狹縫波導的非線性特性與應用研究.pdf

1、隨著人類科技的高速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)快速走進大眾生活，人們的生活也越來越信息化。隨之，人們對信息的需求也逐漸變大，特別是對信息的交換速度要求也隨之越來越高，對信息容量要求也越來越大。然而，光通信網(wǎng)絡以其獨特的性能（包括大容量、高速率、傳輸損耗低、抗干擾能力強），可以滿足人們對通信容量及信息交換速度的需求。在這些高速大容量光通信中，光信號處理起著關鍵的作用，如光信號的放大、再生、高速光脈沖的產(chǎn)生與整形、波長轉換和多信道光源產(chǎn)生等等。近年來，人們

2、發(fā)現(xiàn)基于光子集成器件可以容易地實現(xiàn)以上光信號的處理，不僅光子集成器件的功耗低、成本低，而且光子集成器件的尺寸小、能量集中，有利于利用其中的非線性效應實現(xiàn)各種功能。本文研究了狹縫波導在色散和非線性方面的調控特性，并對狹縫波導中的非線性特性和相關應用做了研究。具體基于硫化砷-二氧化硅材料組成的雙狹縫直波導及雙狹縫微環(huán)結構，分別研究了寬帶無色波長轉換和寬帶平坦光頻梳產(chǎn)生的特性；基于有機材料（對甲苯磺酸鹽）-硅材料組成的單狹縫直波導結構，研究了

3、倍頻程相干超連續(xù)譜產(chǎn)生的特性。
　　本研究主要內容包括：⑴結合麥克斯韋方程，并利用軟件仿真分析狹縫波導的工作原理，根據(jù)波導中模式的分布特性來深入分析其在色散分布和非線性方面的調控原理，為進一步波導設計及參數(shù)優(yōu)化提供的理論依據(jù)和技術支持。⑵提出了一種新型的全光寬帶無色的波長轉換方案。該方案利用雙狹縫結構來進行色散優(yōu)化，可以在很寬的光譜范圍內使二階色散β2達到很低的值（0~-13ps2/km），實現(xiàn)寬帶的波長轉換?；谝陨蟽?yōu)化的色散參

4、數(shù)和四波混頻效應，可以實現(xiàn)3-dB轉換帶寬為1200 nm的波長轉換。由于在寬的帶寬內具有較低的二階和四階色散，能夠較好地滿足相位匹配條件，當泵浦波長從2200 nm變換到2800 nm時，其3-dB轉換帶寬都可以保持在1200 nm附近。這些結果表明，基于色散優(yōu)化的雙狹縫直波導，不僅是一個理想的寬帶波長轉換器，而且還可以實現(xiàn)對泵浦波長無敏感性。在波長轉換器方面，具有很大的潛在應用價值。⑶設計了由有機材料對甲苯磺酸鹽（PTS，p-tol

5、uene sulphonate）作為狹縫區(qū)材料的單狹縫直波導，通過優(yōu)化結構參數(shù)，單狹縫直波導不僅具有高的非線性系數(shù)，而且還具有較平坦的色散。在720 nm帶寬內其色散系數(shù)D變化范圍為0~56 ps/（nm·km）?；趦?yōu)化的色散參數(shù)，當輸入脈沖為飛秒脈沖時，中心波長為1.6μm，相應的非線性系數(shù)高達4200/(W·m)，通過仿真可以獲得倍頻程超連續(xù)譜，光譜波長覆蓋1108 nm至2488 nm的功率波動在-34 dB水平。我們還進一步分

6、析了超連續(xù)譜的相干度，發(fā)現(xiàn)在整個倍頻區(qū)內具有高的相干性。此倍頻程高相干的超連續(xù)譜可以用在光譜學和頻率測量方面，而且此波導結構還可以用在近紅外的非線性應用中。⑷提出了一種新的雙狹縫微環(huán)諧振腔結構，此雙狹縫微環(huán)由AS2S3和SiO2材料組成，通過優(yōu)化波導結構參數(shù)，得到了超平坦且低的色散曲線，在1150 nm波長變化范圍內相應的色散系數(shù)D變化范圍為0~3.8 ps/(nm·km)。同時，還研究分析不同結構參數(shù)對色散裁剪的影響，仿真結果表明通過