一、端面耦合钛扩散铌酸锂平面光波导中非简并四波混频的研究（论文文献综述）
刘时杰[1]（2019）在《集成铌酸锂光学微盘腔的制备及其非线性光学效应研究》文中研究表明回音壁模式（WGM）微腔受益于其超高的品质（Q）因子和超小模式体积（V）,可以显着增强光与物质之间的相互作用。这一特点使其在基础物理研究和实际应用中都非常重要。近年来,回音壁模式微腔已经在非线性光学、光学传感、光腔力学和腔量子电动力学等领域得到广泛应用与发展。因其光增强特性非常适合非线性光学的研究,因此开辟了一条在低泵浦光功率下研究非线性特性的新路径。基于回音壁模式微腔的非线性研究热点包括一些基本非线性效应如普克尔（Pockels）效应和克尔（Kerr）效应,此外还有谐波产生、四波混频效应和受激光学散射等。此外,还能通过级联非线性效应产生更为多样和复杂的非线性过程。铌酸锂晶体是最优秀的非线性光学材料之一,它具有二阶非线性系数大、透明窗宽和折射率相对高的特点。铌酸锂薄膜技术的发展更是使其在集成光学领域有了非常大的潜力。近年来,基于铌酸锂薄膜（LNOI）的研究已经成为一个新热点,核心的刻蚀工艺趋于成熟。基于LNOI集成WGM微腔的基本非线性过程研究例如二次谐波、和频和参量下转换已经被报道。在采用级联多次非线性和电光调制后,可以实现三次谐波、四波混频和克尔光频梳等。虽然干法刻蚀工艺已经被有所突破,但是各类工艺都有其特点和适用范围。本文章基于铌酸锂薄膜工艺展开工作,研究了包括聚焦离子束（FIB）刻蚀和反应离子刻蚀（RIE）等工艺。聚焦离子束刻蚀方法优点在于可以图案化直写,通过聚焦离子束刻蚀我们得到了较高品质因子（105）的铌酸锂微盘。大面积制备光子器件则需要使用电子束曝光制备掩模,再用反应离子刻蚀进行整体刻蚀。我们用反应离子刻蚀制备了光栅、波导和微环。在制备的铌酸锂微盘中,我们在实验上得到了高效二次谐波、级联三次谐波和级联四波混频效应。在通讯波段,仅用几毫瓦的泵浦功率就可以得到可见光范围内高效的二次谐波。在增加泵浦功率后我们通过级联非线性过程实现了三次谐波。当使用双泵浦源时,通过二次谐波和差频效应的级联过程,实现了等效的四波混频效应。级联过程有效地弥补了三阶非线性系数小的不足。等效的四波混频效应还可以用在光参量放大中。通过这些非线性过程,更为深刻地验证了腔内相位匹配条件和模式耦合问题。我们的研究大大丰富了集成铌酸锂芯片上的频率转换的方式。除此之外,我们还制备了双盘铌酸锂微盘,这种微盘可以激发外部回音壁模式。这种波导槽模式的模式能量主要限制在微盘之外,可以实现与周围环境的大模式面积重叠以及表面上强大的电场和光场梯度力。我们制备的外部回音壁模式具有超过105的高品质因子,且没有金属损耗。我们相信,这种结构的铌酸锂双盘腔有望在光学传感、表面光学非线性和光腔力学等各种应用中受到高度青睐。
孙剑[2]（2019）在《高速光纤通信系统中全光信号处理技术的研究》文中认为随着信息时代到来,虚拟现实、物联网、高清视频直播等技术和业务深入人们的日常生活和工作,光纤通信系统时刻面对着巨大的带宽需求。研究人员通过提高单通道速率、优化频谱效率以及开发新的复用维度等方法不断增加系统容量,总结近30年来OFC会议上Post Deadline文章,可以发现实验室中的光纤通信系统容量平均每四年提高10倍。使用多种技术相结合的方式可以非常有效地提高通信系统容量,但也将同时大幅增加网络节点复杂度,进而对光信号处理能力提出更高的要求,如高质量光信号源生成、多路信号同时处理、对信号波长和带宽透明、降低节点复杂度等。能够应对复杂网络环境并且低成本的光信号处理技术将成为能否将实验室中的超大容量系统成功商用化的关键因素。本文结合参与课题内容,对正常色散区超连续谱生成机理、光时分复用（Optical Time Division Multiplexing,OTDM）分插复用器、全光波长转换、宽度调谐脉冲生成以及全光相关器等这些光信号处理相关技术进行理论和实验研究,得到一些有益的结论和成果,主要的创新点和研究成果如下:（1）理论研究了脉冲在高非线性光纤（Highly Non-linear Fiber,HNLF）正常色散区超连续谱演化过程中的光谱收缩现象。在正常色散区,脉冲光谱存在能量由两侧波长向内侧转移的机制,这种机制主要由四波混频（Four Wave Mixing,FWM）过程中的能量回传和群速度色散（Group Velocity Dispersion,GVD）导致的走离效应共同作用引起,出现在光波分裂（Optical Wave Breaking,OWB）现象发生之后,其发生的传输距离与脉冲峰值功率和光纤色散成反比。另外受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering,SRS）和交叉相位调制（Cross-Phase Modulation,XPM）效应对光谱收缩现象具有不同影响,表现为:当脉冲内同一时刻重叠的频率分量间隔达到拉曼增益范围时,在SRS的作用下短波长分量会将能量转移给长波长分量,导致短波长分量收缩速度快于长波长分量;XPM在脉冲前后沿表现为不同特性,分别体现为红移和蓝移,这会导致两侧光谱收缩不同步。（2）理论研究了 HNLF正常色散区脉冲前后沿尾部非频移部分演化过程。SRS加速了前沿非频移部分的能量减弱过程,减缓了后沿非频移分量能量减弱过程,三阶色散和自陡峭效应虽然可以导致光谱不对称展宽,但对于尾部非频移分量影响较小;XPM对非频移部分影响表现为脉冲不同频率分量在前后沿重合时,能量较强的部分对能量较弱的非频移部分进行相位调制,最先在靠近脉冲中心的位置发生,前沿的非频移部分出现红移,而后沿部分出现蓝移,传输过程中非频移部分一直受到XPM作用,红移部分持续红移,蓝移部分持续蓝移,波长逐渐靠近前后沿频移部分。（3）分别基于XPM和自相位调制（Self-Phase Modulation,SPM）效应提出了双向使用高非线性光纤结构的全光分插复用和波长转换方案,并进行了实验验证,相比于已有的方案,文中提出方案在仅使用一段HNLF的条件下实现了同时对两路OTDM信号分别进行处理,减少了使用器件数量,简化了系统结构,进行了 2*80 Gbit/s OTDM信号分插复用实验以及50 Gbit/s和20 Gbit/s信号同时波长转换实验,实验结果表明提出的结构都实现了信号无误码接收,具有良好的信号处理能力。（4）分别基于铌酸锂调制器的偏振特性和行波特性提出了两种宽度可调谐脉冲生成方案,并进行了理论分析和实验验证。相比于现有方案,提出的方案在仅采用一个单驱动强度调制器情况下实现了脉冲占空比21%-50%范围内连续可调,简化了系统结构。利用提出的宽度可调谐脉冲生成结构分别进行了 40Gb/s OTDM信号解复用和80 Gb/s OTDM信号100 km传输解复用实验,都实现了实现了无误码接收,实验表明提出的结构具备对高速光信号处理的能力。（5）提出了一种基于多模光纤中模式色散的全光相关器。理论和实验研究证明短脉冲光以不同角度从不同位置注入到多模光纤中可以激励起离散的模式群,这些模式群因模式色散在光纤输出端会形成特有的脉冲响应,依此可以建立空间到时间的一一对应关系。搭建了基于模式色散的全光相关器实验结构,完成了对8-bit码元的全光检测实验。另外当相关器脉冲响应为矩形时,提出的结构可以用于实现全光积分,并进行了实验验证。
纪磊[3]（2005）在《周期极化铌酸锂的制备及应用研究》文中进行了进一步梳理铌酸锂晶体拥有一系列独特的电光、声光、弹光、压电、热电和非线性光学特性,这使得它成为声光、电光和非线性光学器件等应用中最具吸引力的材料之一。基于准相位匹配技术的周期极化铌酸锂（PPLN）可以利用铌酸锂最大的非线性系数d33（25.2pm/V）,已广泛应用于倍频/差频、光参量振荡等光参量过程和THz波产生等方面。在光通信领域,尤其是波长变换、全光开关方面,也有广阔的应用前景。本文侧重于研究铌酸锂畴反转基理,并基本解决极化工艺的实际问题,完善极化工艺,为进一步提高周期极化铌酸锂器件的性能奠定基础。论文采取理论分析与实验验证紧密结合的研究方法,所涉及的研究成果与创新之处如下:1.利用有限元法分析了周期极化电极结构的电场分布。比较了梳形电极与框形电极的优劣。在理论分析的基础上提出一种适用于小尺寸晶片的能有效降低边缘电场的周期极化电极结构,并申请了发明专利（申请号: 200510015505.6）。2.系统分析了各种可能的工艺缺陷对极化质量的影响。其中包括液体电极方案可能存在的气泡问题,提出了相应的对策;多种周期同时极化时,各部分在极化进程中相互之间的影响;以及毛刺、断条光刻缺陷对极化质量的影响。3.利用斯坦福大学提出的数学模型对绝缘层介电常数、绝缘层厚度、电极宽度、外加电压幅度和光栅周期对极化进程的影响进行了分析,提出选择各参数取值的原则,并给出由光栅周期计算最优电极宽度的拟合公式。4.纠正了一篇重要文献中不正确的合成频谱调谐曲线,并分析了导致问题产生的算法错误。5.提出了更符合铌酸锂周期极化过程实验结果的三维动态模型。6.研究了与铌酸锂周期极化密切相关的击穿特性。7.设计了液体电极方案的极化夹具,改进了已有的极化电源。8.制备了有效通光长度20mm的周期极化铌酸锂样品,对连续光Nd:YVO4激光器1064nm波长一阶准相位匹配倍频过程进行了实验研究,在1.51W的基频泵浦功率时得20.55mW 532nm的倍频绿光输出,其倍频转换效率为1.36%,较我们之前的效率提高了26倍。达到国内相同实验条件下类似研究的一般水平。9.对近化学计量比铌酸锂和抗光折变掺杂铌酸锂的极化和击穿特性进行了初步研究。
万帅[4]（2020）在《片上氮化硅微环腔的制备及孤子频梳的研究》文中认为光学频率梳,即频域上一系列等间隔的相干谱线,在过去的二十多年间获得了极大的关注和发展。传统的光频梳通过锁模激光器产生,已经在时间和频率的精确测量上发挥了巨大作用。基于微腔的光场增强特性,2007年利用连续光泵浦在微腔中实现了光频梳产生,开启了微腔光频梳这一全新的领域。由于产生过程中伴随着噪声的出现,早期的微腔光频梳表现出较低的相干性,其应用价值并不被看好。近年来,随着耗散克尔孤子的发现,通过同时平衡增益和损耗,以及色散和克尔非线性,微腔中可以产生稳定的孤子光脉冲并且获得全相干的光频梳。与传统的锁模激光器产生的光频梳相比,基于微腔的孤子光频梳性能相当,并且具有功耗低、尺寸小、结构简单、可集成的优点。因此,除了为非线性物理研究提供理想的平台,近几年来微腔孤子光频梳在诸如光学频率合成、光原子钟、激光雷达、低噪声微波源、相干光通信、双光梳光谱学、光学相干层析等许多应用上展现出了广阔的前景。在量子信息领域,量子信息可以编码在单个光子的频率和时间自由度上,通过利用基于光频梳的时频纠缠光子可以实现确定性的高维控制量子门,为可扩展的光学量子计算提供可行的选择。本论文中,基于氮化硅微环腔,研究了氮化硅微环腔芯片的设计与制备、其中的孤子频梳的产生以及呼吸孤子的频率稳定和调谐。除此之外,本论文中还提出了一种基于微腔的自干涉结构,并对其在光学传感以及光频梳上的应用进行了初步探索。具体内容有以下几个方面:1.回音壁模式微腔与微腔光频梳的基础理论首先详细地介绍了品质因数、自由光谱范围、有效模式体积、色散等回音壁模式微腔的重要参数,并利用耦合模方程对微腔中光学模式的线型进行了分析。之后,从三阶非线性出发,介绍了非线性效应在微腔光频梳产生过程中起到的作用。给出了微腔光频梳研究中常用的耦合模方程和Lugiato-Lefever方程的推导过程,从数学上证明了两者的等价性。利用这两个方程从理论上研究了光频梳和孤子的产生过程,并给出了产生条件和一些重要参数的数学表达形式。2.氮化硅微环腔芯片的设计与制备工艺改进为了满足孤子频梳产生对微腔色散的要求和提高微腔芯片的耦合效率,我们通过模拟对微环腔的尺寸以及端面耦合器的形状进行了设计和优化。对于微环腔的制备工艺,我们对工艺的每一个环节逐一进行了介绍,并且给出了每一步的关键点和改进方案。利用改进的制备工艺,在我们的微环腔样品中观察到了品质因数超过3 × 106的光学模式。3.孤子频梳的实验产生基于我们的高品质因数氮化硅微环腔,在实验上演示了微腔孤子频梳的产生,并记录了孤子频梳从主梳态、调制不稳定性态、呼吸孤子态到稳定的孤子态的完整演化过程。对演化过程的每个阶段都进行了理论分析和实验表征。同时,为了克服单束光直接扫描时孤子产生效率较低的问题,我们利用添加辅助光的方法抑制了热效应对孤子产生的不利影响,实现了孤子频梳的稳定高效的产生。4.呼吸孤子的频率稳定与调谐呼吸孤子态是孤子演化过程中的一个特殊状态。我们对呼吸孤子态进行了详细地理论分析和实验表征,并给出了证明呼吸孤子存在的几种特征信号。由于存在周期性的能量交换,相比于稳定的孤子态,呼吸孤子态的稳定性较差。基于注入锁定机制,我们验证了呼吸孤子的呼吸频率可以与外部信号的调制频率同步,并观察到锁定状态下的呼吸孤子稳定性显着提升同时相位噪声被有效抑制。通过调节外部调制信号的功率和频率,实验中实现了最多达50 MHz的呼吸频率调谐。锁定的呼吸孤子在提高光谱学分辨率和宽波段的微波信号分发上有望发挥作用。5.自干涉结构的原理与应用演示与传统的直波导耦合结构相比,自干涉结构多出了一段U型干涉臂。通过对干涉臂上的相位进行调节,可以改变干涉臂与微腔的相位差,从而实现对有效耦合损耗的调节。有效耦合损耗的变化会引起光学模式线宽和消光比的变化,因此,自干涉结构可以提供一种全新的耗散传感机制,一定程度上克服传统的传感机制的缺点。我们在实验上成功实现了基于自干涉结构的电功率和溶液浓度传感,展现了其实际应用的潜力。除此之外,我们在自干涉结构中还实现了光频梳产生,并观察到受到调制的频谱包络。
周飞亚[5]（2017）在《面向片上光互连的硅基无源器件研究》文中进行了进一步梳理随着话音业务的激增和各种数据、图像新业务的涌现,特别是FTTH和IP网络技术的不断发展,通信系统的信息容量与处理速度呈现爆炸性增长态势。而基于金属传导的电互连技术面临严重的热耗散与不可逾越的电子瓶颈,已越来越不适应信息存储、信息传输、信息处理的高速率高带宽需求。以光子作为信息载体,以波导作为传输媒介,在芯片内部以光互连取代电互连,实现片上高密度、高速率的数据传输,是突破电互连性能瓶颈的有力手段。平面光学器件的研制,以及彼此之间的相互集成,是实现片上光互连的前提。以硅为主要材料的硅基光子学,因微电子行业的推动,研究人员对硅材料认知的加深以及硅基兼容技术的逐渐成熟,被认为是最有希望的光互连平台。本论文以硅基光互连芯片中的两种关键无源器件——波长转换器、波分复用器件作为研究目标。首先,我们介绍了硅基波导的分类以及主要数值仿真方法,并采用时域有限差分方法对条形波导、狭缝波导的模场分布、线性传输性质进行了分析。随后,介绍了 SOI波导中的几种重要非线性现象。接着,我们介绍了硅基波导的制作方法与测试,包括关键设备、重要工艺流程、测试方法与耦合平台。在对硅纳米线波导研究的基础上,本论文对基于四波混频效应FWM的硅基波长转换器、硅基波分复用器件进行了研究。波长转换器可以有效解决通信网络的波长连续性问题,增加片上光互连的通信带宽,提高光网络的波长使用效率。为提高硅基波长转换器的转换效率,本论文从增强非线性系数与调控相位失配两方面着手。对于前者,本论文设计了一种高非线性水平狭缝波导,其非线性系数达到4100W-1m-1,为相同结构尺寸下条形波导的20倍。对与后者,本论文提出了两种准相位匹配方案——相位失配交替方案PMS与相位失配补偿方案PMC,用于调控相位失配,提高目标波长处的转换效率。结果表明,PMS、PMC方案分别将转换效率提高了 11.3 dB、18.3 dB。随后,本论文研究了双泵浦条件下,PMS、PMC方案的转换性能。功率较低的情况下,非简并FWM比简并FWM更易获得较高转换效率。除此之外,本论文还提出一种增强型相位匹配补偿方案EPMC,用于进一步提升能量转移强度,提高转换性能。计算结果表明,EMPC方案中FWM效率达到-11.3 dB,3-dB带宽为516nm。波分复用/解复用器是片上光互连的核心,它对于实现多路光的合波与分波,增强通信带宽有着极为重要的作用。现有的光学设计方法限制了设计者获得更高集成度、更优性能的平面集成光学器件。超材料结构在亚波长尺度调控介电常数,为高效光子调控提供了一种新思路。为消除干法刻蚀过程中迟滞效应对刻蚀深度的影响,本论文提出了一种迟滞效应不敏感的类光子晶体超材料结构,通过部分填充的方式,保证了刻蚀图形的形状独立性与尺寸一致性。并采用直接二进制搜索反向设计方法DBS,基于该类光子晶体超结构设计并制作出一个结构紧凑、适用于CWDM系统的粗波分解复用器。该器件损耗小、串扰低、带宽大且对温度变化容忍度大,信道密度相对现有器件提高两个数量级。
胡汉武,曹庄琪,杨傅子,胡纯,陈英礼,方俊鑫[6]（1990）在《端面耦合钛扩散铌酸锂平面光波导中非简并四波混频的研究》文中提出在钛扩散LiNbO3平面光波导中,用端面耦合方法实现了相向传播光脉冲的非简并四波混频效应。实验发现,倍频光以一定的发散角沿垂直于波导表面的方向传播,而发散的机理可用夫琅和费衍射理论解释。
黄庆[7]（2012）在《离子辐照铌酸锂波导结构的晶格损伤和倍频效应》文中研究指明光电子器件的集成化和小型化是未来发展的趋势,光波导是其基本结构。基于波导结构的波导激光、光波导放大器,基于波导倍频和光学参量振荡的相干激光源以及光折变波导中的空间光孤子等,是国际上的研究热点。光波导的尺度与工作波长在同一个量级上（微米）,因而光的行为与体材料中光的行为不同,其制备往往涉及薄膜生长、刻蚀、光刻等微纳米加工技术。在光波导中,光被束缚在折射率高的区域内以稳定的模式传输,不发散。此外,光波导可以利用材料本身的电光效应、声光效应和非线性效应等性质实现对光的调制,进而实现不同功能的光学器件。有关光波导的研究涉及光学、激光、晶体材料科学、固体物理学、非线性光学、微电子学等多个学科。离子注入作为一种材料改性技术被广泛地应用于金属、绝缘体、磁性材料、非晶和表面物理、化学、医学、冶金等各个领域。它已经发展成为一种比较成熟的波导制备方法,在许多光学晶体、陶瓷、聚合物以及玻璃上形成了光波导结构。其优点在于：可控性好；波导形成机理比较统一,因而适用范围广泛。离子注入,结合光刻、刻蚀等工艺,可以形成条形或脊形光波导。目前在光波导的制备方面,离子注入一般可分为轻离子（H和He）注入和重离子（例如C、O、Si、Ar、Cu等）注入。离子能量一般在0.2MeV-6.0MeV之间。轻离子和重离子的剂量分别在1016ions/cm2和1013ions/cm2-1014ions/cm2量级上。所以相对而言,重离子注入一般能节省大量的注入时间。目前,快重离子（一般指能量在20MeV-数GeV的重离子）辐照作为一种新兴的波导制备方法得到了越来越多的研究。其不仅辐照剂量更低（约1012ions/cm2）,而且在形成波导的机理上与低能离子注入也不相同。离子注入过程往往应用基于Monte-Karlo的SRIM （The Stopping and Range of ions in matter）软件来模拟,它可以计算出离子的射程、离散、分布、电子能量损失分布和核能量损失分布等。对于离子注入后的样品,一般测试其晶格损伤、波导特性、光学性质的变化以及波导中激光、倍频效应等。波导特性包含波导模式的有效折射率、模式的场分布、折射率分布和损耗等,一般能够在棱镜耦合以及端面耦合实验装置上测量得到,或者在此基础上分析得到,并可以通过退火的办法对它们进行优化。RSoft是一个光电子器件的模拟和设计软件,这里应用于波导导模的计算以及基于波导的光学结构的模拟,它包含基于finite-difference beam-propagation method的BeamPROP,基于finite-difference time-domain的FullWA VE,基于plane-wave expansion用于计算光子晶体能带结构的BandSOLVE等计算工具。本文所用材料为铌酸锂（lithium niobate,LiNbO3,LN）。铌酸锂晶体具有优良的电光、声光、光折变、压电、铁电以及光生伏打效应；其双折射率差值大,非线性系数大；具有良好的机械稳定性,容易生长；实施不同元素掺杂之后能够呈现出不同的特性；因而得到了广泛的研究和应用。然而铌酸锂是一个典型的非化学计量比晶体。其同成分点一般在Li/Nb=48.3/51.7-48.6/51.4之间。Li原子的缺失给晶格引入大量的本征缺陷。在近化学计量比铌酸锂（stoichionmetric lithium niobate, SLN）中,Li/Nb比可以达到49.9/50.1。SLN消除了同成分铌酸锂晶体中缺陷的不利影响,改善了晶体的许多性能。本文的工作围绕离子注入或者离子辐照铌酸锂光波导展开,主要包含三方面内容：离子注入铌酸锂的晶格损伤；离子注入或离子辐照光波导的制备；基于波导结构的应用,包括PPLN波导中的倍频效应以及铌酸锂脊形光波导上光子晶体的制备。具体如下：4.0MeV0离子注入铌酸锂在不同的剂量下呈现出不同的晶格损伤分布。低剂量（6×1014ions/cm2）下铌酸锂的晶格损伤分布与SRIM基于核能量损失计算得到的空位浓度分布相吻合；而高剂量（2×1015ions/cm2,4×1015ions/cm2）O离子注入铌酸锂中存在一个非晶表层,且非晶表层的厚度随剂量的增加而增加。这个效应被归因于4.0MeV O离子的电子能量损失,并应用thermal spike模型来描述。由于非晶铌酸锂的折射率比铌酸锂结晶态的折射率低,因而离子注入形成的光波导被折射率降低的非晶表层覆盖。则波长比非晶层厚度小的光波便很难通过棱镜耦合的方式从样品的表面耦合进波导中去。波导区的晶格损伤由卢瑟福背散射和沟道技术测量得到。在前人工作基础上,利用晶格损伤和折射率变化的关系式,计算得到了铌酸锂波导的折射率分布,它与波导的暗模特性曲线相符。通过背散射谱以及损伤分布的比较,70MeV Ar离子辐照在很低的剂量（1×1012ions/cm2）下在质子交换铌酸锂中引起了一定的重结晶效应,即辐照导致了质子交换层损伤的降低以及质子交换层厚度的增宽。在辐照过程中,原质子交换层下面的Li原子沿着与Ar离子入射方向相反的方向移动,补充了原质子交换层中缺失的Li原子。这种效应被归因于快重离子在晶体中大量的电子能量沉积。然而实验表明,6.0MeV的O离子辐照在不同剂量（2×1012ions/cm2,2×1013ions/cm2,6×1014ions/cm2）下都没有能在质子交换铌酸锂中产生相似的效应。相反,6.0MeV O离子注入在低剂量（6×1014ions/cm2）下就能致使整个质子交换层非晶化。因此结合质子交换和低剂量的O离子注入可以在铌酸锂中形成表面损伤层深度可调的埋层光波导。低剂量（2×1012ions/cm2）200MeV Ar离子辐照在SLN晶体中形成了光波导结构。由于辐照深度较大,波导较厚,因此模式很多。暗模特性曲线表示辐照后的样品在1539nm波长支持9个模式,说明波导具有在更长波长（中红外波段）支持导模的潜力。背散射谱显示,经过Ar离子辐照之后,SLN晶体表面的晶格几乎没有损伤。铌酸锂拉曼谱的峰值及其宽度与铌酸锂中Li/Nb比有关。经过比较Ar离子辐照区、SLN衬底以及CLN晶体的拉曼谱,结果表明Ar离子辐照没有改变辐照层中的Li/Nb比,显示出离子注入或者离子辐照在SLN波导制备中的优越性。在极化周期为5μm的周期极化铌酸锂（PPLN）波导中实现了从980nm到490nm波长的倍频。结合光刻,6.0MeV O离子注入在PPLN中形成了平面和条形光波导,剂量为6×1014ions/cm2。暗模特性曲线表明注入后的PPLN样品在1539nm波长下有一个导模,确保了样品在980nm波长下一定支持模式。在倍频实验中,PPLN波导的温度由oven控制。测量并计算了波导以及衬底中的温度调谐曲线。测量结果显示,相同温度下,波导中倍频光波长比衬底中倍频光波长大。计算结果与之相符。在150℃时,在平面波导中所获得的倍频转换效率为4%/（W·cm2）。倍频光的光强可达0.81mW。在110℃时,在条形光波导中获得的倍频转换效率为34.5%/（W.cm2）。获得倍频光的最大光强为1.11mW。背散射谱显示注入后PPLN样品表面的损伤很低。经过HF酸和硝酸混合溶液的腐蚀,样品的表面上显露出铁电畴的边界,说明铁电畴的周期性结构没有遭到氧离子注入的破坏,非线性效应很好地保留了下来。二维光子晶体的能带结构以及对称分布的光子晶体平板的投影能带图通过平面波展开方法计算得到。基于质子交换铌酸锂脊形光波导的光子晶体平板的透射谱通过有限时域差分的方法计算得到。计算表明光子晶体平板具有与相应二维光子晶体相似的特征,因而通常情况下应当以二维光子晶体的能带结构为基础来进行设计。结合光刻掩模以及Ar离子刻蚀在质子交换铌酸锂上形成了脊形光波导。应用聚焦离子束设备在质子交换铌酸锂脊形光波导上制备了filter和光栅结构,并在铌酸锂上测试了二维周期孔洞的刻蚀情况。对于周期为450nm的filter,最大刻蚀深度达到2.5μm；对于周期为540nm的二维孔洞,最大刻蚀深度达到1.8μm。
陈涛[8]（2012）在《基于非线性光学材料的波导设计及其波长转换研究》文中研究指明非线性波长转换在全光信号处理、数据存储、生物医学、彩色显示、生物工艺学、环境监测处理分析等方面扮演着重要的角色。基于三阶非线性效应的三次谐波和四波混频与基于二阶线非线性效应的差频、和频、倍频，能通过波长转换把半导体激光器的波长范围拓展到紫外、可见光、中红外和太赫兹波段。另一方面四波混频、差频、级联倍频差频、级联和频差频能把光信号从一个波长转移到另一个波长上，在密集波分复用光通信网络能得到应用。本论文通过灵活地设计几种波导结构来实现这些非线性效应，并对其中的波长转换进行了理论研究。具体内容如下：（1）研究了损耗情况下AlGaAs准相位匹配波导的波长转换。在非耗尽近似下求出一个有损耗的准相位匹配波导中差频、级联倍频差频转换光功率的解析表达式。对于较大损耗的光波导，此表达式与直接进行数值求解的耗尽情况下转换效率一致。基于这些解析表达式，得出有损耗差频、级联倍频差频过程的优化波导长度公式。同时，我们设计了一个AlGaAs准相位匹配桥状波导，并详细研究和比较了无损耗和有损耗情况下两种非线性过程的转换效率、转换带宽、泵浦光波长容忍度和温度稳定性。（2）研究了AlGaAs微环谐振腔中二次谐波的产生。为了避免周期反转结构造成的损耗，我们研究了弯曲AlGaAs波导实现相位匹配的原理，并且分析了微环谐振腔中的有效非线性系数。结果表明微环谐振腔能够实现相位匹配的倍频过程。我们设计了一个高折射率差的AlGaAs微环谐振腔，其中泵浦波长和倍频光波长都处在谐振波长上。在泵浦非耗尽近似下，得出一个转换效率的解析表达式。从此表达式看出，转换效率由于腔场的增强而得到增加。考虑到泵浦光耗尽的情况，采用分段法进行数值模拟。结果表明在无损耗情况下，转换效率可以接近1。（3）研究了光子晶体波导中太赫兹波的差频产生。我们通过把近红外光波导放置在太赫兹波光子晶体波导的线缺陷里面，利用近红外光源的差频过程产生太赫兹波。在这种结构中，光子晶体波导能紧紧地限制住太赫兹波的模场，使相互作用的三个光波实现好的模场重叠。两个泵浦光与太赫兹Bloch波奇特的相位匹配条件能够通过合适选择波导参数和泵浦光波长来满足。根据模式理论推导了差频过程的耦合模方程和有效作用面积公式。首先，我们设计了一个AlGaAs光子晶体波导。数值模拟出连续光泵浦的太赫兹波归一化转换效率为0.7632×104W1。其次，我们设计出一个LiNbO3光子晶体波导结构实现了频率为1THz的太赫兹波高效差频产生。由于光子晶体波导结构在太赫兹领域得到了广泛研究，这些太赫兹波产生方案给太赫兹技术提供了参考。（4）研究了光子晶体波导中慢光增强的四波混频。利用模式理论，我们推导出光子晶体波导中的三阶非线性作用的耦合模方程组。这些非线性作用包括自相位调制、交叉相位调制和简并四波混频。这些耦合模方程组的形式与非线性光纤光学中的一致，并且可以应用于其他周期波导结构中的三阶非线性效应。基于这些方程，我们系统分析了一个慢光工程的硅基光子晶体波导的群速度色散、光传输损耗、有效作用面积、慢光增强因子和相位失配。考虑到双光子吸收和自由载流子效应，利用有限差分法数值模拟了此光子晶体波导两个色散平坦区域的四波混频转换效率。最后研究了慢光增强的多重四波混频对波长转换的影响。
蔡璐彤[9]（2016）在《单晶铌酸锂薄膜上质子交换波导与光子器件的研究》文中指出铌酸锂由于其优良的电光、声光、非线性光学、压电性质以及在可见光和近红外波段良好的透过率,一直是集成光学里一种非常重要的光学材料。近年来,利用离子注入和键合技术制备出的绝缘体上的单晶铌酸锂薄膜（LNOI, lithium niobate on insulator）为现代集成光学提供了良好的平台。由于其高折射率差和微米量级的薄膜厚度,光子器件的集成度和器件性能得到了大幅度的提高。光波导是集成光学中基本的结构单元,光波导可以把光限制在微米量级的微小区域中使光以导模形式在其中传播。很多复杂的光子器件,诸如Mach-Zehnder电光调制器、非线性波长转换器、波分复用器等都是基于光波导制备的。质子交换技术是一种在体材料铌酸锂上制备光波导器件的很重要的方法。质子交换光波导损耗很低,制备工艺成熟简单。铌酸锂是一种具有双折射性质的晶体材料,经过质子交换后,晶体的异常光折射率n。会升高,而晶体的寻常光折射率no会降低。因此对于ne,被质子交换的区域会形成高折射率区域从而形成波导结构。由于质子交换通常会改变铌酸锂的晶格结构,电光系数、二阶非线性系数会大幅度降低。一般通过退火或软质子交换法来恢复或保留原来的光学系数并降低波导的传播损耗。根据不同的制备条件,例如质子源的种类、交换和退火的温度时间,质子交换后的晶格通常可分为7种晶相：β1、β2、β3、β4、k1、k2和α相。其中α相具有和纯铌酸锂最接近的晶格结构,光学系数得到了较好的保留。目前国际上已经报道了通过刻蚀和沉积加载条型波导的方法在铌酸锂薄膜上形成的集成光子器件,但损耗较大。通过质子交换技术降低单晶铌酸锂薄膜上集成光子器件的损耗、提高其性能是本论文的主要研究目的。本论文我们通过退火质子交换和短时间质子交换方法均制备出了低损耗的条形光波导,并且电光系数得到了很好的保留,这对于基于LNOI的集成光学的发展具有重要意义。光子晶体是一种介电常数呈周期变化的人工材料。光在这种周期结构中传播时在不同介质的交界面上会发生相干散射,某些特定频率和传播方向的光会被禁止传播形成光子带隙。利用光子晶体的光子带隙特性,人们可以在很小的尺寸下控制光的传播。虽然三维光子晶体在空间三个方向上都可以制约光的传播,但是加工制备比较困难,所以目前比较常用的方法是在具有平面波导结构的样品上制备二维平板光子晶体从而在平面内通过光子带隙控制光的传输而在垂直平面的方向上利用全反射来约束光。本论文我们在LNOI上制备出了高消光比和宽带隙的平板光子晶体结构。本论文所用材料为绝缘体上的单晶铌酸锂薄膜LNOI。LNOI为三层结构,最下面是铌酸锂衬底,上面是一层厚度为2 μm左右的SiO2层,主要作用是和上面的铌酸锂薄膜形成高折射率差从而对光形成较强的限制作用。最上面是一层微米或亚微米量级的单晶铌酸锂薄膜,该薄膜是通过离子注入方法从另一个铌酸锂衬底上剥离下来并键合到SiO2上,所以利用该方法制备的铌酸锂薄膜比诸如溅射等方法制备的薄膜具有更完美的单晶晶格结构。本文主要研究内容包括两部分：1.LNOI中质子交换过程的研究以及光波导等集成光子器件的研究。2.基于LNOI的平板光子晶体结构以及光子晶体谐振腔的研究。主要结果如下：1. LNOI上高折射率差质子交换光波导的研究质子交换是在铌酸锂上形成光波导的一种成熟的制备方法,我们尝试了质子交换在LNOI中形成波导的可行性。实验证明两种工艺是互相兼容的。利用阶梯状的折射率分布模型,我们研究了波导模式分布随波导尺寸的变化,模拟结果表明这种加载条型光波导无论质子交换区域的宽度如何变化总会有0阶模式存在,波导的模式大小最小可以达到0.6 μm2。为了得到高折射率差光波导,我们选择焦磷酸作为质子源,并在200℃的温度下质子交换80分钟,使得铌酸锂薄膜全部充分被质子交换。利用棱镜耦合仪测量出的折射率变化为0.149（633 nm波长下）。x射线表明质子交换后有新的晶相产生。利用这个条件我们制备了不同宽度的条形光波导。波导基模的近场模式分布表明LNOI中质子交换波导的模式大小比传统钛扩散铌酸锂光波导小得多。波导传输损耗随波导宽度增加而减小,最小的为11 dB/cm。2. LNOI上低损耗退火质子交换光波导的研究为了得到低损耗波导我们尝试了制备α相光波导的条件。利用退火质子交换方法可以获得α相光波导,折射率分布为高斯分布。模拟结果表明模式大小最小可达到1.2μm2。高分辨x射线摇摆曲线测试结果表明,对于200℃15分钟苯甲酸质子交换的z切LNOI,如果退火不充分很难得到纯的α相光波导,如果强烈退火会严重破坏铌酸锂薄膜的晶格结构,导致波导损耗很高。降低质子交换时间可以很好的保留铌酸锂薄膜的晶格结构。实验中我们在200℃下质子交换5分钟并在350℃下退火3小时的条件下成功制备出低损耗的z切光波导。时域有限差分法（FDTD）模拟表明端面反射率会随着波导条和波导端面的夹角变化。在不同宽度的波导中初始掩膜宽度为4 μm的光波导的模式尺寸最小,损耗为0.6 dB/cm。我们利用相同的办法还制备了x切的LNOI质子交换光波导,制备条件为200℃5分钟质子交换并在350℃退火1.5小时,波导损耗最小为1.3 dB/cm。3. LNOI上短时间质子交换光波导的研究由于和体材料铌酸锂形成的波导类型不同,我们可以利用很短时间质子交换在LNOI中形成光波导使模式尽量在未被交换的区域传播从而减小损耗。模拟结果表明模式大小随交换深度和宽度变化有一个最小值,质子交换区域中光波能量随交换深度和宽度的增加而增加,随薄膜厚度的增加而减小。实验中利用苯甲酸作为质子源,在200℃下质子交换3分钟制备出了损耗为0.2 dB/cm的光波导。增加交换时间会增加波导损耗。4. LNOI上Y分支器的研究利用很短时间质子交换在LNOI中制备了Y分支器。弯曲半径8000μm、波导宽度为3 μm的Y分支器在1.55 μm波长附近的透过率为85%～90%,并且在不同的输入耦合条件下表现出稳定的分光比。5. LNOI上质子交换相位调制器的研究质子交换通常会大幅度降低铌酸锂的电光系数从而影响其在电光调制方面的应用。实验上我们通过引入很薄一层质子交换层来传导光波使得大部分光的能量在质子交换区域以外的地方传播来避免其影响。通过模拟计算我们找到了制备质子交换相位调制器的理想条件。实验中首先利用光刻制备出宽度为3μm的质子交换波导,在保留金属铬掩膜的情况下进行第二次光刻,做出间距为10 μm的电极。比较加电压前后Fabry-Perot （FP）共振曲线的移动计算出该相位调制器的半波电压长度乘积为6.5 V·cm,有效电光系数为29.5 pm/V。6. LNOI上平板光子晶体的研究利用平面波展开法研究了LNOI上光子晶体的能带特性,并通过FDTD模拟了光子晶体的透射谱,二者的光子带隙位置和范围基本一致。实验中利用聚焦离子束刻蚀技术在LNOI上制备出脊型波导,并在波导上刻蚀出二维光子晶体图形,空气孔的周期和半径分别为520 nm和130 nm。利用可调谐激光器和端面耦合法测量了光子晶体的透射谱,与FDTD模拟的结果基本符合,消光比超过了20 dB。7. LNOI单模光子线以及一维光子晶体谐振腔的研究LNOI上的脊型波导由于和周围背景有很高的折射率差,对于光有很强的限制作用,可以用来制作小型化、集成度很高的集成光学器件和光路。单模波导在光波传输过程中不存在模式间色散,我们利用有限差分法研究了z切和x切LNOI脊型波导的导模特性,找到了单模条件,模拟结果表明,在一些特殊尺寸下存在不同模式间的耦合。在这条光子线上刻蚀出一排周期性排列空气孔并除去中间的一个孔形成一维光子晶体谐振腔。通过FDTD模拟找到了该谐振腔作为光学滤波器的最佳条件。实验中利用聚焦离子束刻蚀出单模波导（光子线）和光子晶体结构,利用可调谐激光器和端面耦合法测量了光子晶体的透射谱,该谐振腔在1400 nm处出现了共振峰,透过率、Q因子和消光比分别为0.34、156和12.5 dB。
金强[10]（2018）在《中红外高非线性波导设计及波长转换研究》文中研究表明中红外波段在光通信、工业和环境监测、医学诊断和红外光谱学等领域有着巨大的应用前景。在这些应用中,中红外波转换具有重要意义。和传统的非线性材料相比,硅基波导具有更好的集成度和更高的非线性系数,因此本论文系统研究了中红外高非线性波导的设计以及波长转换的实现方法。论文的主要内容包括:一、建立了适用于硅基石墨烯复合波导结构的光波非线性传输矢量理论模型。在不满足弱导近似的硅基石墨烯复合非线性波导中,基于标量模型的光场传输分析将存在较大误差。本论文根据入射光场的频谱宽度、脉冲宽度以及非线性介质的响应速度等条件,得到了极化强度的时域和傅里叶频域矢量表达形式;综合考虑了波导中线性和非线性损耗、自由载流子效应以及非线性相移等效应,给出了微扰场的矢量表达形式,并利用洛伦兹互易定理,建立了波导中微扰场和非微扰场之间的矢量关系;不同的导模通过色散和非线性过程相互耦合,结合极化强度的表达式展开线性和非线性微扰项,得到了复振幅耦合波方程。二、近中红外波段石墨烯线性和非线性光学特性的调节。对比分析石墨烯线性和非线性电导率,发现石墨烯的非线性克尔效应在三光子共振吸收频率处（hω≈2|μc|）的响应最强烈,此处石墨烯的线性吸收也处于低损耗窗口。石墨烯的费米能级（亦即化学电势）和载流子浓度相关,可以通过化学掺杂和施加门电压改变石墨烯的化学电势,进而调节石墨烯的光学性质,使目标波长处石墨烯的非线性响应最强且损耗最小。三、设计了两种高非线性石墨烯复合波导:石墨烯包覆拉锥光纤和石墨烯硅基复合波导。在近中红外波段,对两种复合波导的非线性性能进行了优化设计,通过调整其结构参数使其非线性系数最大且损耗最小,并仿真分析了波长转换的效率、带宽等特性。提出了适用于波导结构中线性和非线性损耗都比较明显的品质因数（FOM）定义,并利用该定义对所设计波导的综合非线性性能进行评价。在纤芯直径为0.736μm、长度为34.4μm的石墨烯包覆拉锥光纤中,当泵浦光波长为1550nm、脉冲峰值功率为10W时,仿真计算得到的转换效率为-38.07dB,相应的3 dB带宽为430nm。在长度仅为几十微米的硅基石墨烯复合波导中,当连续光泵浦功率为0.5 W时,简并四波混频的转换效率高达-18.5dB。在1.3～2.3μm的波段内,调节复合波导的几何尺寸能够使转换效率保持平坦,而且相应的3dB带宽可以达到40～110nm。四、在硅基波导中基于简并四波混频效应实验实现了中红外波段的波长转换。在中红外1.95μm波长附近,测试了不同入射泵浦光功率和不同信号光波长条件下的四波混频效应,得到的中红外波长转换效率约为-51 dB。
二、端面耦合钛扩散铌酸锂平面光波导中非简并四波混频的研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、端面耦合钛扩散铌酸锂平面光波导中非简并四波混频的研究（论文提纲范文）
（1）集成铌酸锂光学微盘腔的制备及其非线性光学效应研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 回音壁模式光学微腔 |
| 1.1.1 回音壁模式微腔简介 |
| 1.1.2 回音壁模式微腔理论基础 |
| 1.1.3 光学品质因子和模式体积 |
| 1.1.4 微腔的耦合 |
| 1.1.5 回音壁模式微腔的应用 |
| 1.2 回音壁模式微腔的中非线性光学简介 |
| 1.2.1 回音壁模式微腔中的二阶非线性效应 |
| 1.2.2 克尔效应(Kerr effect) |
| 1.2.3 受激拉曼散射/受激布里渊散射 |
| 1.2.4 热光效应(Thermo-optical effect) |
| 1.3 论文研究内容和创新点总结 |
| 第二章 铌酸锂集成光子器件简介 |
| 2.1 铌酸锂晶体 |
| 2.1.1 铌酸锂晶体简介 |
| 2.1.2 铌酸锂晶体的物理性质 |
| 2.1.3 铌酸锂晶体中的二阶非线性效应 |
| 2.1.4 铌酸锂晶体中的相位匹配方式 |
| 2.2 铌酸锂薄膜简介 |
| 2.3 基于铌酸锂薄膜的集成光学 |
| 2.3.1 光波导 |
| 2.3.2 光接口 |
| 2.3.3 电光调制器 |
| 2.3.4 非线性光学元件 |
| 2.3.5 光学谐振腔 |
| 2.3.6 其他重要的光学集成元器件 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 铌酸锂薄膜微纳加工技术以及工艺 |
| 3.1 聚焦离子束(FIB)刻蚀 |
| 3.2 电子束曝光系统-RIE/ICP工艺 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 基于LNOI微腔的二阶非线性研究 |
| 4.1 铌酸锂微腔的简介 |
| 4.2 光学微腔的耦合方式 |
| 4.3 铌酸锂微腔中的色散管理与二次谐波 |
| 4.3.1 直径26μm厚度500nm铌酸锂微盘 |
| 4.3.2 直径50μm厚度300nm铌酸锂微盘 |
| 4.3.3 辅助光增强倍频效应 |
| 4.4 铌酸锂微腔中的和频 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 基于LNOI微腔的级联非线性 |
| 5.1 级联非线性简介 |
| 5.2 回音壁模式微腔中的级联非线性 |
| 5.3 集成铌酸锂微腔中的级联 |
| 5.3.1 集成铌酸锂微盘的和频 |
| 5.3.2 集成铌酸锂微盘的差频 |
| 5.4 级联非线性理论 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 双盘铌酸锂微腔中的高Q外部回音壁模式 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 双盘铌酸锂微腔的制备 |
| 6.3 高Q外部回音壁模式的理论和实验论证 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 博士期间的研究成果 |
（2）高速光纤通信系统中全光信号处理技术的研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 正常色散区超连续谱生成理论研究进展 |
| 1.3 OTDM分插复用和全光波长转换技术 |
| 1.3.1 OTDM分插复用技术研究现状 |
| 1.3.2 全光波长转换技术 |
| 1.4 光脉冲生成技术 |
| 1.5 全光相关技术 |
| 1.6 全文安排 |
| 2 正常色散区超连续谱演化的研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 超连续谱基础理伦和数值计算方法 |
| 2.2.1 广义非线性薛定谔方程 |
| 2.2.2 噪声和相干度模型 |
| 2.2.3 数值计算方法 |
| 2.3 皮秒脉冲正常色散区超连续谱生成机理 |
| 2.4 HNLF正常色散区超连续谱光谱收缩现象的研究 |
| 2.5 HNLF正常色散区脉冲尾部非频移部分演化的研究 |
| 2.5.1 拉曼散射和三阶色散对脉冲尾部非频移分量影响 |
| 2.5.2 XPM对脉冲尾部非频移分量的影响 |
| 2.5.3 啁啾脉冲尾部非频移分量在HNLF正常色散区演化的研究 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 OTDM分插复用器和全光波长转换的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于XPM效应的分插复用和基于SPM的波长转换原理 |
| 3.2.1 基于XPM效应的分插复用器原理 |
| 3.2.2 基于SPM的全光波长转换原理 |
| 3.3 双向使用HNLF的全光信号处理 |
| 3.4 双向使用HNLF的全光分插复用器 |
| 3.5 双向使用HNLF的全光波长转换 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 基于铌酸锂马赫曾德尔调制器的宽度可调谐脉冲生成研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 铌酸锂马赫曾德尔调制器原理 |
| 4.3 基于MZM偏振特性的脉冲宽度调谐 |
| 4.3.1 仿真分析 |
| 4.3.2 实验验证 |
| 4.4 基于Sagnac环和调制器生成宽度可调谐脉冲 |
| 4.4.1 基本原理 |
| 4.4.2 仿真分析和实验验证 |
| 4.4.3 80 Gb/s OTDM信号100 km传输解复用实验 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于模式色散的全光相关器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基础理论 |
| 5.2.1 模式理论 |
| 5.2.2 模式色散 |
| 5.2.3 模式激励 |
| 5.2.4 模式耦合 |
| 5.3 基于模式色散的全光相关器 |
| 5.3.1 工作原理 |
| 5.3.2 实验验证 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 下一步要展开的工作 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（3）周期极化铌酸锂的制备及应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 为什么要选择铌酸锂 |
| 1.3 国际研究现状及趋势 |
| 1.3.1 晶体材料的改进 |
| 1.3.2 制备工艺的改进 |
| 1.3.3 样品结构的改进 |
| 1.3.4 应用的扩展 |
| 1.4 国内研究现状 |
| 1.5 课题来源与论文主要工作 |
| 第二章 非线性光学互作用和准相位匹配原理 |
| 2.1 非线性光学互作用 |
| 2.1.1 光频的麦克斯韦方程 |
| 2.1.2 非线性光学极化率 |
| 2.1.3 三波非线性互作用的耦合波方程 |
| 2.1.4 二阶非线性光学效应 |
| 2.1.5 三阶非线性光学效应 |
| 2.2 准相位匹配原理 |
| 2.2.1 准相位匹配 |
| 2.2.2 准相位匹配的调谐与误差分析 |
| 2.2.3 频谱调谐曲线的合成 |
| 第三章 周期极化铌酸锂的制备 |
| 3.1 铌酸锂晶体的基本性质 |
| 3.1.1 铌酸锂的晶格结构 |
| 3.1.2 铌酸锂的折射率方程 |
| 3.1.3 铌酸锂晶体的热膨胀系数 |
| 3.1.4 铌酸锂的周期极化过程 |
| 3.1.5 铌酸锂的极化与击穿特性研究 |
| 3.2 周期极化铌酸锂的研制 |
| 3.2.1 样品的准备 |
| 3.2.2 极化电源的改进 |
| 3.2.3 有关限流电阻作用的讨论 |
| 3.2.4 液体电极夹具 |
| 3.2.5 极化波形 |
| 3.2.6 铌酸锂电畴的观测方法 |
| 第四章 外加电场法极化电极结构的优化 |
| 4.1 不同电极结构电场分布的有限元分析 |
| 4.1.1 模型的简化 |
| 4.1.2 梳形电极与框形电极 |
| 4.1.3 一种新颖的周期极化电极结构 |
| 4.1.4 液体电极的气泡问题 |
| 4.1.5 多种周期同时极化 |
| 4.1.6 光刻缺陷对极化的影响 |
| 4.2 重要结构和工艺参数的理论分析 |
| 4.2.1 极化过程的数学模型 |
| 4.2.2 数值分析 |
| 第五章 铌酸锂周期极化与倍频实验研究 |
| 5.1 铌酸锂周期极化实验 |
| 5.2 周期极化铌酸锂倍频实验研究 |
| 第六章 近化学计量比铌酸锂和抗光折变掺杂铌酸锂 |
| 6.1 近化学计量比铌酸锂 |
| 6.1.1 近化学计量比铌酸锂对物理性能的提高 |
| 6.1.2 近化学计量比铌酸锂的折射率分布 |
| 6.1.3 近化学计量比铌酸锂的极化实验 |
| 6.2 抗光折变掺杂铌酸锂 |
| 6.2.1 掺镁铌酸锂 |
| 6.2.2 掺锌铌酸锂 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文及专利 |
| 参与的研究项目 |
| 致谢 |
（4）片上氮化硅微环腔的制备及孤子频梳的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 非线性光学 |
| 1.2 光学微腔 |
| 1.3 光学频率梳 |
| 1.3.1 基于微腔的光频梳 |
| 1.3.2 微腔光频梳的应用 |
| 第2章 回音壁模式微腔的特征参数及微腔光频梳的基础理论 |
| 2.1 回音壁模式微腔的特征参数 |
| 2.1.1 品质因数(Q) |
| 2.1.2 自由光谱范围(FSR) |
| 2.1.3 有效模式体积 |
| 2.1.4 微腔模式的线型 |
| 2.1.5 微腔的色散 |
| 2.2 微腔光频梳的基础理论 |
| 2.2.1 克尔非线性 |
| 2.2.2 腔内非线性动力学方程 |
| 2.2.3 调制不稳定性(MI)状态 |
| 2.2.4 微腔耗散克尔孤子 |
| 2.3 小节 |
| 第3章 氮化硅微环腔的制备工艺 |
| 3.1 氮化硅薄膜沉积 |
| 3.1.1 氮化硅材料 |
| 3.1.2 薄膜沉积前的准备工作 |
| 3.1.3 LPCVD沉积工艺 |
| 3.2 电子束光刻(EBL) |
| 3.3 刻蚀 |
| 3.4 氧化硅包层的沉积 |
| 3.5 耦合端面的处理 |
| 3.6 其它一些结构的工艺流程 |
| 3.6.1 片上电极的制备 |
| 3.6.2 覆盖层的局部释放 |
| 3.7 小结 |
| 第4章 基于氮化硅微环腔的孤子频梳产生 |
| 4.1 氮化硅微环腔的设计 |
| 4.1.1 色散控制 |
| 4.1.2 端面耦合器设计 |
| 4.2 氮化硅微环腔的表征 |
| 4.2.1 传输谱线与端面的耦合效率 |
| 4.2.2 品质因数(Q值) |
| 4.2.3 色散曲线 |
| 4.2.4 参量振荡阈值 |
| 4.3 孤子频梳的模拟 |
| 4.4 孤子频梳产生实验 |
| 4.4.1 实验装置 |
| 4.4.2 单束光直接扫描的孤子频梳产生 |
| 4.4.3 添加辅助光的孤子频梳产生 |
| 4.5 小结 |
| 第5章 微腔呼吸孤子的频率稳定与调谐 |
| 5.1 微腔呼吸孤子的实验产生与表征 |
| 5.2 基于注入锁定的呼吸孤子频率稳定与调谐 |
| 5.2.1 注入锁定过程的模拟 |
| 5.2.2 呼吸频率稳定的实验验证 |
| 5.2.3 呼吸频率的调谐范围 |
| 5.3 小结 |
| 第6章 自干涉结构的原理及应用 |
| 6.1 自干涉结构的原理 |
| 6.2 基于自干涉结构的耗散传感 |
| 6.2.1 介绍 |
| 6.2.2 实验验证与讨论 |
| 6.3 基于自干涉结构的光频梳产生 |
| 6.4 小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（5）面向片上光互连的硅基无源器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 光互连与硅基光子学 |
| 1.1.1 光互连的兴起 |
| 1.1.2 硅基光子学 |
| 1.1.3 硅基光子学平台上的光互连 |
| 1.2 硅基波分复用器/解复用器 |
| 1.3 硅基全光波长转换器 |
| 1.4 本论文的主要内容和创新点 |
| 1.4.1 本论文的章节安排 |
| 1.4.2 本论文主要创新点 |
| 2 硅基光波导基础理论 |
| 2.1 基于绝缘体上硅材料的光波导 |
| 2.2 硅基波导的仿真 |
| 2.2.1 麦克斯韦方程组 |
| 2.2.2 有限元法 |
| 2.2.3 时域有限差分方法 |
| 2.3 硅基波导中的模场分布 |
| 2.3.1 条形波导 |
| 2.3.2 狭缝波导 |
| 2.4 硅基波导的线性特性 |
| 2.4.1 模场限制 |
| 2.4.2 光传输损耗 |
| 2.4.3 尺寸敏感性 |
| 2.4.4 温度敏感性 |
| 2.5 硅基波导中的非线性光学效应 |
| 2.5.1 自相位调制效应 |
| 2.5.2 交叉相位调制 |
| 2.5.3 四波混频效应 |
| 2.5.4 双光子吸收 |
| 2.5.5 自由载流子吸收 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 硅基光波导的制作工艺 |
| 3.1 关键加工设备 |
| 3.1.1 电子束光刻设备 |
| 3.1.2 干法刻蚀设备 |
| 3.1.3 薄膜沉积设备 |
| 3.2 硅基波导的主要制造工艺 |
| 3.3 硅基波导的测试 |
| 3.3.1 端面耦合 |
| 3.3.2 垂直耦合 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于准相位匹配的全光波长转换器 |
| 4.1 四波混频理论模型 |
| 4.1.1 四波混频效应 |
| 4.1.2 波导中的四波混频模型 |
| 4.2 准相位匹配原理 |
| 4.3 基于准相位匹配技术的狭缝波导波长转换器 |
| 4.3.1 波导结构设计 |
| 4.3.2 基于PMS和PMC方案的高效波长转换 |
| 4.3.3 注入泵浦光功率的影响 |
| 4.3.4 波导宽度的影响 |
| 4.3.5 目标信号波长的影响 |
| 4.3.6 QPM-FWM双泵浦非简并四波混频波长转换研究 |
| 4.4 增强型狭缝波导波长转换器 |
| 4.4.0 增强型相位失配补偿方案 |
| 4.4.1 基于EPMC的波长转换 |
| 4.4.2 k的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于自由空间超材料的粗波分复用器/解复用器 |
| 5.1 超材料设计理论 |
| 5.1.1 亚波长超材料 |
| 5.1.2 自由空间超材料设计 |
| 5.1.3 反向设计方法 |
| 5.2 迟滞效应不敏感的超材料结构 |
| 5.2.1 迟滞效应 |
| 5.2.2 迟滞效应不敏感的类光子晶体超材料结构 |
| 5.3 基于迟滞效应不敏感超材料结构的波分解复用器 |
| 5.3.1 器件结构与设计流程 |
| 5.3.2 类光子晶体超结构的迟滞效应不敏感特性验证 |
| 5.3.3 类光子晶体超结构中主要结构参数的影响 |
| 5.3.4 类光子晶体超结构的温度、尺寸敏感性分析 |
| 5.3.5 低损低串扰大带宽的CWDM粗波分解复用器 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间发表论文目录 |
| 附录2 攻读博士学位期间申请专利 |
（7）离子辐照铌酸锂波导结构的晶格损伤和倍频效应（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 参考文献 |
| 第二章 理论基础 |
| 2.1 光波导理论 |
| 2.2 非线性光学理论 |
| 参考文献 |
| 第三章 离子束技术 |
| 3.1 离子注入技术 |
| 3.2 卢瑟福背散射和沟道分析技术 |
| 3.3 氩离子束溅射刻蚀 |
| 3.4 聚焦离子束技术 |
| 参考文献 |
| 第四章 氧离子注入铌酸锂波导的损伤及折射率分布 |
| 4.1 电子能量损失造成的损伤 |
| 4.2 氧离子注入铌酸锂波导的折射率分布 |
| 参考文献 |
| 第五章 离子辐照质子交换铌酸锂的损伤及波导特性 |
| 5.1 电子能量损失引起的重结晶效应 |
| 5.2 O离子辐照质子交换铌酸锂的损伤和波导特性 |
| 参考文献 |
| 第六章 快重离子辐照SLN的光波导结构 |
| 6.1 200MeV Ar离子辐照SLN的光波导结构 |
| 6.2 200MeV Ar离子辐照SLN的损伤及Li/Nb比 |
| 参考文献 |
| 第七章 O离子注入周期极化铌酸锂波导的倍频特性 |
| 7.1 周期极化铌酸锂平面光波导的倍频效应 |
| 7.2 周期极化铌酸锂条形光波导中的倍频效应 |
| 参考文献 |
| 第八章 铌酸锂脊形波导中光子晶体的制备 |
| 8.1 基于铌酸锂波导的光子晶体平板 |
| 8.2 应用FIB在PELN脊形波导上制备光子晶体结构 |
| 参考文献 |
| 第九章 总结 |
| 9.1 主要结果 |
| 9.2 主要创新点 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的论文 |
| 附外文论文 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（8）基于非线性光学材料的波导设计及其波长转换研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 波长转换研究意义 |
| 1.2 非线性波长转换物理机制 |
| 1.3 非线性波长转换研究背景 |
| 1.4 常用波导及相位匹配方法简介 |
| 1.5 本论文的研究内容和贡献 |
| 2 波导理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 传统波导结构理论 |
| 2.3 波导模式计算方法 |
| 2.4 光子晶体结构理论 |
| 2.5 光子晶体波导计算方法 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 周期非线性波导的波长转换 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 周期反转结构准相位匹配原理 |
| 3.3 周期反转AlGaAs波导的设计 |
| 3.4 有损周期反转结构中的二阶非线性效应 |
| 3.5 有损周期反转AlGaAs波导波长转换效率分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 AlGaAs微环谐振腔的二次谐波产生 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 AlGaAs弯曲波导和微环相位匹配原理 |
| 4.3 相位匹配的AlGaAs微环谐振腔设计 |
| 4.4 连续光泵浦的近似解析解 |
| 4.5 连续光和脉冲光泵浦的数值模拟 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 光子晶体波导的太赫兹波差频产生 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 太赫兹源研究现状 |
| 5.3 光子晶体波导结构中太赫兹产生的基本理论 |
| 5.4 AlGaAs光子晶体波导太赫兹产生 |
| 5.5 LiNbO3光子晶体波导太赫兹产生 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 硅基慢光工程光子晶体波导的四波混频 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 非线性硅基波导研究现状 |
| 6.3 光子晶体波导四波混频耦合模理论 |
| 6.4 硅基慢光光子晶体波导四波混频转换效率 |
| 6.5 硅基慢光光子晶体波导中的多重四波混频 |
| 6.6 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读学位期间已发表和录用的学术论文目录 |
| 附录2 论文中英文缩写简表 |
（9）单晶铌酸锂薄膜上质子交换波导与光子器件的研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| 英文摘要 |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 参考文献 |
| 第二章 基本理论 |
| 2.1 光波导的波动光学理论 |
| 2.2 光子晶体 |
| 2.3 电光效应 |
| 参考文献 |
| 第三章 实验技术 |
| 3.1 棱镜耦合 |
| 3.2 端面耦合 |
| 3.3 Fabry-Perot方法测损耗 |
| 3.4 光刻掩膜技术 |
| 3.5 聚焦离子束系统 |
| 3.6 质子交换技术 |
| 参考文献 |
| 第四章 单晶铌酸锂薄膜上质子交换条形光波导的研究 |
| 4.1 高折射率差光波导 |
| 4.2 退火质子交换低损耗光波导 |
| 4.3 短时间质子交换法形成条形光波导 |
| 参考文献 |
| 第五章 单晶铌酸锂薄膜上质子交换集成光子器件的研究 |
| 5.1 Y分支器 |
| 5.2 相位调制器 |
| 参考文献 |
| 第六章 单晶铌酸锂薄膜上光子晶体结构的研究 |
| 6.1 二维平板光子晶体的制备与研究 |
| 6.2 单模光子线和光子晶体谐振腔的制备与研究 |
| 参考文献 |
| 第七章 总结 |
| 7.1 主要结果 |
| 7.2 主要创新点 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及获得的奖励 |
| 致谢 |
| 附两篇英文论文 |
| 附表 |
（10）中红外高非线性波导设计及波长转换研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 中红外波段波长转换的研究意义和发展现状 |
| 1.2 论文主要内容及创新点 |
| 1.2.1 主要内容 |
| 1.2.2 创新点 |
| 2 全矢量非线性耦合波方程 |
| 2.1 非线性光学极化强度 |
| 2.1.1 极化强度的时域/频域表示 |
| 2.1.2 三阶非线性极化率张量的性质 |
| 2.1.3 三阶非线性极化率的表征 |
| 2.2 非线性介质中光波的传输过程 |
| 2.2.1 矢量波方程 |
| 2.2.2 波导中的模场 |
| 2.2.3 非线性耦合波方程 |
| 2.2.4 自由载流子效应 |
| 2.3 个结 |
| 3 单层石墨烯的光学特性和仿真建模 |
| 3.1 石墨烯的能带结构 |
| 3.2 石墨烯的光学电导率 |
| 3.2.1 石墨烯线性电导率 |
| 3.2.2 石墨烯非线性电导率 |
| 3.3 石墨烯的仿真计算方法 |
| 3.4 石墨烯复合波导结构的仿真分析 |
| 3.5 小结 |
| 4 高非线性中红外石墨烯复合波导设计 |
| 4.1 高非线性石墨灿包覆拉锥光纤 |
| 4.1.1 石墨烯包覆拉锥光纤的模场分布 |
| 4.1.2 石墨烯包覆拉锥光纤的非线性系数和损耗 |
| 4.1.3 石墨烯包覆拉锥光纤的FOM |
| 4.1.4 石墨烯包覆拉锥光纤的波长转换带宽 |
| 4.2 新型高非线性石墨烯硅基复合波导的设计 |
| 4.2.1 石墨烯硅基波导的结构设计 |
| 4.2.2 石墨烯硅基复合波导的参量优化 |
| 4.2.3 石墨烯硅基复合波导波长转换的带宽响应 |
| 4.3 小结 |
| 5 中红外硅波导四波混频实验研究 |
| 5.1 硅波导中简并四波混频的实验装置 |
| 5.2 实验结果和分析 |
| 5.3 小结 |
| 6 总结和展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学期间所取得的科研成果 |
四、端面耦合钛扩散铌酸锂平面光波导中非简并四波混频的研究（论文参考文献）
- [1]集成铌酸锂光学微盘腔的制备及其非线性光学效应研究[D]. 刘时杰. 上海交通大学, 2019(06)
- [2]高速光纤通信系统中全光信号处理技术的研究[D]. 孙剑. 北京交通大学, 2019(01)
- [3]周期极化铌酸锂的制备及应用研究[D]. 纪磊. 天津大学, 2005(02)
- [4]片上氮化硅微环腔的制备及孤子频梳的研究[D]. 万帅. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [5]面向片上光互连的硅基无源器件研究[D]. 周飞亚. 华中科技大学, 2017(10)
- [6]端面耦合钛扩散铌酸锂平面光波导中非简并四波混频的研究[J]. 胡汉武,曹庄琪,杨傅子,胡纯,陈英礼,方俊鑫. 中国激光, 1990(01)
- [7]离子辐照铌酸锂波导结构的晶格损伤和倍频效应[D]. 黄庆. 山东大学, 2012(12)
- [8]基于非线性光学材料的波导设计及其波长转换研究[D]. 陈涛. 华中科技大学, 2012(07)
- [9]单晶铌酸锂薄膜上质子交换波导与光子器件的研究[D]. 蔡璐彤. 山东大学, 2016(10)
- [10]中红外高非线性波导设计及波长转换研究[D]. 金强. 浙江大学, 2018(04)