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Early Posting
范雨艳  施伟华  
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摘要
为解决电学型生物传感的电磁干扰,同时提高光学型生物传感的灵敏度,本文提出一种基于表面等离子体共振的光子晶体光纤传感结构并应用于脱氧核糖核酸的检测。为了易于检测,将金膜镀在光子晶体光纤的外表面直接接触待测溶液。利用全矢量有限元法结合各向异性的完美匹配层对该结构进行数值研究。在1.330-1.347的折射率范围内,该结构具有明显的表面等离子体共振效应,在1290-1350nm的波长范围内形成了不同位置的共振损耗峰。为了进一步讨论该结构的性能,分析了结构参数(金膜厚度、占空比和孔直径)的改变对传感性能的影响,当金膜厚度为60nm、占空比为0.6,孔直径为1.2μm,灵敏度达7250nm/RIU,检测限达10-6量级,品质因数为145RIU-1。该结构在生物传感、液态物质检测等领域具有潜在的应用前景。
激光与光电子学进展
2021, 58(21): 3
Early Posting
摘要
为解决光纤通信系统带宽容量在实际工程应用中面临的诸多局限,基于空分复用技术提出一种可分别传输基模与高阶模的光子晶体光纤纤芯结构,利用虚轴光束传播法得到不同结构参数下相应模式有效折射率曲线,通过匹配两种模式的有效折射率曲线,设计了一种具有非对称双芯结构的光子晶体光纤模式转换器。光波长为1550 nm时,该器件实现了基模(LP01模)与高阶模(LP02模)之间的模式转换,在较宽的归一化频率范围内模式耦合效率可达91.98%,耦合长度约178.5 μm,器件直径最大仅47.6 μm,结构设计灵活可控。可满足未来大容量的通信系统的需求。
激光与光电子学进展
2021, 58(11): 3
Early Posting
吴蓉  马岩岩  李龙飞  
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摘要
为了获得优异的慢光性能,本文提出一种在逆时针旋转45度的完整正方晶格的中心行及与其相邻的第二行引入非本征缺陷棒的光子晶体波导(PCWs),引入的连续腔作为电磁能量的存储器和光速减速器,用于PCWs中的慢光传输,也适用于光通信、光计算和光信号处理。采用平面波展开法研究所提出结构的慢光传输特性,分析了结构参数对慢光性能的影响,最终获得在归一化延迟带宽积(NDBP)达到0.40的情况下,带宽达到23.37nm。设计了一种简单但通用的结构,为进一步提升具有高带宽和高NDBP慢光的存储容量提供重要的理论依据。
激光与光电子学进展
2021, 58(07): 2
“二维光功能材料与器件”专题
摘要
为了研究实际应用场景下光子晶体薄膜的红外隐身效果,选择具有中、远红外隐身性能的光子晶体薄膜和低发射率薄膜,以某吉普车的引擎舱为研究对象,分析了贴附薄膜后目标的自身辐射和反射环境的辐射对隐身效果的影响。设计并制备了一种具有中、远红外隐身效果的光子晶体薄膜,分别于白天和晚上在室外进行实验,测试了光子晶体薄膜以及低发射率薄膜对引擎舱隐身效果的影响。研究结果表明,太阳辐射对光子晶体薄膜中、远红外隐身效果影响较小,且光子晶体薄膜能够更好地实现目标与背景融合,综合来看光子晶体在中、远红外隐身效果优于低发射率薄膜。
光子学报
2021, 50(1): 59
“红外光电探测器前沿技术”专栏$光场调控的雪崩放大红外单光子探测器
摘要
光的传输与调控是光子集成器件发展的重要基础,光子晶体作为一种新型的光学功能材料,在光操控上有着巨大的潜力。与传统的基于实空间光场叠加原理和倒空间固体能带色散理论的光场调控思想不同,受凝聚态物理中拓扑相概念启发,通过在光子晶体的能带系统研究中引入拓扑相能够提供新颖的光场调控机制和丰富的输运以及光操控性质,如高维度的光场调控等。文中分别从非厄米光子体系和拓扑光子学体系两个方面综述了近年来笔者所在的课题组所取得的研究成果。首先,回顾了光学拓扑研究和光学非厄米研究的背景;其次,介绍了在高阶光子拓扑绝缘体、高阶量子自旋霍尔效应、光子晶体的拓扑场局域以及非厄米体系拓扑光传输等领域的研究进展;最后,对研究结果在相关领域如光量子计算、光通信等的应用发展趋势进行了总结与展望。
红外与激光工程
2021, 50(1): 20211001
光纤光学与光通信
张文  白冰冰  张砚曾  陈聪  [ ... ]邵齐元  陈灿灿  王浩然  刘海  
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摘要
利用有限元方法研究了八边形包层结构的光子晶体光纤的光学特性,并结合填充技术具体分析了光流体折射率对数值孔径、有效模场面积等参数的影响。通过在直波导中填充光学流体,可明显降低限制损耗,且在波长1.56 μm处的限制损耗为0.00172 dB·m -1,色散参数为0.00018 ps·THz -1·cm -2,相对灵敏度达66%。该八边形包层结构在宽波长范围内能够实现低色散的光信号传输,同时为高灵敏度的气体传感检测提供了新方案。
中国激光
2021, 48(7): 0706001
光纤光学与光通信
刘雪  陈鹤鸣  胡宇宸  
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摘要
提出了一种用于电光调制和粗波分复用的片上集成器件。该集成器件的电光调制器模块和粗波分复用器模块都是由硅基光子晶体波导和L3型谐振腔组成,两个模块间采用硅基光子晶体波导连接。该器件根据等离子体色散效应,采用L3型谐振腔和PN结实现了对波长的调制;根据微腔与波导的直接耦合理论,采用L3型谐振腔结构实现了滤波。利用基于三维时域有限差分法(3D-FDTD)的Lumerical软件对其进行仿真分析,结果表明该集成器件在工作波长1530 nm和1550 nm下均可以先完成各自的电光调制再进行双通道波长的复用。该器件在工作波长1530 nm和1550 nm下的插入损耗分别为0.70 dB和0.95 dB,消光比分别为20.97 dB和22.05 dB,调制深度均为0.99,信道串扰分别为-29.05 dB和-27.59 dB,器件尺寸仅为17.83 μm×17.3 μm×0.22 μm。该集成器件结构紧凑,易于集成,可应用于高速大容量波分复用光通信系统。
中国激光
2021, 48(3): 0306002
Early Posting
摘要
本文基于光子晶体光纤多孔等灵活特性提出一种涡旋光传输的环形中空光子晶体光纤设计方案,利用有限元法对环形光纤结构参数进行优化设计,并分析光纤中多阶涡旋光的传输特性。具体分析结果表明,当光纤中心孔直径取5.6 μm,第一层空气孔直径取2.67 μm,最外层空气孔的直径取2.87 μm及孔间距取3.09 μm,在1.3-2 μm波段范围内,同一矢量模式组对应的HE模和EH模之间的有效折射率差最小也超过3.04×10-3,最大达到了1.55×10-2,并且能承受光纤较小弯曲情形(R可以低至18 mm)。该光子晶体光纤不仅能实现涡旋光模式稳定传输,为今后进一步研究并应用涡旋光奠定了良好的基础。
中国激光
2021, 48(11): 1
光纤光学与光通信
李钢敏  李致远  李正冉  王锦民  [ ... ]夏历  杨曌  李微  
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摘要
设计了一种可嵌入基于表面等离子体共振(SPR)光纤传感器的微流控芯片,可用于溶液浓度的测量。采用具有良好化学惰性的有机聚合材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为芯片主体的制作材料,在芯片中微流控通道内采用镀有60nm金膜的多模光纤-光子晶体光纤-多模光纤(MMF-PCF-MMF)传感结构来激发SPR效应。当注入微流体通道的溶液浓度发生变化时,由于光纤传感部分外部折射率的变化引起SPR谐振谷移动,故该芯片可用于测量溶液浓度。本芯片微流控通道直径为0.2mm,最高检测灵敏度可达8240.6nm/RIU,具有便于实时测量、高灵敏度、高可靠性、溶液用量少等特点。
中国激光
2021, 48(1): 0106002
设计与研究
王国旭  梁斌明  
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摘要
理论上折射率为?1的平板超透镜可以实现完美成像,但等效折射率为?1的光子晶体结构,不满足介电常数ε=?1和磁导率μ=?1的条件,光子晶体与自由空间阻抗不匹配,某些角度的入射光与光子晶体内布洛赫波不能耦合,致使该空间频率光信息丢失,限制了光子晶体成像分辨率。为了提高成像分辨率,在光子晶体表面设置亚波长光栅结构,利用光栅的增透减反和波矢匹配作用,提高光子晶体对入射光的耦合效率。通过调整光栅周期,使更多高空间频率分量参与成像,同时抑制低频分量的传输。设置亚波长光栅结构后,光子晶体成像分辨率由597 lp/mm提高到了850 lp/mm,突破了衍射极限。
光学仪器
2021, 43(1): 63
00 11