1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 教育部 光电信息科学与技术重点实验室, 天津 300072
21世纪初, GOL’TSMAN等人开启了超导纳米线单光子探测器(SNSPD)这一研究领域。历经整整20年的发展, SNSPD已经成为综合性能优异的单光子探测器, 被广泛用于量子与经典的弱光探测。本文从性能指标、器件物理、薄膜材料、器件结构、加工工艺、光学耦合、信号读出、制冷系统、应用演示等9个方面, 回顾了过去20年里SNSPD的重要研究进展; 在此基础上, 展望和评述了未来可能的研究与发展方向。
量子光学 单光子探测 超导纳米线单光子探测器 超导纳米条单光子探测器 超导电子器件 量子信息 quantum optics single-photon detection superconducting nanowire single-photon detector superconducting nanostrip single-photon detector superconducting electronic device quantum information
1 北京星英联微波科技有限责任公司, 北京 100084
2 成都英联科技有限责任公司, 四川 成都 610041
3 南京航空航天大学 航天学院, 江苏 南京 210016
基于六阳极结反向串联型GaAs平面肖特基二极管, 设计并实现了0.2 THz大功率二倍频器。肖特基二极管倒装焊接在50 μm石英电路上。采用电磁场和电路联合设计仿真获得了二倍频器的倍频效率。当入射功率在100 mW时, 输出频率在190~225 GHz带内效率大于5%。在小功率(Pin≈100 mW)和大功率(Pin≈300 mW)注入条件下, 测试了倍频电路的输出功率和倍频效率。在100 mW驱动功率下采用自偏压测试, 最大输出功率为14.5 mW@193 GHz, 对应倍频效率为14%; 在300 mW驱动功率下采用自偏压测试, 在188~195 GHz, 输出功率大于10 mW, 最大输出功率为35 mW@192.8 GHz, 对应倍频效率为11%。
太赫兹 二倍频器 GaAs平面肖特基二极管 非平衡式 terahertz doubler multiplier GaAs planar Schottky diode unbalanced 红外与激光工程
2019, 48(12): 1219002
北京星英联微波科技有限责任公司, 北京 100084
基于四阳极结同向串联型GaAs平面肖特基二极管, 设计并实现了无基片空间合成的220 GHz三次倍频电路。采用四支肖特基二极管协同工作, 在脊波导小片上下两侧各倒装焊接两支肖特基二极管, 构成上下反向结构。采用场路结合的方式, 对倍频电路的倍频效率进行了仿真。仿真结果显示输入功率为300 mW, 输出频率为213~229 GHz时, 倍频效率大于3%; 采用E波段功率放大器推动三次倍频电路, 获得了倍频器输出功率。测试数据表明, 驱动功率为300 mW时, 输出频率为213~229 GHz时, 输出功率大于5 dBm, 倍频效率为1%~2%。
太赫兹 无基片 GaAs平面肖特基二极管 空间合成 terahertz no-substrate GaAs planar Schottky diode space combined 红外与激光工程
2019, 48(2): 0225002
兰州大学 信息科学与工程学院 现代通信技术研究所, 兰州 730000
基于表面等离子激元理论与金属-介质-金属波导结构提出一个由开口方环共振空腔、挡板及MIM波导组成的波导结构, 并使用有限元方法系统地研究了该结构的透射特性.仿真计算结果表明：该结构可以产生法诺共振现象, 其共振波长可以通过改变开口方环空腔的长度及开口大小进行调节, 该结构敏感度可达1 600 nm/RIU,品质因数为1.31×105.此外, 通过调整方环共振空腔上开口的位置, 在波导中产生了双重法诺共振现象, 其敏感度可达1 700 nm/RIU, 品质因数为8.3×104.该结构有望在光学集成回路, 尤其是纳米生物传感器方面得到比较广泛的应用.
表面等离子激元 开口方环谐振腔 法诺共振 介质波导 传输谱 品质因数 光学传感与传感器 Surface plasmon polaritons Square split-ring resonance cavity Fano resonance Dielectric waveguide Transmission spectra Figure of merit Optical sensing and sensors
兰州大学 信息科学与工程学院 现代通信技术研究所, 兰州 730000
提出由T型空腔和挡板组成的两种金属-电介质-金属(MIM)波导结构, 分别为: 正T型空腔结构和倒T型空腔结构, 并应用有限元法系统地研究了该结构的透射特性.对于正T型空腔结构, 仿真结果出现了双重法诺共振现象, 并且共振波长可以通过改变T型空腔长度和高度进行调节.该结构有助于设计成敏感度达到1 620 nm/RIU、品质因数为5.4×104的纳米传感器.对于倒置T型空腔, 在波导中产生了多重法诺共振现象, 其敏感度可达1 560 nm/RIU, 品质因数为9.37×104.该结构有望在光学集成回路, 特别是纳米传感器、光束分路器方面具有广泛应用.
波导 表面等离子激元 法诺共振 T型谐振腔 传输谱 品质因数 光学传感与传感器 Waveguide Surface plasmon polariton Fano resonance T-type resonator Transmission spectrum Figure of merit Optical sensing and sensors 光子学报
2016, 45(11): 1113003
兰州大学信息科学与工程学院现代通信技术研究所， 甘肃 兰州 730000
提出了一种基于黄金分割比的新型长程介质加载表面等离子激元波导(LR-DLSPPW)结构，在通信波长λ0=1.55 μm情形下，运用有限元法对这种波导基模的归一化电场分布、模式有效折射率、衰减常数、传播长度、模式宽度、品质因数和耦合长度等传输特性参数进行了仿真分析计算。结果表明，与不具有黄金分割比的类似波导相比，基于黄金分割比的LR-DLSPPW具有较长的传播长度1.36 mm和较小的模式宽度1.35 μm；另一方面，当介质脊面积保持为0.9 μm2不变且介质脊高宽比值取为黄金分割比时，其品质因数会出现一个超过6.15×105的最大值。此外，当相邻波导之间的间隔超过3 μm时，相邻波导间的串扰可被忽略。显然，这种基于黄金分割比的新型波导结构能够很好地应用于高密度光子集成回路的设计中。
集成光学 表面等离子激元波导 有限元法 黄金分割比 传输特性 激光与光电子学进展
2016, 53(6): 061301
兰州大学信息科学与工程学院现代通信技术研究所, 甘肃 兰州 730000
提出了一种双层半圆介质加载表面等离子激元波导新结构，并利用有限元方法对该新型波导结构在工作波长1550 nm下的传输特性进行了数值仿真和优化分析，得到了波导传播特性的主要参数。结果表明：在波导总面积保持不变的情形下，当双层半圆介质的折射率分别取为n1=1.4和n2=1.473时，波导的传播特性最佳；在此折射率参数基础上，波导的内外介质半径比r1/r2为0.5时，波导的传播长度最大、衰减系数最小并且模式面积和品质因数的取值都非常理想，可以获得最优的波导传输效果。
集成光学 表面等离子激元波导 双层半圆介质加载波导 传播长度 品质因数 激光与光电子学进展
2016, 53(6): 061302
1 重庆理工大学光电信息学院, 重庆 400054
2 四川理工学院理学院, 四川 自贡 643000
针对光子晶体研究领域的重点、难点问题, 分析了单色电磁波在周期性电介质中传播的偏微分方程和激光全息记录法实现光子晶体模板的理论基础。借助全息光栅理论, 设计了三维光子晶体的晶格结构, 用双光束三次曝光法制作了红光632.8 nm的三维面心立方光子晶体模板, 探讨了影响光子晶体模板成品质量的对比度、旋转精度控制、折射率改变等问题的解决思路。在制作过程中使用双光束三次曝光法, 排除了对记录光束偏振方向的调整, 达到了在制作大面积光子晶体模板中简化系统光路, 稳定系统性能的目的。
光子晶体 激光全息技术 模板 三维晶格结构
1 重庆工学院,数理学院,重庆,400050
2 江西师范大学,物理与通信电子学院,江西,南昌,330022
3 江西省光电子通信重点实验室,江西,南昌,330022
4 重庆大学,数理学院,重庆,400044
采用自再现理论,对工作在有理数谐波锁模时的半导体光放大器(SOA)光纤环形激光器进行了研究.为了获得振幅均衡的有理数谐波锁模脉冲,必须在原有的实验装置中添加一个掺铒光纤放大器(EDFA)以提高注入调制光信号功率.数值结果表明,调制SOA的偏置电流和注入调制光信号功率对有理数谐波锁模脉冲的振幅均衡度都存在较大影响.合理选择调制SOA的偏置电流和注入调制光信号功率,可获得2～5阶振幅均衡的有理数谐波锁模脉冲序列.
光纤激光器 有理数谐波锁模 脉冲幅度均衡 半导体光放大器 交叉增益调制
