显著提高了激光器中增益区域的长度，从而降低阈值并提高功率特性。实验上，作者研制出增益区域长达3.6 mm的DBR激光器，单模激射的频率为2.7 THz，边模抑制比达到25 dB，该激光器的阈值和温度特性与相同材料制备的法布里-泊罗腔多模激光器相当。文章中的工作为实现高性能单模太赫兹量子级联激光器提供了新的研究思路。
半导体激光器 量子级联 太赫兹 分布式布拉格反射镜 单模 光子禁带 semiconductor lasers quantum cascade terahertz distributed Bragg reflector single mode photonic band gap
宁波工程学院建筑与交通工程学院, 浙江 宁波 315211
采用二维纳米材料作周期性排列设计了一种湿敏型一维光子晶体纳米结构, 并基于多层介质的传输矩阵光学特性, 研究了所设计传感结构的透射光谱的湿敏光学特性及其湿敏禁带特性, 以及在 TE 和 TM 两种光波传播模式下一维光子晶体能带结构的光子禁带与环境湿度之间的变化关系。结果表明: TE 模式和 TM 模式下, 在0%～100%的相对湿度变化范围内, 一维光子晶体具有显著的光子禁带, 且光子禁带的初始波长、截止波长及禁带宽度都随环境湿度呈二次方规律变化。
量子光学 一维光子晶体 传输矩阵法 光子禁带 湿度 quantum optics one-dimensional photonic crystal transfer matrix method photonic band gap humidity
1 华南理工大学广东省光电工程技术研究开发中心， 物理与光电学院， 广东 广州 510640
2 广东省宽禁带半导体芯片及应用工程技术研究中心， 中山市华南理工大学现代产业技术研究院， 广东 中山 528437
设计了一种基于二维光子晶体自准直效应和光子禁带特性的新型紧凑型偏振分束器，器件尺寸为9 μm×9 μm，利用光子晶体的自准直效应实现TE偏振光和TM偏振光在自准直结构中的自准直传播，基于光子禁带特性实现TE偏振和TM偏振的正交分离。对于插入的偏振分束结构的空气孔排数为5时，1 550 nm处的TE偏振光的透过率为95.4%，对应的偏振消光比为23 dB，TM偏振光的透过率为88.5%，对应的偏振消光比为37 dB。对于覆盖100 nm带宽的TE和TM偏振光，TE偏振消光比和TM偏振消光比分别高于18 dB和30 dB。与以往的偏振分束器相比，结构更简单，尺寸更小，偏振消光比更高，更好地满足现代光通信、光集成系统的需求。
光子晶体 偏振分束器 自准直效应 光子禁带 偏振消光比 photonic crystals polarization beam splitter self-collimation effect photonic band gap polarization extinction ratio
光子学报
2021, 50(11): 1131002
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
宁波工程学院 建筑与交通工程学院,浙江 宁波 315211
本文设计了一种含缺陷层的一维光子晶体,采用传输矩阵法研究了一维缺陷型光子晶体的光子禁带、缺陷峰与环境湿度之间的关系。环境湿度变化将致使构成一维缺陷型光子晶体的介质的折射率发生变化,而构成一维缺陷型光子晶体的介质的折射率变化将会引起一维缺陷型光子晶体的光子禁带与缺陷峰发生变化。本文研究了一维缺陷型光子晶体在TE模式和TM模式下其能带结构中的光子禁带、缺陷峰与环境湿度变化之间的关系。研究结果表明,TE模式和TM模式下,在0％RH～100％RH的湿度变化范围内,一维缺陷型光子晶体存在显著的双光子禁带,且两个光子禁带的起始波长、终止波长、禁带宽度及缺陷峰的中心波长都随环境湿度呈规律变化。
一维光子晶体 光子禁带 缺陷峰 湿敏特性 one-dimensional photonic crystal photonic bandgap defect peak humidity
大连理工大学 精细化工国家重点实验室, 辽宁 大连 116024
稀土掺杂上转换材料由于其高化学稳定性、低生物毒性, 在发光显示、防伪和生物成像等领域得到了广泛的应用。稀土掺杂上转换材料的基质晶格和掺杂离子决定着其发光强度和颜色。光子晶体(PCs)是折射率不同的材料在空间周期性排列形成的有序结构, 其最显著的特征是具有光子禁带(PBG)。波长位于光子禁带内的光不能透过光子晶体而被反射回来, 因而光子晶体具有优异的光调控能力。本文综述了一维、二维和三维光子晶体对稀土上转换发光调控的进展, 介绍了利用光子禁带与上转换荧光发射峰的相对位置对发光进行控制的方法。重点从蛋白石结构和反蛋白石结构两个方面论述了三维光子晶体对上转换发光的调控: 对于反蛋白石光子晶体, 综述了利用上转换材料构筑反蛋白和利用其他材料构筑反蛋白, 通过布拉格反射调控上转换材料的发光; 对于蛋白石光子晶体, 论述了利用不同折射率胶体微球构筑三维光子晶体对稀土上转换发光进行调控。最后总结了利用等离子体共振和光子禁带共同作用调控上转换发光的研究现状, 并展望了利用光子晶体调控上转换发光的发展方向。
上转换 光子晶体 光子禁带 发光调控 upconversion photonic crystals photonic bandgap luminescence regulation
菏泽学院物理与电子工程系, 山东 菏泽 274015
研究了光子禁带模型中三个二能级原子与热库发生相互作用的系统纠缠动力学演化。采用赝模理论和三体负本征值方法描述了系统间的纠缠,通过数值计算分析了热库谱密度函数、原子与赝模间的失谐量以及原子间的偶极-偶极相互作用强度对三原子间纠缠演化的影响。结果表明,在完美带隙模型中,原子间的纠缠随时间的演化会出现俘获现象;原子与赝模间的失谐量使原子间纠缠呈现出非单调性的变化;通过增加原子间距可以提升三原子间的纠缠。
量子光学 量子纠缠 光子禁带 赝模理论 偶极-偶极相互作用
1 沈阳理工大学 理学院, 辽宁 沈阳 110159
2 吉林大学 口腔医学院, 吉林 长春 130021
研制了染料掺杂胆甾相液晶激光器, 测试分析了器件激光输出特性。将激光染料DCM、手性剂S-811、液晶TEB30A按一定比例混合, 注入摩擦取向的液晶盒中, 形成平面态排列的胆甾相液晶激光器件。利用532 nm波段的Nd:YAG脉冲倍频激光泵浦液晶器件, 获得了禁带边沿激光输出, 测量分析了激光能量阈值特性与激光光斑能量分布特点。液晶激光器在光子禁带边沿607 nm和680 nm处获得激光输出, 线宽小于0.5 nm。在液晶器件中, 光子禁带边缘处光子态密度最大, 此处器件阈值较低, 容易产生激光辐射。
染料液晶激光器 光子禁带 能量阈值 dye-doped liquid crystal laser photonic band edge energy threshold 红外与激光工程
2017, 46(3): 0305002
利用传输矩阵法对一维三元光子晶体异质结构的光学特性进行了研究, 讨论了介质层厚无序度对三元结构光子禁带的影响.研究表明, 将具有相互交叠光子禁带的一维光子晶体叠加构成异质结, 可以有效地增大全角度反射的频率范围, 当入射角从0°增大到89°, 该结构均可实现从0.410w/w0到0.654w/w0宽频波段的全反射；相对于二元结构, 三元结构可以减小在实际制作过程中随机误差引起的介质层厚无序对光子带隙的影响.该研究结果可为实现可见光及红外光波段大角度反射器的制备及应用提供理论支持.
光子晶体 异质结 传输矩阵法 完全光子禁带 三元结构 Photonic crystal Heterostructure Transfer matrix method Complete photonic bandgap Three element
