1 闽江学院 物理学与电子信息工程系, 福建 福州 350108
2 福建师范大学 光电与信息工程学院, 福建 福州 350007
提出并成功设计了基于自准直马赫-曾德尔干涉仪(SMZI)的空气孔硅光子晶体偏振无关3 dB分光器。介绍了采用偏振透射谱匹配的方法, SMZI可以实现偏振无关分束的基础理论。通过连续改变SMZI两臂的光程差, 基于匹配两个偏振的透射谱, 成功实现了在归一化频率下将TE偏振和TM偏振的入射自准直光束进行1∶1分光。最后, 利用时域有限差分数值模拟软件计算出来的TE偏振瞬时磁场分布图和TM偏振瞬时电场分布图验证了自准直光束的分光情况。结果显示: 如果将工作波长定在1 550 nm, 该偏振无关3 dB分光器大小仅为16.7 μm×16.7 μm。由于具有尺寸微小、结构简单并使用单一硅材料等特性, 该分光器有望应用于集成光路中。
光子晶体 自准直效应 马赫-曾德尔干涉仪 偏振无关 分光器 photonic crystal self-collimation Mach-Zehnder interferometer polarization-independent beam splitter
Author Affiliations
Abstract
1 College of Photonic and Electronic Engineering, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China
2 Department of Physics and Electronic Information Engineering, Minjiang University, Fuzhou 350108, China
A tunable dual-band infrared polarization filter is proposed and investigated. Based on the perfect absorption characteristic of the metal-dielectric-metal sandwich structure, the reflection spectrum performs as a filter. The filter consists of three layers. The top layer is a compound metal nano-structure array comprised of rectangular strips. The middle and bottom layers are a dielectric spacer and metal film, respectively. The calculated results show that the filter properties are closely related to the polarization of the incident light. Different dual-band wavelengths are filtered while the incident light has different polarizations, which are parallel or vertical to the x axis. Moreover, it is found that the resonant wavelength strongly depends on the length of the rectangular strip (which causes the resonant effect) and is independent of other strips. Therefore, the filter wavelengths can be tuned freely by adjusting the length of the corresponding rectangular strip. In addition, the calculated results show that all of the intensities at the filter wavelengths are closed to zero, which implies that the filter exhibits good filtering performance.
130.0130 Integrated optics 130.7408 Wavelength filtering devices 130.3990 Micro-optical devices Chinese Optics Letters
2015, 13(3): 031301
1 福建师范大学 激光与光电子技术研究所 福建省光子技术重点实验室，医学光电科学与技术教育部重点实验室，福建 福州 350007
2 闽江学院 物理学与光电子信息工程系，福建 福州 350108
为了获得高功率、宽带宽及谱平坦的长波段掺铒光纤光源，基于2级双程芯泵浦，应用偏振复用技术实现泵浦瓦级供给，在泵浦总功率和光纤总长度都不变的情况下，数值分析了4种光源结构的输出特性受泵浦和光纤分配比例的影响。结果表明，4种结构基本都能工作于L波段（1 565 nm~1 610 nm），带宽受结构影响较小，但只有"双程后向+双程后向"结构可同时拥有高输出功率和高平坦度。其在总泵浦功率750 mW，第一级泵浦功率为300 mW，第二级泵浦功率为450 mW时，和光纤总长度21 m，第一级光纤长度为18 m，第二级光纤长度为3 m时，可实现输出功率314 mW，带宽32.41 nm，中心波长1 584.84 nm，平坦度2.23 dB的L波段超荧光光源。
超荧光光纤光源 长波段 掺铒光纤 级联 superfluorescent fiber sources L band Erbium doped fiber cascade引言
1 福建师范大学激光与光电子技术研究所， 福建省光子技术重点实验室，医学光电科学与技术教育部重点实验室， 福建 福州 350007
2 闽江学院物理学与电子信息工程系， 福建 福州 350108
提出一种基于超低折射率如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为衬底的大角度偏振无关蜂窝状空气孔型的二维硅基光子晶体宽带滤波器。结合色散关系和严格耦合波理论确定宽带工作区，分析了入射光垂直入射时硅膜厚度及空气孔径对器件性能的影响，得出适合于1.55 μm通信波长的一组优化参数，讨论了非垂直入射及偏振对器件性能的影响。结果表明，垂直入射时，可以得到透射率大于98%、110 nm以上的带宽；非垂直入射时，两偏振的共振带宽将随角度增加而减小，在入射角为18°时，透射率大于98%的共同带宽还能覆盖光通信的整个C波段(1525~1560 nm)。
光通信 光子晶体 宽带滤波器 导模共振 严格耦合波理论
1 闽江学院 物理学与电子信息工程系, 福建 福州 350108
2 福建师范大学 光电与信息工程学院, 福建 福州350007
利用光子晶体的自准直效应进行光束的控制, 实现了基于自准直效应的二维光子晶体1×4光复用器(OMUX)。在结构中放置两个腔长不同的马赫-曾德干涉仪, 利用光束干涉原理推导出光复用器各个出口的透射谱理论公式, 然后利用时域有限差分软件对其进行数值模拟。结果显示：模拟结果与理论分析一致, 实现了1×4光复用器的功能。当工作波长为1 550 nm时, OMUX的自由光谱区为34.1 nm, 覆盖了整个光通信C波段。由于结构大小只有40~35 μm, 并且有较高的输出功率, 该光复用器在光集成电路中有潜在的应用价值。
光子晶体 自准直 马赫-曾德干涉仪 光复用器 photonic crystal self-collimation Mach-Zehnder interferometer optical multiplexer 光学 精密工程
2012, 20(12): 2626
1 闽江学院 物理学与电子信息工程系, 福州 350108
2 福建师范大学 物理与光电信息科技学院, 福州 350007
设计了基于自准直效应的硅光子晶体TE模式1×3和1×2光下路分束器。1×3光下路分束器由4个分束镜组成，而1×2下路分束器由3个分束镜和1个反射镜组成。利用多光束干涉原理推导出光下路分束器各个出口的透射谱理论公式。通过选择合适的分束镜，可以得到不同分束比例的光下路分束器。对于1×3光下路分束器，设计了1∶1∶1和1∶2∶3两种分束比例；对于1×2光下路分束器，设计了1∶1和1∶2两种分束比例。再利用时域有限差分软件数值模拟了透射谱，其结果与理论设计一致。当下路波长为1550 nm时，1×3和1×2两种光下路分束器的大小均约为10 μm ×10 μm，自由光谱区为36 nm，覆盖了整个光通信C波段。
光子晶体 自准直效应 TE模式 光下路分束器 时域有限差分法 photonic crystal self-collimation effect TE mode photonic drop splitter finite-difference time-domain method
1 闽江学院 物理学与电子信息工程系, 福州 350108
2 福建师范大学 物理与光电信息科技学院, 福州 350007
本文设计了一个基于圆柱型硅光子晶体自准直环形腔的1×2光下路分束器.该光下路分束器由三个分光镜和一个反射镜构成，其中窄光束依赖自准直效应进行传输.利用多光束干涉理论分析了光下路分束器中不同出口的理论透射谱，并且利用时域有限差分法对光下路分束器透射谱进行数值模拟计算，其结果与理论预测基本一致.当下路波长为1 550 nm时，光下路分束器的自由光谱范围约为30 nm，几乎涵盖了整个光通信C波段.由于其小尺寸和全硅材料，本文设计的1×2光下路分束器有望应用于未来的集成光路中.
光子晶体 自准直 光下路分束器 Photonic Crystal (PhC) Self-Collimation (SC) Optical Drop Splitter (ODS)
1 闽江学院 物理学与电子信息工程系, 福州 350108
2 龙岩学院 物理与机电工程学院, 福建 龙岩 364012
3 福建师范大学 物理与光电信息科技学院, 福州 350007
设计了基于孔型硅光子晶体的折叠式马赫曾德尔干涉仪.它由一个光反射器和几个光分束器构成.在干涉仪中，窄光束依赖自准直效应进行传输.利用时域有限差分法研究了折叠式马赫曾德尔干涉仪的特性.结果表明，在0.255~0.270c/a的归一化频率范围内，干涉仪的两个透射谱均为正弦形且强度互补，透射谱的透射峰间距随着干涉仪两臂的光程差的增大而减小.该折叠式干涉仪结构紧凑，尺寸比非折叠式光子晶体马赫曾德尔干涉仪要小许多,有望作为信道解复用器应用于光子芯片中.
光子晶体 自准直 马赫曾德尔干涉仪 Photonic crystal Selfcollimation MachZehnder interferometer
1 福建师范大学 激光与光电子技术研究所 光子技术福建省重点实验室，福州 350007
2 闽江学院 物理学与电子信息工程系， 福州 350007
提出了一种基于二维光子晶体微环腔的新型光分叉复用器，并可以通过改变环区的硅介质柱的折射率实现波长调谐.运用经典的微环自由光谱范围FSR和微环半径R的关系，证实新型的光子晶体微环腔也满足该关系.利用二维时域有限差分法系统分析了下路信号波长及相应效率随折射率的变化关系.结果表明，只需改变环区折射率0.005，下路波长就可以漂移1 nm，而有效微环半径还不足1.4 μm.
光通信 光分叉复用器 光子晶体微环腔 时域有限差分 Optical communication Optical add-drop multiplexers Photonic crystal ring resonators FDTD
1 龙岩学院 物理与机电工程学院,福建 龙岩 364012
2 福建师范大学 a.医学光电科学与技术教育部重点实验室
3 b.光子技术福建省重点实验室,福州 350007
4 闽江学院 物理学与电子信息工程系,福州 350108
基于自准直效应，通过在二维空气柱型光子晶体非对称Mach-Zehnder干涉仪长臂上设置传感区域，设计了一种自准直传感器.平面波展开法确定了入射光的自准直频率范围，时域有限差分法分析了传感器的灵敏度达到68 nm/RIU，采用单频光入射实现了传感模拟.该传感器完全依赖自准直导光，无需引入任何缺陷波导，大大降低了制作工艺要求，其大小只有十几个微米，能够满足超紧凑、高灵敏度、廉价和无标记的要求.
光子晶体 自准直 传感器 光子集成芯片 Photonic crystal Self-collimation Sensor Photonic integrated circuits
