为了解决受激布里渊散射快光在高吸收区产生损耗的问题, 通过分析普通单模光纤中双线泵浦产生的双布里渊增益线特性及在增益峰间实现脉冲的超光速传输理论, 利用有限元法数值模拟了双布里渊增益线处受激布里渊散射引起的快光特性。结果表明, 当频率分离因子大于0.596时, 可以观察到双增益峰; 当频率分离因子在1~5.25范围内时, 两个泵浦波产生的双增益峰之间可以明显地产生快光; 当频率分离因子为1.75时, 在双布里渊增益线之间的最大时间提前可达25 ps。当频率分离因子为2.42时, 三阶色散所对应的归一化色散长度为无穷大, 三阶色散可以得到完全补偿; 当频率分离因子大于2.464时, 脉冲展宽因子趋近于1, 可以实现无畸变传输, 但时间提前量小于13.52 ps。本文的研究结论对于在布里渊增益区实现快光具有一定的理论意义, 并对设计基于受激布里渊散射快光器件具有理论指导作用。

研究了含有两条特殊路径的环形光力系统的光学传输特性, 这两条路径结构相互独立但彼此间存在声子、光子耦合。通过调节两条独立耦合路径间的耦合强度以 及有效光机械耦合率等参数,系统展现出了诱导透明现象的可调谐性。在耦合强度较大时会产生对称失 谐点透明峰,距离和强度均可由路径耦合强度调控,从而使基于该系统的全光子开关在理论上成为可能。 此外,通过对相关参数的调节,能够轻易地改变透射光的群延迟大小,通过多种途径实现快、慢光的可调 谐性。在部分条件下,系统展现出对快慢光调制的优良特性,为相关光子器件的制作与量子现象的研究提 供了一个好的平台。

本文设计了一种基于同心纳米圆环谐振腔的金属-介质-金属(MIM)表面等离子体光波导(SPW), 其中外侧是一个完整的环形谐振腔, 而内侧环形谐振腔带有一个微小缺口。利用数值和解析方法分析了不同几何参数下的传输特性。可以发现, 当缺口宽度θ=5°, 位置φ=45°时, 会在波长674 nm处产生明显的等离子体诱导吸收(Plasmonic Induced Absorption, PIA)现象。基于此, 首先研究了该结构在折射率传感器方面的应用, 研究结果表明, 其灵敏度超过600 nm/RIU, 最大品质因子约为700。其次研究了其快光和慢光特性, 在PIA传输谷处会产生约-0.081 ps的光学延迟, 意味着较大的异常色散和快光效应, 而在PIA传输谷两侧的传输峰处会分别产生约为0.045 ps和0.043 ps的光学延迟, 意味着较大的正常色散和慢光效应。这种表面等离子体光波导结构在折射率传感器、纳米滤波器、光开关和片上纳米光学器件集成等领域有一定的应用前景。

采用快速傅里叶变换算法, 数值模拟了双泵浦宽带布里渊吸收谱的受激布里渊散射快光.模拟结果表明信号脉冲的时间提前、衰减和脉冲展宽因子容易受到两个泵浦光的相对频率分离因子、输入泵浦光的功率以及光纤长度的影响.优化设计频率分离因子、输入泵浦光的功率以及光纤长度, 224 ps高斯信号脉冲实现了80 ps的最大提前量和0.87的最小展宽因子.研究结果可以提高光纤通信系统的数据速率, 降低脉冲失真.

提出了一种基于金属-绝缘体-金属（MIM）表面等离激元波导的双短腔共振系统(DSR), 通过双短腔腔模之间的相互干涉, 实现了表面等离激元诱导吸收（PIA）效应。利用时域有限差分（FDTD）方法对其传输特性进行了数值仿真分析。对相位响应特性进行仿真分析, 发现PIA窗口会出现明显的反常色散现象, 该反常色散效应可应用于实现表面等离激元波导中的快光效应。另外, 还提出一种基于PIA效应的多开关功能应用, 并通过仿真分析了短腔腔长和折射率变化对PIA窗口的影响, 优化了开关功能的结构参数。具备这些特性的结构在表面等离激元光开关、滤波器等方面具有潜在的应用价值。

高速调制信号的慢光技术在未来高速光通信和光信号处理等领域具有重要的应用前景。基于光滤波法, 提出了半导体光放大器(SOA)与带通滤波器串联的结构, 实现了高速调制正弦信号和归零伪随机码（RZ-PRBS）脉冲信号动态可调时延的关键技术。对于正弦信号, 当调制频率为5 GHz信号光经过光滤波结构时, 改变SOA的注入电流, 能够实现40%和-10%的基频相对延时量; 对于RZ-PRBS光脉冲信号, 波长为1549.735 nm(1550.525 nm), 脉宽为100 ps的光脉冲信号入射滤波结构, 改变SOA的注入电流, 实现脉冲包络44.6 ps(96.3 ps)的可调延时。实验数据表明, 利用所提出的光滤波结构, 通过改变SOA的注入电流, 能够实现高速调制信号的可调延时。在精确控制SOA注入电流的情况下, 该光滤波结构可用于光通信中的信号同步和比特量级的信号处理。

由受激布里渊散射三波耦合方程导出了在小信号条件下的快光时间提前量, 通过全矢量有限元法模拟了光子晶体光纤占空比和GeO2掺杂质量分数对布里渊频移、时间提前量、脉冲展宽因子及脉冲形变的影响。结果表明, 布里渊频移随着占空比和掺杂质量分数的增大而减小。在保持泵浦功率为20 mW和快光传输长度为10 m的条件下, 时间提前量随着占空比的增大而增大, 随着掺杂质量分数的增大而减小。脉冲展宽因子与时间提前量变化趋势相反。当占空比为0.8, Ge掺杂质量分数为18%时, 能够实现快光时间提前量为29.7 ns, 脉冲展宽因子为0.88。布里渊阈值随着占空比的增大而减小, 随着掺杂质量分数的增大而增大。

为了了解基于光纤受激布里渊散射快光传输系统的一些外在因素对受激布里渊散射快光传输的影响, 对该传输过程进行了研究。首先, 根据受激布里渊散射过程的“三波耦合方程”进行了理论改进, 然后选定了3种光子晶体光纤作为传输介质, 通过对比, 选出一种光子晶体光纤RB65进行具体分析研究。通过求解“三波耦合方程”, 对快光受激布里渊散射过程进行了模拟分析, 探讨了光纤长度、探测信号脉冲宽度和输入信号功率对传输的影响。结果表明, 在保证信号失真相对较小的情况下, 取40 m长度光纤、140 ns信号脉宽和174 mW输入信号功率时的快光提前效率最高。

集成化、高精度和低成本代表了光学陀螺未来的发展方向，快光增强型谐振式光学陀螺反映了该领域的技术发展趋势。从快光效应的实现方式展开，结合介质色散和结构色散的相关报道，综述了快光增强型谐振式光学陀螺的研究进展情况。通过对比快光效应实现方式差异下陀螺系统的性能特点，指出结构色散方式更利于快光陀螺系统的集成化发展。提出了一种新型快光增强型谐振式陀螺结构，预期在民用领域有很大的应用潜力。最后展望了快光增强型谐振式光学陀螺在未来惯性导航系统上应用的发展前景。

介绍了最近发展的主动拉曼增益介质中快光传播的非线性理论。首先介绍了三能级Λ型和四能级N型主动拉曼增益介质中光的线性传播特性的研究结果，指出两者都可实现群速度为负值的快光传播，但在四能级体系中由于额外耦合光场的引入可导致量子干涉效应，使得信号光场的单峰增益谱线劈裂为双峰结构，利用该特性可实现共振点附近介质增益的有效抑制。其次介绍了在四能级体系中利用主动拉曼增益获得Kerr非线性效应的显著增强。再次介绍了主动拉曼增益体系中弱光的非线性传播。通过体系的色散与Kerr非线性效应的平衡可实现光学厚介质中非线性光脉冲的稳定传播，特别是形成弱光水平下的快光孤子。最后对主动拉曼增益体系中快光的进一步研究提出了展望。