狹縫波導的非線性特性與應(yīng)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(luò)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(guān)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(zhuǎn)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(yīng)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(diào)控特性，并對狹縫波導中的非線性特性和相關(guān)應(yīng)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(jié)構(gòu)，分別研究了寬帶無色波長轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)，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(nèi)容包括：⑴結(jié)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(diào)控原理，為進一步波導設(shè)計及參數(shù)優(yōu)化提供的理論依據(jù)和技術(shù)支持。⑵提出了一種新型的全光寬帶無色的波長轉(zhuǎn)換方案。該方案利用雙狹縫結(jié)構(gòu)來進行色散優(yōu)化，可以在很寬的光譜范圍內(nèi)使二階色散β2達到很低的值（0~-13ps2/km），實現(xiàn)寬帶的波長轉(zhuǎn)換?；谝陨蟽?yōu)化的色散參

4、數(shù)和四波混頻效應(yīng)，可以實現(xiàn)3-dB轉(zhuǎn)換帶寬為1200 nm的波長轉(zhuǎn)換。由于在寬的帶寬內(nèi)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(zhuǎn)換帶寬都可以保持在1200 nm附近。這些結(jié)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(zhuǎn)換器，而且還可以實現(xiàn)對泵浦波長無敏感性。在波長轉(zhuǎn)換器方面，具有很大的潛在應(yīng)用價值。⑶設(shè)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(yīng)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(nèi)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(jié)構(gòu)還可以用在近紅外的非線性應(yīng)用中。⑷提出了一種新的雙狹縫微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)，此雙狹縫微環(huán)由AS2S3和SiO2材料組成，通過優(yōu)化波導結(jié)構(gòu)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(nèi)相應(yīng)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(jié)構(gòu)參數(shù)對色散裁剪的影響，仿真結(jié)果表明通過