1 南京大学电子科学与工程学院，江苏 南京 210023
2 南京大学集成电路学院，江苏 苏州 215163
3 南京大学现代工程与应用科学学院，江苏 南京 210023
4 武进南京大学未来技术创新研究院，江苏 常州 213153
二维光子晶体板的介电常数分布具有面内的空间周期性，并支持可辐射到自由空间的导模共振。这些辐射到远场的模式可以用动量进行标记，并具有偏振态，因此可以定义动量空间中的偏振场。通过研究不同结构参数和对称性下偏振场的特性以及与外界相互作用的规律，能够为光场操控提供新思路。本文介绍了二维光子晶体板在动量空间中的偏振场的相关特性，并综述了近年来相关的研究和应用。
物理光学 光子晶体 偏振场 偏振奇点 拓扑电荷 光学学报
2024, 44(10): 1026003
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， Bimberg中德绿色光子学研究中心， 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学， 北京 100049
3 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， 发光学及应用国家重点实验室， 吉林 长春 130033
4 柏林工业大学 固体物理研究所， 纳米光学中心， 德国柏林 D-10623
光子晶体面发射激光器（PCSEL）利用二维光子晶体光栅的布拉格共振实现面发射激光，具有其独特的优势，包括单模性能、在片测试、高功率、低发散角等。相比垂直腔面发射激光器（VCSEL），PCSEL有将近两倍的有源区光限制因子，展现出高速运行的潜力。本文探讨了PCSEL的基本结构和工作原理，并详细分析了影响PCSEL激光器实现高速性能的关键因素。随后，文章系统地介绍了近年来研究者们为实现PCSEL高速性能所做的努力，重点聚焦于通过增强PCSEL的面内限制来缩小激光腔，并提供了相关的研究方向和指导。
光子晶体 高速 面发射激光器 photonic crystal high-speed surface-emitting laser
华南理工大学物理与光电学院，广东 广州 510641
反手性拓扑光子态是具有抗背向散射及免疫缺陷特性的新型波导态，其在拓扑光子晶体的两个平行边界沿相同方向单向传输，在拓扑激光、集成光路、量子信息等领域展示出应用潜力。本文聚焦反手性拓扑光子态研究进展，从Dirac模型出发，推演经典Haldane模型、反手性Haldane模型以及异质Haldane模型，并展示不同拓扑态的传输行为。讨论手性边界态、反手性边界态以及单向体态在光子晶体中的实现，重点介绍基于反手性拓扑光子态的紧凑单向波导、拓扑环形腔、拓扑分束器等拓扑光学器件。最后针对反手性拓扑光子态研究面临的关键问题、未来发展趋势进行分析和展望。
反手性拓扑光子态 单向传输 拓扑光子晶体 拓扑器件 激光与光电子学进展
2024, 61(15): 1500001
1 中国计量大学光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018
2 中国电子科技集团公司第四十一研究所，山东 青岛 266555
采用光束传播法对双芯光子晶体光纤中光纤结构参数对纤芯间耦合效率的影响进行分析。首先，根据双芯耦合原理，使用最小二乘法对波导间的耦合系数等参数进行估计，明确孔间距、纤芯折射率差、中央空气孔直径比例、纤芯直径比例、空气孔直径比例和空气孔对称度等参数对双芯光子晶体光纤耦合比及耦合区长度的调节作用，提出一种基于双芯光子晶体光纤的耦合器性能粗调与微调设计方法。然后，根据这一耦合器设计方法，提出一种非对称的双芯光子晶体光纤宽带定向耦合器。该耦合器在1.31~1.55 μm区间实现了50%±5%的耦合比，带宽为240 nm，并具有3 mm的超短耦合长度。本研究成果可为光纤宽带定向耦合器的高效设计提供有意义的参考。
光纤光学 双芯光子晶体光纤 光束传播法 耦合效率 宽带耦合器
郑州大学电气与信息工程学院河南省激光与光电信息技术重点实验室，河南 郑州 450001
二维光子Moiré超晶格拥有一些常规光子晶体不具备的特性，例如平带特征和不同于安德森局域化的光局域现象。本文利用多光束干涉法构建二维光子Moiré超晶格结构，采用有限元法对其能带结构及光场特性进行研究。通过优化Moiré晶格厚度、空气孔半径对其平带及局域特性的影响，得到了高局域特性的Moiré晶格结构。研究中发现，正方晶格具有不同于六角晶格的准狄拉克锥光局域化效应。本文研究结果对发展高性能微纳结构器件具有重要参考价值。
光子晶体 光子Moiré超晶格 多光束干涉 平带 光局域
1 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室，北京理工大学光电学院，北京 100081
2 北京理工大学长三角研究院，浙江 嘉兴 314001
建立了一种以面心立方三维光子晶体为基础的有限元预测模型，研究了纳米粒子折射率、溶剂折射率、粒子直径、粒子间距等参数对反射光谱的影响。根据预测结果制备了优化尺寸的Fe3O4@SiO2纳米粒子电调谐器件。结果表明，有限元模型预测的反射光谱中心波长在680 nm至455 nm范围内移动，与制备器件的测试光谱匹配性良好。与解析预测模型相比，建立的三维有限元预测模型得到的反射光谱中心波长的预测结果准确性更高。对于非核壳结构，两种模型的预测误差范围分别为0.49%~1.70%、0.82%~1.49%，表现相当；对于核壳结构，两种模型的预测误差范围分别为3.51%~6.11%、0.28%~1.34%。本文建立的三维有限元模型将预测误差典型值降低为原来的1/5.9。所提模型可用于准确预测胶体体系下自组装光子晶体反射光谱的动态调谐能力，弥补了解析预测模型在核壳结构光子晶体预测准确性方面的不足，可指导粒子材料参数和结构参数设计，以及可调谐范围的优化区间筛选。对反射光谱幅值和谱宽预测准确性的提升需进一步考虑短程有序结构等随机微扰特性的影响。
光谱学 胶体体系 自组装光子晶体 动态变色器件 有限元预测模型 反射光谱中心波长
中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800
掺镱大模场光子晶体光纤在高峰值功率超快激光放大器中有着重要的应用价值，其研究得到了广泛关注。首先简要介绍了国内外掺镱大模场光子晶体光纤的研究进展，阐述了掺镱大模场光子晶体光纤的基本设计思路，对比说明了保偏型掺镱光子晶体光纤的设计制备方法。重点介绍了近十年来中国科学院上海光学精密机械研究所在掺镱大模场光子晶体光纤方面的研究进展。包括掺镱大模场光子晶体光纤的纤芯折射率大小和均匀性控制、光子晶体光纤微结构控制等关键技术。采用自主研制的四种芯径为40~100 μm的掺镱大模场光子晶体光纤开展了皮秒脉冲激光放大实验。利用40 μm芯径的保偏掺镱光子晶体光纤实现了平均功率为100 W、光束质量因子（M2）小于1.4的稳定输出，偏振消光比为12 dB。利用100 μm芯径的保偏掺镱大模场光子晶体光纤实现了M2小于1.5的高光束质量脉冲放大。上述研究为掺镱大模场光子晶体光纤的国产化应用奠定了基础。
光纤光学 掺镱石英玻璃 大模场光子晶体光纤 皮秒脉冲激光放大 光纤激光
南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来科技）学院，江苏 南京 210023
提出了一种基于二维光子晶体的波导型宽带光子晶体1×3分束器，通过在波导分支处引入一个调控介质柱并优化其半径和偏移量，可以调控分束器各输出端口的透过率；通过在两分支波导内侧引入三组带宽优化介质柱并优化其半径，可以实现分束器的宽带特性。为了提高优化效率，获得性能优良的宽带分光比可设计的分束器，利用下山单纯形算法，根据特定的分光比目标，对提出的1×3分束器进行逆向设计和研究。结果表明，不仅提高了光子晶体分束器的优化效率，而且获得了性能优良的宽带分束器。设计的1×3等比分束器在1525~1565 nm带宽范围内的附加损耗低于0.199 dB，均匀性小于0.119 dB，响应时间在0.5 ps以内；设计的1×3不等比分束器在1525~1565 nm带宽范围内的附加损耗不大于0.177 dB，分束方差不大于6.88×10-4，响应时间在0.5 ps以内。该分束器在未来全光通信网、光子高密度集成等领域具有很好的应用前景。
光学器件 光子晶体 分束器 宽带 下山单纯形算法
