面向中红外宽带高效频谱变换的硅基复合波导研究

发布时间：2020-06-21 19:10

【摘要】：中红外波段在空间光通信、激光雷达、激光制导、遥感等方面具有巨大应用潜力,但目前中红外光学技术和器件还不成熟,特别是集成型中红外光子器件基本空白。作为中红外波段和通信波段的桥梁,中红外频谱变换是借助通信波段的成熟技术发展中红外波段器件和应用的核心关键技术。与其他传统的非线性材料相比,硅材料具有更高的非线性系数和更好的集成性,并且其通光光谱覆盖了整个通信波段和中红外波段,因此本论文以实现高性能中红外频谱变换为目标,优化设计了新型的硅基复合波导结构并实验实现了中红外频谱变换。文章主要由下面几个部分构成:1、介绍了一个适用于传统硅基波导结构的非线性标量传输模型。首先回顾了非线性波导中一系列重要的非线性效应,并推导各个非线性参数之间的关系,然后在弱导近似下给出了标量非线性耦合波方程。随后根据这个标量方程,以实现中红外宽带高效频谱变换为目标,对悬空脊形硅波导进行了设计优化。2、建立了一个适用于新型硅基复合结构波导的非线性全矢量传输模型。论文这个部分所设计的新型硅基复合波导具有复杂的亚波长结构,并且构成波导的材料之间折射率相差较大,不能满足弱导近似的条件,难以用标量非线性理论进行准确分析。基于全矢量非线性薛定谔方程(VNSE,Vectorially-based Nonlinear SchrodingerEquation),在强导条件下,重新定义了标量方程里的一系列非线性参数,并利用洛伦兹互易定理与微扰理论,把色散效应、线性与非线性损耗、非线性效应作为微扰项,得到了类似于标量模型的复振幅全矢量耦合波方程。随后根据这个矢量方程,设计优化了两种可实现中红外波段宽带高效频谱变换的硅基复合结构波导,并提出了品质因数(FOM,FigureofMerit)来对波导的性能进行评估。3、使用硅波导在中红外波段进行实验,设计方案对硅波导的线性损耗特性与非线性频谱变换的性质进行了测试,并将实验数据与仿真结果进行对比。最后分析了实验方案中存在的不足,并提出改进的办法。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.1
【图文】：

透过率,中红外,波段,中红外波段

究者一边使用时分复用和码分复用技术充分利用了现有的通信波段（１２６０逡逑ｎｍ－１６７５邋ｎｍ），邋—边将现有的通信波段向中红外波段（２＾ｍ－５ｊｉｍ）进行延展。逡逑１．２中红外光的研究意义与发展现状逡逑中红外（ＭＩＲ，邋Ｍｉｄ－Ｉｎｆｒａｒｅｄ）波段通常是指波长范围在２邋ｊａｍ－５邋｜ａｍ左右的波段，逡逑该波段激光在占空气体积比９９％的氮气和氧气中传输时具有较高的透过率，如图逡逑１．１所示［２］，因此可用于气象监测、空间光通信、激光雷达、激光测距、激光制导、逡逑遥感等多个方面。例如，雷达使用中红外波段可以减小辐射截面积；自由空间光逡逑通信采用中红外光载波将比近红外光载波经受更小的损耗。此外中红外光谱可以逡逑被多种气体和蒸汽吸收，用于分子检测。中红外波段有很多潜在应用，但若要真逡逑正付诸实施则必须首先解决该波段的光源产生、信号探测等基本技术问题，这些逡逑技术在中红外波段均面临着巨大挑战。逡逑——邋邋逦逦

频谱,频谱变换,中红外,硅基

浙江大学博士学位论文逡逑信波段发展中红外波段器件和设备的核心技术。逡逑如图１．１所示，由于中红外载波在大气中具有很低的损耗，是空间光通信的逡逑理想选择。从长远来看，泛在网是通信网络发展的必然趋势，除了“三网合一”逡逑之外，还将逐渐涉及空间光通信网和光纤通信网等更广泛网络之间的相互融合。逡逑为了实现网络间的数据交互，通信波段和中红外波段之间的频谱变换同样十分重逡逑要。另外，中红外波段和通信波段的融合与交互也体现在片上和芯片之间。如图逡逑１．２所示，Ｌｉｕ等提出了邋一种利用双向频谱变换实现光信号的发生和接收的硅基逡逑中红外收发器，在一个强光泵浦的支持下，发射端的通信波段信号通过下行频谱逡逑变换转换为中红外信号发射

【相似文献】