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“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
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
光学器件
陈剑锋  梁文耀  李志远  
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摘要
拓扑光子态是具有单向传输特性的新型波导态,展示出抗背向散射、障碍物及缺陷免疫等独特而神奇的物理性质。拓扑光子态因其独特性在拓扑激光器、量子信息、混合集成光路、非线性光学等领域具有广泛的潜在应用。磁光光子晶体为实现拓扑光子态、探索拓扑光子态新物性提供了重要平台。本文聚焦磁光光子晶体中拓扑光子态的研究进展,首先回顾有序、无序晶格中的拓扑光子态,揭示拓扑光子态的微观物理图像。接着讨论时间和空间反演对称性双破缺体系中的拓扑光子态,简述反手性拓扑光子态的产生。然后介绍宽带拓扑光子态及拓扑慢光态研究,展示新颖的拓扑光学现象及器件设计。最后针对磁光光子晶体中拓扑光子态研究面临的关键问题、未来发展趋势进行分析和展望。
光学学报
2021, 41(8): 0823015
光纤光学与光通信
赵丽娟  梁若愚  徐志钮  
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摘要
为了提高光纤横向压强传感器传感系数,降低温度对压强传感的影响,提出一种具有“三明治”结构的光子晶体光纤,并利用有限元法对其布里渊动态光栅传感特性进行数值模拟。研究了不同压强和温度条件下光子晶体光纤双折射频移的变化,分析了光子晶体光纤结构对其传感特性的影响,结果表明:设计的光子晶体光纤具有高传感精度,0~40 ℃下光子晶体光纤慢轴方向上双折射频移的压强传感系数约为692 MHz/MPa,光纤快轴方向上压强传感系数约为-404 MHz/MPa,0~40 MPa下温度系数仅为0.18 MHz/℃;与利用普通保偏光子晶体光纤设计的传感系数为199 MHz/MPa的压强传感系统相比,灵敏度提高了493 MHz/MPa。设计的光子晶体光纤提高了横向压强传感器传感系数且不易受温度的影响,适用于高精度静水压强传感领域。
光学学报
2021, 41(7): 0706001
光纤光学与光通信
摘要
采用分步傅里叶方法模拟皮秒泵浦脉冲在正常色散医用光子晶体光纤中超连续谱的产生,研究泵浦脉冲中心波长、峰值功率、宽度和形状对超连续谱特性的影响,优选泵浦脉冲光源的参数用于光学相干断层成像,提高其纵向分辨率和成像质量。结果表明:对于泵浦中心波长为1.06 μm、1.31 μm和1.55 μm的医用光子晶体光纤,在相同参数下,1.55 μm泵浦脉冲产生的带宽较宽,1.31 μm泵浦脉冲获得的纵向分辨率较小;对于1.55 μm的医用光子晶体光纤,当选取的双曲正割型泵浦脉冲峰值功率为20.5 W,脉冲宽度为2 ps时,可获得的纵向分辨率为5.0 μm,当选择峰值功率为18 W,脉冲宽度为0.5 ps时,可获得的纵向分辨率为3.7 μm;超高斯型泵浦脉冲比高斯型、双曲正割型和啁啾高斯型泵浦脉冲更易获得较宽、较平坦的超连续谱光源。
光学学报
2021, 41(6): 0606001
材料
摘要
具有宽带高吸收特性的吸收器是太阳能利用的关键。设计了一种含有抗反射层的基于二维光子晶体结构的太阳能吸收器,其中砷化镓(GaAs)作为吸收介质,被填充到具有四方晶格结构的二维光子晶体的钨(W)基底圆形空腔中。采用有限元法进行了模拟计算分析,结果表明,在300~2500 nm的波长范围内,吸收器的平均吸收率为92.5%,有效吸收率高达94.9%,入射仰角为50°时,有效吸收率仍有90.13%。该结构具有全太阳光谱高吸收、偏振不敏感和广角吸收等特点。研究结果为高性能太阳能吸收器的设计提供了参考。
光学学报
2021, 41(5): 0516002
00 11