本文關(guān)鍵詞： 狹縫波導結(jié)構(gòu) 色散調(diào)控 非線性光學 四波混頻 波長轉(zhuǎn)換 超連續(xù)譜 雙狹縫微環(huán)諧振器 光頻梳　出處：《華中科技大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：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。本論文論中,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),研究了倍頻程相干超連續(xù)譜產(chǎn)生的特性。主要的研究成果如下：(1)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。(2)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～-13 ps2/km),實現(xiàn)寬帶的波長轉(zhuǎn)換�；谝陨蟽�(yōu)化的色散參數(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。(3)設(shè)計了由有機材料對甲苯磺酸鹽(PTS,p-toluene 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1.6 μm,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。(4)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Si02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)果表明通過改變中間和底層的AS2S3高度,可以調(diào)整整個色散曲線的起伏；而且色散曲線的斜率及零色散點可以通過改變波導結(jié)構(gòu)的寬度及底層Si02厚度來調(diào)節(jié)。進一步,基于優(yōu)化雙狹縫微環(huán)波導,并結(jié)合Lugiato-Lefever(L-L)方程,仿真成功得到了超平坦且寬的光頻梳,最終的光頻梳光譜分布從1855nm至3010 n1m1,相應(yīng)地能量波動范圍僅在7-dB內(nèi)。超平坦且寬的光頻梳在通信及中紅外方面有很多潛在的應(yīng)用價值。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN252

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本文編號：1496383