微納硅波導中超短脈沖非線性傳輸特性研究.pdf

1、具有CMOS技術(shù)兼容性的納米硅波導能夠很好地把光波限制在波導內(nèi)傳播，并具有增強非線性效應的作用?；诠璨▽?，可實現(xiàn)多種硅基光子功能器件，如脈沖壓縮、超快全光開光、波導放大器，波導波長轉(zhuǎn)換器等，使得納米硅波導在光計算、光通信系統(tǒng)、矩陣光束調(diào)控研究中發(fā)揮重要作用。隨著對更高傳輸帶寬和更高能效比的要求，傳輸和控制皮秒、飛秒超短光脈沖是各種硅基光子器件的發(fā)展趨勢。深入研究硅波導中超短脈沖的非線性傳輸特性，是實現(xiàn)各種硅基光子功能器件的基礎和關鍵。

2、
　　本文通過實驗和模擬兩個方面深入研究了硅納米線波導和慢光硅光子晶體波導中超短脈沖的時域/頻域傳輸特性。分析了硅納米線波導和硅光子晶體波導中時域脈沖加速的物理機理，總結(jié)出輸入脈沖能量和波導長度對時頻特性的影響。還研究了硅波導中同時傳輸泵浦和信號脈沖時，信號脈沖的時頻傳輸特性。本文研究的主要內(nèi)容包括：
　　一，實現(xiàn)了兼具頻率分辨光開關（FROG）和互相關頻率分辨光開關（XFROG）超短激光脈沖時頻域特性檢測功能的實驗裝置，結(jié)

3、合非線性薛定諤方程模型，深入研究了硅納米線波導中脈沖的時頻傳輸特性。得到以下四條結(jié)論：
　　1，發(fā)現(xiàn)硅納米線波導中皮秒脈沖的傳輸表現(xiàn)出非線性脈沖展寬，證明非線性脈沖展寬的主要物理機理為雙光子吸收，并且分析了輸入脈沖能量和波導長度對非線性展寬的影響。
　　2，通過互相關頻率分辨光開光測量和非線性薛定諤方程模型模擬確定參考脈沖的時域波形的惟一性，克服了傳統(tǒng)技術(shù)局限性，并采用該方法，在極小輸入光脈沖能量的情況下，首次通過實驗發(fā)現(xiàn)并

4、精確測量了硅納米線波導中皮秒脈沖傳輸?shù)拿}沖加速，分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，自由載流子吸收效應是脈沖加速的主要物理機理。
　　3，發(fā)現(xiàn)并測量了硅納米線波導中皮秒脈沖的光譜藍移，分析發(fā)現(xiàn)引起光譜藍移的主要原因為自由載流子色散。研究了硅納米線波導中皮秒啁啾脈沖的傳輸特性，分析了初始啁啾對脈沖傳輸?shù)挠绊憽?br>　　4，通過廣義非線性薛定諤方程模型模擬研究了硅納米線波導中飛秒脈沖的傳輸特性，發(fā)現(xiàn)硅納米線波導中飛秒脈沖的傳輸表現(xiàn)出脈沖壓縮、分裂、加速和

5、光譜紅移，并分析獲得了色散、高階非線性效應和自由載流子效應對硅納米線波導中飛秒脈沖時頻傳輸特性的影響規(guī)律。
　　二，采用互相關頻率分辨光開關實驗檢測方法和非線性薛定諤方程模型模擬方法，理論和實驗相結(jié)合，研究了慢光光子晶體波導中皮秒脈沖的時頻傳輸特性。得到以下兩條結(jié)論：
　　1，發(fā)現(xiàn)即使存在非線性雙光子吸收的情況下，1.3毫米長的慢光光子晶體波導仍能實現(xiàn)壓縮系數(shù)為2.16的皮秒脈沖壓縮，并伴隨著脈沖加速和光譜藍移。分析發(fā)現(xiàn)自由

6、載流子色散是誘導脈沖加速的主要物理機理，而慢光效應則顯著地增強了脈沖壓縮、脈沖加速和光譜藍移。
　　2，通過互相關頻率分辨光開光測量和非線性薛定諤方程模型模擬確定參考脈沖的時域方向，證明了參考脈沖的子脈沖位于脈沖的后沿。解決了 FROG測量超短脈沖無法區(qū)分脈沖前后沿的難題，克服了傳統(tǒng)技術(shù)局限性。
　　三，研究了硅納米線波導和硅光子晶體波導中同時傳輸泵浦脈沖和信號脈沖的情況下，信號脈沖的時頻傳輸特性。分析獲得輸出信號脈沖的時頻