一、高效输出倍频光的周期极化铌酸锂波导（论文文献综述）
张孔[1]（2021）在《碱金属原子跃迁波长与光纤通信波段的光频转换研究》文中认为光学频率转换技术,特别是基于二阶非线性光学效应的光频转换技术,对于扩展激光频率范围有重要的意义。基于此可以获得很宽频率范围的激光输出,覆盖紫外到远红外波段。随着光频转换技术的进一步发展,量子频率转换在1990年被提出（在保持量子态的前提下,将信号光子转换成不同频率的目标光子的过程）,将量子节点与光纤通信波段连接,从而可以构建量子网络。本论文中阐述了采用周期极化准相位匹配块状晶体及波导,在单次通过情形下实现铷原子D2线780 nm波长及铯原子D2线852 nm波长与光纤通信C波段的1560 nm波长之间的光频转换,特别是弱光乃至单光子水平的光频转换。实验基于日渐成熟的光纤放大器和周期极化准位相匹配块状晶体和波导。当前光纤通信市场发展迅猛,光纤通信C波段（1530 nm-1565nm）各类器件性能优良。基于此我们首先研究了780 nm激光（铷原子的5S1/2-5P3/2跃迁（D2线））的实验产生方法,并应用在852 nm激光（铯原子的6S1/2-6P3/2跃迁（D2线））的实验中。利用高功率1560 nm激光经单次通过非线性晶体实现了瓦级输出功率的780 nm激光;通过1560 nm激光与1878 nm激光和频可以实现852 nm激光输出。两者相结合可以同时生成780 nm和852 nm窄带宽可调谐单频激光,这对于铷铯原子冷却、俘获和操控实验有重要的应用前景。另外,该系统在铷铯原子光缔合形成Rb Cs分子和双组分原子干涉仪方面也有巨大的应用潜力。量子态传输是实现量子网络的关键。但是量子节点（比如碱金属原子系统）所发射光子的频率通常比光纤网络中飞行光子（比如光纤通信C波段）的频率高得多。因此,需要将量子节点经过量子频率下转换装置与光纤信道连接,使得信号可以低损耗长距离地传输。同样地,光纤信道中的光子经过量子频率上转换装置与量子节点连接,从而使信息可传递到下一节点中。这样就完成了信息从发射到传递最后接收的量子网络构型。而单光子级频率转换是实现量子频率转换不可或缺的一步,我们在实验上分别实现了1560 nm和852 nm双向单光子级频率转换。并分析选择不同泵浦光对实验中的噪声影响,通过选用窄带宽滤波器以及改变噪声光子偏振的方法有效提高信噪比。基于对铯原子D2线与光纤通信波段的单光子级频率转换的研究,可以实现铯原子节点之间通过低损耗光纤进行连接,并且可以扩展到其他类型的量子节点,为未来混合量子网络的实现奠定基础。接着通过换用周期极化铌酸锂（PPLN）波导提高转换效率,最终基于铯原子磁光阱,实现852 nm到1560 nm的准量子频率转换。本文中有特色的工作如下所述:1).利用1560 nm激光系统（1560 nm分布反馈激光二极管做种子源,掺铒光纤放大器对种子激光进行功率放大）,结合周期极化掺氧化镁铌酸锂（PPMg O:LN）晶体,采用单次通过晶体的方式,实现了高光束质量的窄线宽可调谐单频780 nm激光输出。当基频光功率达到14.2 W时,780 nm输出功率为2.4 W,倍频效率为17.2%,连续可调谐范围大于10 GHz。为了进一步提高转换效率,分别从级联双晶体与改变种子激光线宽两种方案入手,当基频光功率为13.2 W时,利用级联两块晶体的结构可以得到3.5 W的780 nm输出,最大倍频效率为26.8%,在分别利用线宽为1.2MHz（DFB）、200 k Hz（ECDL）和600 Hz（DFB-EDFL）三种激光器作种子源时,得到的倍频效率分别为11.0%、14.3%和16.6%;2).在上述倍频基础上做了扩展,采用非线性光学频率链,结合单次通过晶体和频的结构将1560 nm红外激光三倍频至520 nm绿光,并在选择不同和频晶体（周期极化钛氧磷酸钾（PPKTP）晶体,周期极化掺氧化镁坦酸锂（PPMg O:s LT）晶体）情况下,比较相应输出功率及效率。当倍频前的1560 nm激光功率为11.6 W时,使用PPKTP晶体可产生545 m W的520 nm激光输出;使用PPMg O:s LT晶体时,同样的条件可以产生350 m W的520 nm激光输出。520 nm绿光的连续调谐范围至少为9 GHz。基于PPKTP和双共振光参量振荡器（DROPO）,在特定的温度下获得下转换双色光场（信号光1560 nm,闲置光780 nm）。该系统可应用于铷原子量子存储与光纤量子信道相连接的远程量子信息传输;3).利用1560 nm激光系统（利用1560 nm分布反馈式激光器输出激光,并通过掺饵光纤放大器（EDFA）进行功率放大）和1878 nm激光系统（1878 nm分布反馈激光二极管做种子源,掺铥光纤放大器（Tm DFA）对种子激光进行功率放大）,结合PPMg O:LN晶体,采用单次通过晶体和频的方式,实现了高光束质量的窄线宽可调谐单频852 nm激光输出,并通过消色差的方法提高转换效率。最大可产生276 m W的和频光,和频效率为4.1%,连续调谐范围至少为9.2 GHz。最后通过声光调制器（AOM）将1560 nm激光斩波并衰减至单光子级脉冲光,模拟单光子级频率转换,分析噪声及信噪比。当1878 nm泵浦激光注入150 m W时,得到的信噪比为38.8,相应的转换效率为1.9%;4).实现了与上述相反的下转换过程,比较了选择不同泵浦光下的实验方案。利用852 nm分布反馈激光二极管和1878 nm激光系统（1878 nm分布反馈二极管激光器做种子源,掺铥光纤放大器（Tm DFA）对种子激光进行功率放大）,结合PPMg O:LN晶体。采用单次通过晶体差频的方式,实现了高光束质量的1560 nm激光输出,并通过消色差的方法提高了转换效率。当注入450 m W的1878 nm泵浦光和10 m W的852 nm信号光时,可以得到136μW的差频光。最后通过AOM将852 nm激光斩波并衰减至单光子级脉冲光,模拟单光子级频率转换。比较了不同带宽的滤波器对信噪比的影响,在使用带宽为12 nm的带通滤波器和带宽为0.3 nm的光纤布拉格光栅滤波器的情况下,注入150 m W的1878nm泵浦光,最大信噪比为31.3,转换效率为1.7%。最后改变噪声光子的偏振进一步提高信噪比,在相同条件下,信噪比由31.3提高到58.3;5).基于PPLN波导实现852 nm弱光下转换至1560 nm的实验,通过使用带宽为12 nm的带通滤波器和带宽为0.3 nm的光纤布拉格光栅滤波器,得到的信噪比为91.3,波导内部转换效率最大为6.2%。优化连续光激发磁光阱中冷却与俘获的单个铯原子的单光子源实验装置,通过磁光阱的磁场触发将单原子的概率提高到80%。并在此状态下进行Hanbury Brown-Twiss（HBT）实验,零延时处二阶相干度归一化结果为0.11。将磁光阱系统与频率转换装置连接,实现量子频率转换,并表征实验中信噪比。
张彬[2]（2021）在《飞秒激光直写铌酸锂、三硼酸锂和碳化硅晶体光波导及其应用》文中进行了进一步梳理集成光路可以实现光信号的高速传输和处理,在光通信和量子信息处理中起着至关重要的作用。光波导是集成光子学中最基本的元件之一,可以用于制作多功能、小型化的器件,如波导激光器、分束器、电光调制器、变频器、波导阵列等。在光波导中,光可以被紧紧地限制在一个微米或纳米尺度的体积内,并通过全内反射进行传输。利用低损耗光波导,可以大大提高光密度和非线性相互作用。因此,高性能光波导在集成光学和非线性光学中有着广阔的应用前景。许多技术已被用来制作晶体中的光波导,如质子/离子交换、离子注入/辐照和金属离子热扩散。然而,由上述技术制造的光波导仅限于平面几何结构。采用飞秒激光直写的方法可以制作出埋藏在样品表面以下一定深度的三维波导结构。飞秒激光直写技术是一种灵活的、无掩模的、真正意义上的三维微纳加工技术,已被广泛应用于制作光子学器件和微流控器件（如光量子芯片、波导传感器和光流控芯片）。它在数据存储、玻璃键合、铁电畴反转等方面也起着重要的作用。飞秒激光的超短脉冲宽度和极高的峰值强度是该技术取得巨大成功的重要原因。超短脉冲宽度可以抑制热影响区的形成,从而实现超高精度的材料加工。极高的峰值强度导致透明材料中出现非线性相互作用（如多光子吸收和隧穿电离）。为了实现对晶体的三维精密加工,通常采用显微物镜将近红外飞秒激光聚焦到样品表面或样品内部。飞秒激光诱导的非线性相互作用与自由电子等离子体的产生有关,自由电子等离子体的产生可能导致焦点区域的材料改性。飞秒激光诱导的晶体改性主要分为Ⅰ类改性和Ⅱ类改性。对于Ⅰ类改性,折射率变化为正。在Ⅱ类改性区域发生了负折射率变化。基于这两种改性,在晶体中制备了多种光波导,如单线、双线和凹陷包层光波导。这些光波导已经被用来构造多功能的光子学器件,如电光调制器、分束器、波导激光器和变频器。随着对飞秒激光与晶体相互作用的深入研究,将制作出更具吸引力的波导器件。铌酸锂（LiNbO-3或LN）是一种多功能晶体,具有电光系数大、非线性系数大、透明范围宽、铁电效应好等特点。LiNbO3晶体在频率转换、电光调制和光参量振荡（OPO）等方面起着至关重要的作用。三硼酸锂（LiB3O5或LBO）是一种重要的非线性光学晶体,具有较高的损伤阈值和较宽的透明范围（160～2600nm）。LBO晶体在非线性光学和量子光子学中有着广泛的应用,如二次谐波产生（SHG）、三次谐波产生（THG）、光参量放大（OPA）、OPO和自发参量下转换（SPDC）。碳化硅（SiC）晶体作为最具吸引力的第三代半导体材料之一,对电子学和光子学领域的高功率、高频率应用具有重要意义。SiC晶体在量子光学中也有潜在的应用,如制备高效明亮的单光子源。与块状晶体相比,在LiNbO3、LBO和SiC光波导中可以实现光密度和非线性相互作用的增强,使构建小型化、高性能的新型集成光子学器件成为可能。本论文的研究内容主要包括:1)飞秒激光直写LiNbO3、LBO、SiC晶体光波导;2)利用共聚焦显微拉曼光谱对光波导形成机理进行研究;3)利用端面耦合系统研究光波导的导波特性;4)基于波导的光子学器件的分析与表征。根据所选择的晶体和光子学器件的类型,可以将本文的主要研究内容概括如下:利用飞秒激光多重扫描技术制备的LiNbO3多线波导,实现了模式调控。我们研究了脉冲能量和聚焦深度对制备多线波导的影响,并研究了这些波导在632.8nm和1550nm波长下的导波特性。实验结果表明,通过优化飞秒激光加工参数,可以定制多线波导在通信波段的模式。这项工作在利用LiNbO3多线波导制作新型集成光子学器件方面具有潜在的应用价值。利用室温下的双折射相位匹配技术,在飞秒激光写入的LiNbO3波导中实现了1064nm波长的SHG。基于端面耦合系统,研究了多线、垂直双线和凹陷包层波导在1064 nm波长下的导波特性（即近场模式分布和传输损耗）。我们还研究了波导的导波特性对1064 nm波长倍频的影响。实验结果表明,沿ne偏振方向的导波特性对SHG过程更为重要。凹陷包层波导中的最大转换效率为0.87%,对应的最大SHG峰值功率为40.40W。我们的工作为利用飞秒激光写入的LiNbO3波导制备新型变频器铺平了道路。利用飞秒激光在PPLN晶体中制备了凹陷包层波导。基于三阶的准相位匹配（QPM）,在这些波导中实现了 1064 nm波长的SHG,并且得到了 SHG输出的温度调谐曲线。在相位匹配温度（～94.9℃）下,研究了波导在1064 nm波长下的导波特性。我们还研究了凹陷包层波导中SHG峰值功率和转换效率与输入峰值功率的关系。实验结果表明,当SHG峰值功率达到9.64 W时,最大转换效率为0.075%。该工作为构建多功能、小型化变频器奠定了基础。我们报道了飞秒激光在z切LiNbO3晶体中写入的1D和2D凹陷包层波导阵列。1D波导阵列由三个沿水平方向紧密排列的凹陷包层波导组成。用1550 nm以及1064 nm波长的连续波（CW）激光入射1D波导阵列的每个波导,得到了相应的输出模式图。2D波导阵列（蜂窝状结构）由七个沿水平和垂直方向紧密排列的凹陷包层波导组成。用1064nm波长的CW激光激发2D波导阵列的每个波导,得到了相应的输出光强分布。我们还利用共聚焦显微拉曼光谱实验对凹陷包层波导进行了表征。这些研究结果丰富了 LiNbO3波导阵列的内容,对描述离散系统具有重要意义。利用飞秒激光直写技术在LiNbO3晶体中制备了一种新型的基于波导的偏振光分束器（PBS）。这种单片PBS是由定制的波导结构所构成的,可以很好地分离出沿no和ne偏振方向的线偏振光。在1064nm波长下沿nr和no偏振方向测量时,该PBS的偏振消光比（PER）能分别达到16.60 dB和16.18 dB,对应的插入损耗（IL）分别为3.86 dB和4.15 dB。这种PBS对集成光子学和量子光学中制作紧凑型偏振转换系统具有潜在的应用价值。我们报道了飞秒激光写入LBO晶体中的双线和凹陷包层波导。本工作中进行了共聚焦显微拉曼光谱实验和端面耦合实验。在波导芯处所获得的显微拉曼光谱与块体材料的拉曼光谱基本一致,这表明块体材料的特性在导波区域可以得到很好地保留。此外,这些波导几乎是偏振无关的,可以很好地引导波长为405 nm和810 nm的激光。基于第一类相位匹配,在飞秒激光直写的波导中实现了 810 nm的SHG和405 nm的SPDC。本项工作在集成非线性光学和量子光子学领域具有潜在的应用价值。我们在6H-SiC晶体（SiC族晶体之一,六方晶系结构）中制备了双线和凹陷包层波导。基于端面耦合系统,研究了波导在1064nm波长下的导波特性。利用共聚焦显微拉曼光谱（由532nm激光激发）分析了飞秒激光在6H-SiC晶体中诱导的材料改性。实验结果表明,通过优化飞秒激光加工参数,可以定制波导的模式。此外,光谱蓝移（～787.05 cm-1）主要发生在激光辐照区。根据得到的拉曼强度图和光谱频移图,我们可以得出结论:与块体材料相比,波导芯中的晶格结构几乎没有发生变化。这项工作为制备基于波导的新型集成量子光子学器件奠定了基础。
程书停[3]（2021）在《铌酸锂薄膜二阶非线性光波导的设计与制备研究》文中研究指明铌酸锂晶体是一种具有较大的二阶非线性系数的光学材料,且具有低损耗透明窗口宽、物理和化学性质稳定等优点。此外,由于铌酸锂是一种铁电体材料,通过高电压进行周期性极化反转后,能够采用准相位匹配技术补偿非线性过程中的相位失配,使得铌酸锂成为研究二阶非线性效应的热门材料。不足的是,传统钛扩散或质子交换技术制作的铌酸锂波导的相对折射率差较小,使得光场的限制不足,因而非线性耦合效率不高,需要通过增大相互作用长度来弥补,如此导致制作的光学器件尺寸偏大,难以实现大规模的集成。铌酸锂薄膜材料的问世及其波导制备技术的日益成熟,成功地解决了传统的铌酸锂晶圆所面临的问题。基于铌酸锂薄膜的光波导具有有截面积小,相对折射率差大,限光能力强等诸多优点,使用这种新型的薄膜材料制作的光波导器件,能大幅地提高非线性耦合效率。但是,在铌酸锂薄膜光波导的制作、高质量的周期性极化反转以及二阶非线性效应的应用等方面还存在亟需解决的工作。本文针对铌酸锂薄膜这一可集成化的二阶非线性材料,开展了二阶非线性效应的研究,主要工作内容如下:1.周期性极化铌酸锂薄膜光波导的二阶非线性耦合模理论介绍了铌酸锂的二阶非线性效应,以微扰理论对周期性极化铌酸锂薄膜光波导的耦合模方程进行了分析,重点对倍频效应、和频效应和差频效应进行了介绍。2.铌酸锂薄膜光波导结构和极化电极结构的设计通过有效折射率法和有限元法对铌酸锂薄膜脊形波导的模式进行计算和分析,得到了倍频效应中倍频光TE0模式和泵浦光TE0模式的有效折射率。在准相位匹配条件下,得到了栅状电极的周期,并分析了波导参数对电极周期和归一化转换效率的影响。最后对电极的电场分布进行了仿真,确定了极化电源的参数。3.器件的制作和测试器件的制作分为三部分:第一步,通过质子交换和感应耦合等离子体刻蚀得到脊形光波导。第二步,蒸镀铝电极。第三步,在高压短脉冲下进行极化反转工作。制作完成后,对器件进行了通光测试和光谱测试。4.一种新颖的基于周期性极化铌酸锂薄膜光波导的滤波器利用器件的和频效应,提出了一种陷波滤波器。仿真分析了其可调谐性和多信道滤波的特性。从仿真可知,通过对泵浦光波长的控制可实现滤波中心波长的调谐,滤波的信道数由输入泵浦光个数决定。也分析了各个物理量对滤波器的消光比和3 dB带宽的影响。
姚妮[4]（2020）在《微纳光纤与集成光子器件耦合技术及其应用》文中指出与集成电路芯片相比,集成光子芯片具有能耗低、速度快和带宽大等优点,在信息等领域得到了极大的关注。在集成光子芯片中,集成光波导和光学微谐振腔是最主要的器件单元。集成光波导一般用于单一芯片不同器件的互联,而光经过长距离传输后耦合进入芯片以及不同芯片之间的互联需要光纤连接。因此,光纤与集成光波导的耦合十分关键。受限于光纤和集成光波导的模场匹配,两者之间难以获得高的耦合效率。而微纳光纤,由于其具有直径灵活可控、体积小、重量轻、损耗低、光场束缚强以及倏逝场大等特点,可以解决集成光波导的耦合难题;同时,微纳光纤由普通光纤拉锥而成,具有与普通光纤无缝、无损连接等特点。结合上述特性,微纳光纤为提高光耦合效率以及增加器件集成度方面带来了新的机遇。本文从微纳光纤和集成光子器件（集成光波导和回音壁模式微腔）出发,系统而深入地分析了如何将光高效地耦合进入集成光子器件;同时,探讨了微纳光纤耦合的回音壁模式微腔在光学传感以及非线性光学方向的应用。本文主要内容如下:本论文的第一部分,主要论述高品质微纳光纤制备方面的工作。采用“火焰刷”技术制备了直径可控（<3 nm）的短腰微纳光纤和高透过率（99.4%）长腰微纳光纤,此高品质微纳光纤的制备为实现集成光子器件的高效耦合提供了强有力的保障。此外,深入研究了光纤表面粗糙度对光纤透过率的影响,用归一化表面场表述了微纳光纤的传输损耗,此概述为制备高透过率的微纳光纤提供了理论指引。本论文的第二部分,主要研究微纳光纤耦合的回音壁模式微腔在光学传感和非线性光源方面的应用。利用微纳光纤直径灵活可调和倏逝场强的特性,实现了微纳光纤与回音壁模式微腔的高效耦合;研究了微纳光纤耦合的聚合物回音壁模式微腔在光学传感方面的应用;基于单盘微腔准相位匹配和双盘微腔强耦合劈裂弥补色散两种相位匹配方式,探讨了微纳光纤耦合的铌酸锂薄膜微腔在非线性光源中的应用,上述两种相位匹配方式所观察到的非线性频率转化效率都是目前报道的最高值,为实现微腔的高效非线性频率转化奠定基础。本论文的第三部分,主要研究微纳光纤与铌酸锂波导的耦合。利用微纳光纤直径灵活可调和光场约束强的特性,提出利用微纳光纤端对端耦合反质子交换周期性极化铌酸锂波导的新思路;同时,为了防止微纳光纤受到污染以及提升器件的集成度,用充满低折射率胶的微细管对微纳光纤进行封装;利用封装的微纳光纤耦合反质子交换周期极化铌酸锂波导,两者之间耦合效率提升至93%;将微纳光纤耦合的反质子交换波导应用于上转换单光子探测器,硅基单光子探测器实现了对通信波段的单光子探测,其探测效率高达40%,同时噪声低至200 cps,并探索了微纳光纤耦合的上转换单光子探测器在量子秘钥分发的应用;进一步地,将微纳光纤端对端耦合应用于片上铌酸锂薄膜波导,实验上测得横电（TE）模式和横磁（TM）模式的耦合效率分别高达73.7%和64.8%,是目前已报道的铌酸锂薄膜波导耦合效率最高值,为铌酸锂集成光子学的工业化应用迈出关键一步。
林杨[5]（2020）在《基于PPLN波导的全光译码器及编码器的设计与研究》文中指出随着互联网应用的不断发展,网络数据流量急速攀升,现有的光网络交换能力较弱,无法与高速的传输技术相匹配,给通信系统带来了较大的损耗。全光网的实现是解决这一问题的有效途径。全光逻辑信号处理是构建全光网的核心技术之一。PPLN波导是一种具有高非线性系数的光学晶体,响应速度快、透射性强、损耗低等优点使其成为全光逻辑信号处理领域中不可缺少的一部分。本文针对如何利用PPLN波导实现具有复杂逻辑功能的光器件进行了深入地探究,最终取得的研究成果如下:（1）根据单个PPLN波导所能实现的简单光逻辑运算,在准相位匹配条件下,设计出以和频剩余光波作为最终输出信号光的全光2线—4线译码器波导级联结构。利用Matlab软件进行计算和仿真,得到全光译码器的波形图和眼图,对半高全宽、消光比、峰值功率和延迟时间等参数进行分析。结果证明,该方案在实现了全光译码器逻辑功能的同时,较好地保证了信号传输质量。（2）通过对8线—3线编码器逻辑功能的分析,设计出两种全光8线—3线编码器的PPLN波导级联结构,利用分布傅里叶算法和有限差分法对PPLN波导的耦合波方程组进行计算和仿真,分析全光编码器各路信号光的波形图和眼图。结果证明,两种方案均可实现全光8线—3线编码器的逻辑功能,为全光逻辑信号处理提供了新的器件类型。（3）在全光2线—4线译码器和全光8线—3线编码器除波导长度外,各项参数设定不变的基础上,对波导长度在20mm—60mm范围内的全光译码器及编码器进行计算和仿真,分析两种光逻辑器件中各路信号光的消光比随波导长度的变化情况。
林晨[6]（2020）在《铌酸锂集成光子学基本器件研究》文中认为自从集成光学的概念被提出以来,基于光波导结构的集成光子器件研究得到飞速发展。铌酸锂具有优良的声光、电光和非线性光学特性,在可见光和近红外波段的透过率高,被称为“光学硅”。随着制备技术的发展,基于铌酸锂的集成光子器件,包括高速电光调制器、频率梳、非线性频率转换器等,已经被广泛研究,展示出铌酸锂在集成光子领域的应用前景。本文将从铌酸锂集成光子学的研究现状出发,对几种铌酸锂集成光子器件进行理论分析和数值模拟。主要包括以下内容:1.绪论部分简要回顾了集成光学的发展背景,介绍了铌酸锂的材料特性,以及铌酸锂集成光子学器件的应用前景、研究意义以及相关研究进展。2.介绍了光波导的基础理论,包括光波导的简单分类和不同维度波导的电磁场理论;对几种重要的铌酸锂波导及其制备工艺进行重点介绍,为接下来铌酸锂集成光子器件的研究工作奠定基础。3.数值模拟分析了两种铌酸锂集成光子学线性基本器件。一是基于非对称波导的宽带定向耦合器。从耦合模式理论出发,通过对传输矩阵的分析,确定最佳参数的基本范围,并借助三维时域有限差分法对结构进行优化。此外,模拟了一种新提出的光纤-铌酸锂薄膜波导耦合器,通过构建双层锥形波导结构提高光纤和波导的模式匹配区域从而提高耦合效率,并优化该耦合器的具体参数。4.第四章首先介绍了涡旋光束光源的研究现状,接着立足涡旋光的集成化产生方案,提出了一种基于非线性Cherenkov型相位匹配方式的倍频涡旋光产生的新方案。其基本原理是,在角向极化的铌酸锂微环谐振腔中,近红外的基波光在微环中谐振,二次谐波则沿着Cherenkov辐射角的方向发射出去。研究发现,倍频涡旋光的拓扑荷数由微环中回音壁模式的方位角阶数和非线性光栅元件的数量共同决定;此外,还对倍频涡旋光束的光场分布和转换效率等进行了系统研究。
王丹[7]（2020）在《非线性级联效应及其量子力学模拟研究》文中研究说明级联过程在非线性光学中应用广泛,因为相比光场与介质直接作用,级联过程有非常明显的增强能力。级联过程可以产生非线性相移以及光孤子,在三波混频、光学非互易性、脉冲压缩、光束转换、光学双稳态、全光开关以及波分复用系统中都有广泛的应用。利用周期性极化铌酸锂薄膜脊型波导可以实现满足准相位匹配条件的和频与电光偏振耦合的级联。利用这个级联过程,可以通过外加的横向电场便捷地调控和频光的强度。实验中应用的薄膜脊型波导结构可以有效地增强频率转换的效率以及外加电压调控光偏振的效率,大大降低了所需的外加电压以及输入光的功率,解决了在体介质上进行级联过程效率低的问题。一方面,我们提出的实验方案是高度集成、高速响应以及高效率的。另一方面,和频与电光偏振耦合级联的工作波长是可以通过极化周期和温度灵活调谐的,预期这个方案可以在更多的非线性光学过程以及光通信中找到应用。由于光学级联耦合过程与量子体系中原子能级跃迁过程具有相似性,我们提出利用经典光学过程来模拟量子力学中的原子能级体系。我们利用电光偏振耦合过程模拟了二能级体系中的拉比振荡,利用和频与电光偏振耦合的级联模拟了三能级体系中的暗态。这样的模拟方法为研究量子力学提供了一种可行的实验手段。
刘时杰[8]（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》文中研究说明回音壁模式（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。
张景[9]（2019）在《非线性光子晶体及其界面的非线性光学效应与调控的研究》文中研究表明二阶非线性系数在空间不同方向上周期调制的晶体被称为非线性光子晶体。随着人工微纳加工工艺的发展与日渐成熟,人们已经可以实现在亚微米乃至纳米尺度设计与构造材料微结构。而在这基础上,为实现非线性光子晶体在空间上更小尺度的调制,催始了人们对亚微米尺度的铁电畴反转极化工艺的研究。电子束曝光直写极化工艺可以在铁电晶体薄膜上实现亚微米级的任意图形的畴极化反转,配合不同的极化工艺技术联合使用使得复杂结构非线性光子晶体的制备成为可能。与此同时,二维乃至三维非线性光子晶体的成功制备也对不同结构非线性光子晶体中的非线性光学现象的理论研究提出了更高的需求。本文工作通过对电子束直写极化工艺的摸索,在有限的规模和尺度上实现了含金电极的铌酸锂薄膜上的亚微米级的任意图形铁电畴反转极化。在此基础上,通过对现有不同铁电畴极化技术的比较与分析,提出了不同技术联合使用的潜在方法以在未来实现更大规模、更小尺度、更复杂结构和更高良品率的实用且多样化的非线性材料结构工艺。其次,本文工作对高维复杂结构的非线性光子晶体进行合理抽象标准化,在理论上对其中的非线性频率转换过程进行建模和全面深入地分析。建立了三维非线性光子晶体中二阶非线性频率转换过程的标准模型,并从中推导得到了二次谐波的统一公式。给出的总相位匹配条件统一了体介质材料、一维、二维和三维非线性光子晶体中不同的二次谐波现象和其对应的相位匹配条件,从而将其中产生的复杂的非线性谐波之间的区别与相互影响进行了明晰的归类与分辨。此外,从非线性光子晶体的统一模型中抽出单层的非线性周期调制界面并对其中进行了理论分析,得到了描述二阶非线性频率转换过程所遵循的广义的非线性斯涅耳定律。非线性界面对谐波的产生会有增强效应,并在广义的非线性斯涅耳定律下调制成多级出射。在非线性晶体薄膜上根据广义的非线性斯涅耳定律构造非线性超表面结构,通过合理调制非线性界面处的χ（2）微结构可以实现对谐波的多级调控,实现非线性超反射、负折射等反常现象;亦可实现辐射态到局域态的转化,在局域态时金属层上的非线性界面结构可实现等离子激元的激发。深入研究非线性界面的特性使得传统相位匹配不再受到简单周期调制结构的桎梏,使得目前体材料介质中的非线性频率转换过程的局限得到突破。
葛励成[10]（2019）在《基于铌酸锂薄膜的微纳光子器件研究》文中认为传统的以电子为媒介的芯片系统将人们带入了信息与互联网的时代,数十年蓬勃的发展过后,一方面随着摩尔定律与香农定律逐渐逼近极限,信息载体的存储密度与运算速度的提升愈发困难。另一方面,随着物联网与5G的新纪元崭露头角,人们对信号的传播、调制、探测各方面都提出更高的要求。光子,相比于电子有更快的响应速度,在信息传输方面有大容量、低串扰的优势。随着微纳加工技术的不断进步,以光子为媒介的集成光学芯片逐渐从理论走向实践,硅基的光子学芯片技术已经较为成熟,并逐渐出现在大规模的商用舞台。铌酸锂被誉为“光学中的硅”。它对光有声、光、电、热各个方面的响应,是一种优秀的光学芯片基底材料。随着铌酸锂薄膜的出现,将光场束缚在亚微米尺度的结构中成为可能,引发了铌酸锂领域的一场革命。本文中,我们首先对铌酸锂各方面的性质进行简要介绍,然后重点回顾基于铌酸锂薄膜上主要的微纳器件及其制备方法。现有的半导体加工技术在铌酸锂的图形化、刻蚀、金属薄膜等方面已经有了重要进展,为以后直接制备铌酸锂基集成光学芯片打下坚实的工艺基础。飞秒激光因为具有极高的峰值功率,极小的热影响区域,是精密加工的一种重要手段。而波导和微腔是光芯片中的重要构件,在第二章中我们利用飞秒激光在体介质铌酸锂中加工了II型波导,并利用飞秒激光与聚焦离子束相结合的方法制备了品质因子高达105的铌酸锂和钽酸锂光学微腔。我们还利用飞秒激光诱导的“光致退火”效应进一步修复制备过程中损伤的铌酸锂晶格,使得微腔的品质因子得到一个数量级的提升。非线性模块也是集成光学芯片的重要组成部分。本文第四章总结了集成波导和微腔中的非线性相位匹配方式。铌酸锂波导中主要通过周期性调制非线性极化率或者光强实现准相位匹配,从而得到高效的倍频输出。而铌酸锂微腔由于其本身对光场有很强的增益,相位匹配条件相对宽松,可以通过自然相位匹配或者循环相位匹配实现非线性过程。实验上,我们在铌酸锂微盘腔中实现了效率约为2.36×10-6/mW的倍频输出,在钽酸锂微盘腔中得到了效率约为1.22×10-6/mW的倍频输出。不同结构、不同材料相互结合,各取所长发挥自身优势也是集成光学芯片的重要研究部分。非线性过程另一个重要的考虑因素是带宽。宽带的非线性过程在超短脉冲频率转换、波分复用系统甚至未来的量子通讯网络中都有重要的应用。在第五章,我们理论分析了实现宽带频率转换需要同时满足相位匹配和群速度匹配,通过将周期性极化的铌酸锂制作成亚微米结构的薄膜,引入波导色散调控,使其在满足相位匹配的同时可以满足群速度匹配,理论上给出了倍频中心波长和薄膜厚度的对应关系。实验上,我们制备了周期20μm,厚度700nm的周期性极化铌酸锂薄膜,利用五阶相位匹配和群速度匹配,在通讯波段得到了带宽15nm左右的倍频输出。
二、高效输出倍频光的周期极化铌酸锂波导（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、高效输出倍频光的周期极化铌酸锂波导（论文提纲范文）
（1）碱金属原子跃迁波长与光纤通信波段的光频转换研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 光频转换技术 |
| 1.2 铷原子及铯原子D2 线与光纤通信波段之间的光频转换 |
| 1.3 量子频率转换 |
| 1.4 本论文内容安排 |
| 第2章 光频转换基本理论 |
| 2.1 耦合波方程 |
| 2.2 相位匹配与准相位匹配 |
| 2.3 第二章小结 |
| 第3章 1560nm激光单次通过周期极化晶体倍频至780nm |
| 3.1 单次通过PPMgO:LN晶体倍频 |
| 3.2 单次通过两块PPMgO:LN晶体级联增强倍频 |
| 3.3 基频光线宽对转换效率的影响 |
| 3.3.1 理论分析 |
| 3.3.2 实验结果 |
| 3.4 第三章小结 |
| 第4章 1560nm与780nm激光和频至520nm绿光及其泵浦的光学参量振荡器 |
| 4.1 采用PPKTP和PPMgO:sLT晶体进行和频实验 |
| 4.2 520nm激光泵浦的双共振OPO产生780nm+1560nm光场 |
| 4.3 第四章小结 |
| 第5章 1560nm激光上转换至852nm及单光子级和频转换实验研究 |
| 5.1 1560nm激光上转换到852nm |
| 5.1.1 1878nm激光功率起伏及抑制 |
| 5.1.2 和频实验结果 |
| 5.2 效率优化及单光子级上转换实验 |
| 5.2.1 和频效率优化 |
| 5.2.2 噪声分析 |
| 5.2.3 单光子级频率上转换实验 |
| 5.3 第五章小结 |
| 第6章 852nm激光下转换至1560nm及单光子级差频转换实验研究 |
| 6.1 差频实验方案分析 |
| 6.2 基于PPMgO:LN晶体实现852nm激光下转换至1560nm |
| 6.2.1 经典光下的频率转化及系统优化 |
| 6.2.2 单光子级频率转换及信噪比 |
| 6.3 基于PPLN波导实现852nm弱光频率下转换至1560nm |
| 6.4 基于单原子操控的852nm单光子源优化 |
| 6.5 基于PPLN波导实现量子频率转换的进展 |
| 6.6 第六章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 博士研究生期间完成的期刊论文和会议报告 |
| 致谢 |
| 个人简况及联系方式 |
（2）飞秒激光直写铌酸锂、三硼酸锂和碳化硅晶体光波导及其应用（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 本文的主要研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 基本理论和实验方法 |
| 2.1 光波导基本理论 |
| 2.2 飞秒激光直写晶体光波导 |
| 2.3 光波导技术 |
| 2.4 共聚焦微拉曼光谱测试技术 |
| 2.5 光波导中的二次谐波产生与自发参量下转换 |
| 2.6 波导阵列基本理论 |
| 参考文献 |
| 第三章 飞秒激光直写LiNbO_3晶体多线波导及模式调控 |
| 3.1 实验过程 |
| 3.2 结果与讨论 |
| 3.3 小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 飞秒激光直写LiNbO_3晶体多线、垂直双线和包层波导中的二次谐波产生 |
| 4.1 实验过程 |
| 4.2 结果与讨论 |
| 4.3 小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 飞秒激光直写PPLN晶体包层波导及二次谐波产生 |
| 5.1 实验过程 |
| 5.2 结果与讨论 |
| 5.3 小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 飞秒激光直写LiNbO_3晶体包层波导阵列及其特性研究 |
| 6.1 一维包层波导阵列及其特性研究 |
| 6.2 二维包层波导阵列及其特性研究 |
| 参考文献 |
| 第七章 基于飞秒激光直写LiNbO_3晶体波导的偏振光分束器及其特性研究 |
| 7.1 实验过程 |
| 7.2 结果与讨论 |
| 7.3 小结 |
| 参考文献 |
| 第八章 飞秒激光直写LBO晶体双线和包层波导中的二次谐波产生和自发参量下转换 |
| 8.1 实验过程 |
| 8.2 结果与讨论 |
| 8.3 小结 |
| 参考文献 |
| 第九章 飞秒激光直写6H-SiC晶体双线和包层波导及模式调控 |
| 9.1 实验过程 |
| 9.2 结果与讨论 |
| 9.3 小结 |
| 参考文献 |
| 第十章 总结与展望 |
| 10.1 总结 |
| 10.2 主要创新点 |
| 10.3 展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的学术成果及获得的奖励 |
| 学术论文 |
| 发明专利 |
| 参加的国内及国际会议 |
| 获得的荣誉、奖励 |
| 附三篇已发表论文 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（3）铌酸锂薄膜二阶非线性光波导的设计与制备研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 铌酸锂光波导二阶非线性效应研究历史与现状 |
| 1.3 铌酸锂薄膜光波导二阶非线性效应的研究现状 |
| 1.4 本论文的结构安排 |
| 第二章 PPLN薄膜光波导的基本原理 |
| 2.1 非线性极化响应 |
| 2.2 二阶非线性极化 |
| 2.3 二阶非线性耦合模理论 |
| 2.3.1 相位失配 |
| 2.3.2 准相位匹配 |
| 2.3.2.1 倍频效应 |
| 2.3.2.2 和频效应 |
| 2.3.2.3 差频效应 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 PPLN薄膜光波导的设计与仿真 |
| 3.1 器件结构 |
| 3.2 铌酸锂薄膜光波导的分析与设计 |
| 3.2.1 有效折射率法分析波导模式 |
| 3.2.2 有限元法分析波导模式 |
| 3.3 器件结构参数的设计及仿真 |
| 3.3.1 反转周期的设计 |
| 3.3.2 波导参数的影响 |
| 3.3.3 极化电极的设计 |
| 3.4 器件参数汇总 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 PPLN薄膜光波导的制作与测量 |
| 4.1 掩膜版的制作 |
| 4.2 器件制作过程 |
| 4.2.1 波导制作过程 |
| 4.2.2 电极制作过程 |
| 4.3 极化反转 |
| 4.4 器件测量 |
| 4.4.1 通光测试 |
| 4.4.2 倍频效应测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 基于PPLN薄膜光波导的滤波器 |
| 5.1 单信道可调谐陷波滤波器 |
| 5.2 多信道可调谐陷波滤波器 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 全文总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（4）微纳光纤与集成光子器件耦合技术及其应用（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 回音壁模式微腔简介 |
| 1.2.1 回音壁模式方程 |
| 1.2.2 回音壁模式微腔基本性质 |
| 1.2.2.1 回音壁模式微腔品质因子 |
| 1.2.2.2 回音壁模式微腔模式体积 |
| 1.2.3 回音壁模式微腔耦合 |
| 1.2.4 回音壁模式微腔应用 |
| 1.2.4.1 回音壁模式微腔在光学传感中的应用 |
| 1.2.4.2 回音壁模式微腔在非线性光学中的应用 |
| 1.3 单光子探测器简介 |
| 1.3.1 单光子探测器性能指标 |
| 1.3.2 单光子探测器分类 |
| 1.3.2.1 光电倍增管 |
| 1.3.2.2 雪崩光电二极管 |
| 1.3.2.3 上转换单光子探测器 |
| 1.4 微纳光纤简介 |
| 1.4.1 微纳光纤基本性质 |
| 1.4.2 微纳光纤基本应用 |
| 1.5 本论文的研究工作和内容安排 |
| 第2章 高品质微纳光纤制备 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 微纳光纤形貌理论模型 |
| 2.3 微纳光纤绝热模型 |
| 2.4 高透过率直径可控微纳光纤制备 |
| 2.5 高透过率超长腰微纳光纤制备 |
| 2.6 本章小节 |
| 第3章 基于微纳光纤近场耦合的回音壁模式光学微腔 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 片上聚合物SU-8微腔的光学传感 |
| 3.2.1 SU-8微腔的制备 |
| 3.2.2 SU-8微腔的封装 |
| 3.2.3 SU-8微腔的温度传感 |
| 3.2.4 小节 |
| 3.3 片上铌酸锂微腔的非线性光学 |
| 3.3.1 片上铌酸锂单盘微腔宽带准相位匹配谐波产生 |
| 3.3.1.1 准相位匹配 |
| 3.3.1.2 单盘微腔制备 |
| 3.3.1.3 单盘微腔非线性实验 |
| 3.3.1.4 讨论 |
| 3.3.1.5 小节 |
| 3.3.2 片上铌酸锂双盘微腔的强非线性光学 |
| 3.3.2.1 强耦合理论 |
| 3.3.2.2 双盘微腔制备 |
| 3.3.2.3 双盘微腔非线性实验 |
| 3.3.2.4 讨论 |
| 3.3.2.5 小节 |
| 3.4 本章小节 |
| 第4章 基于微纳光纤模场匹配的铌酸锂集成波导器件 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 耦合模理论 |
| 4.3 微纳光纤耦合上转换单光子探测器 |
| 4.3.1 非线性耦合波方程 |
| 4.3.2 微纳光纤耦合反质子交换铌酸锂波导 |
| 4.3.2.1 微纳光纤耦合反质子交换铌酸锂波导数值仿真 |
| 4.3.2.2 微纳光纤套管制备 |
| 4.3.2.3 微纳光纤耦合反质子交换铌酸锂波导实验 |
| 4.3.3 上转换单光子探测器制备及其性能分析 |
| 4.3.3.1 上转换单光子探测器制备 |
| 4.3.3.2 上转换单光子探测器性能分析 |
| 4.3.4 讨论 |
| 4.4 微纳光纤耦合LNOI波导 |
| 4.4.1 LNOI单模波导制备 |
| 4.4.2 微纳光纤耦合LNOI波导数值仿真 |
| 4.4.3 微纳光纤制备 |
| 4.4.4 微纳光纤耦合LNOI波导实验 |
| 4.4.5 讨论 |
| 4.5 本章小节 |
| 第5章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
（5）基于PPLN波导的全光译码器及编码器的设计与研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景及意义 |
| 1.2 全光逻辑器件的研究现状 |
| 1.2.1 基于HNLF的全光逻辑器件 |
| 1.2.2 基于SOA的全光逻辑器件 |
| 1.2.3 基于PPLN波导的全光逻辑器件 |
| 1.3 PPLN波导在其他光学方面的应用 |
| 1.3.1 光学频率梳 |
| 1.3.2 全光可调谐滤波器 |
| 1.3.3 全光波长转换 |
| 1.3.4 全光码型转换 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第2章 周期性极化铌酸锂波导 |
| 2.1 PPLN波导中的准相位匹配技术 |
| 2.2 PPLN波导的二阶非线性效应 |
| 2.2.1 级联和频与差频效应 |
| 2.2.2 级联倍频与差频效应 |
| 2.3 二阶非线性光学效应的耦合波方程组 |
| 2.3.1 耦合波方程组的推导 |
| 2.3.2 耦合波方程组求解方法 |
| 2.4 PPLN波导的全光逻辑运算基本原理 |
| 2.4.1 光与门 |
| 2.4.2 光异或门 |
| 2.4.3 光非门 |
| 2.4.4 全光半加器 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于PPLN波导的全光2线-4线译码器 |
| 3.1 全光2线-4线译码器的概念 |
| 3.2 PPLN波导的级联方法 |
| 3.3 全光2线-4线译码器的设计方案 |
| 3.3.1 对比两种形式的输出信号光 |
| 3.3.2 两种形式输出信号光的仿真结果 |
| 3.3.3 两种形式输出信号光的性能分析 |
| 3.3.4 整体方案设计 |
| 3.4 全光2线-4线译码器的仿真与分析 |
| 3.4.1 仿真结果 |
| 3.4.2 性能分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于PPLN波导的全光8线-3线编码器 |
| 4.1 全光8线-3线编码器的概念 |
| 4.2 全光8线-3线编码器的设计方案一 |
| 4.3 全光8线-3线编码器的仿真与分析 |
| 4.3.1 仿真结果 |
| 4.3.2 性能分析 |
| 4.4 全光8线-3线编码器的设计方案二 |
| 4.5 全光8线-3线编码器的仿真与分析 |
| 4.5.1 仿真结果 |
| 4.5.2 性能分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 波导长度对信号消光比的影响 |
| 5.1 波导长度对全光译码器各信号消光比的影响 |
| 5.2 波导长度对全光编码器各信号消光比的影响 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 结论 |
| 参考文献 |
| 在学研究成果 |
| 致谢 |
（6）铌酸锂集成光子学基本器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 铌酸锂的晶体结构 |
| 1.2 铌酸锂的非线性效应 |
| 1.3 铌酸锂集成光子学研究现状 |
| 1.3.1 集成光子芯片简介 |
| 1.3.2 铌酸锂器件基本单元 |
| 1.3.3 铌酸锂集成光子学器件 |
| 1.4 本论文的研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 铌酸锂波导的基本理论 |
| 2.1 光波导基本理论 |
| 2.1.1 光波导概述 |
| 2.1.2 光波导的电磁场理论 |
| 2.1.3 模式的完备性和正交性 |
| 2.2 扩散型铌酸锂波导 |
| 2.3 LNOI波导 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 基于铌酸锂波导的线性基本器件 |
| 3.1 宽带定向耦合器 |
| 3.1.1 宽带定向耦合器的耦合模式分析 |
| 3.1.2 宽带定向耦合器的计算模拟 |
| 3.2 双层锥形耦合器 |
| 3.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 基于非线性Cherenkov辐射的倍频涡旋光发射器 |
| 4.1 携带轨道角动量光束的产生方式 |
| 4.1.1 基于体光学元件的产生方案 |
| 4.1.2 集成化的涡旋光产生方案 |
| 4.2 微环谐振腔产生涡旋光束的原理 |
| 4.2.1 微环谐振腔 |
| 4.2.2 非线性Cherenkov辐射 |
| 4.2.3 涡旋光束倍频辐射原理 |
| 4.3 倍频场分析 |
| 4.3.1 倍频场理论公式推导 |
| 4.3.2 不同偏振激发的倍频场分析 |
| 4.3.3 微环中非线性Cherenkov型倍频效率 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 总结和展望 |
| 攻读硕士期间发表论文与参与项目 |
| 致谢 |
（7）非线性级联效应及其量子力学模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 非线性光学简介 |
| 1.2 级联的发展 |
| 1.3 周期性极化铌酸锂薄膜脊型波导的制备 |
| 1.3.1 LNOI的制备 |
| 1.3.2 铌酸锂晶体的周期性极化 |
| 1.3.3 光波导的制备 |
| 1.4 本论文主要内容与章节安排 |
| 第二章 理论基础 |
| 2.1 电光偏振耦合理论 |
| 2.1.1 电光效应 |
| 2.1.2 耦合模理论 |
| 2.2 二阶非线性频率转换 |
| 2.3 准相位匹配 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于周期性极化铌酸锂薄膜脊型波导的和频与电光偏振耦合级联 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 和频与电光偏振耦合级联的理论与模拟 |
| 3.2.1 耦合波方程 |
| 3.2.2 数值模拟结果 |
| 3.3 实验装置介绍 |
| 3.4 实验过程与结果 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于经典光学过程的量子力学模拟 |
| 4.1 拉比振荡模拟 |
| 4.1.1 理论 |
| 4.1.2 实验 |
| 4.2 暗态模拟 |
| 4.2.1 理论 |
| 4.2.2 实验与讨论 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 论文工作总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间的成果 |
（8）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 |
（9）非线性光子晶体及其界面的非线性光学效应与调控的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 主要符号对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 非线性光学简介 |
| 1.1.1 非线性光学的发展概况 |
| 1.1.2 非线性光学的理论基础 |
| 1.2 新型非线性光学材料与结构 |
| 1.2.1 非线性光学材料 |
| 1.2.2 非线性光子晶体 |
| 1.2.3 非线性光学超表面 |
| 1.3 非线性光子晶体的体材料极化与非线性光学现象 |
| 1.3.1 非线性光子晶体的体材料周期极化工艺 |
| 1.3.2 一维非线性光子晶体中的二阶非线性光学现象 |
| 1.4 本论文的研究内容、创新点及文章结构 |
| 第二章 非线性光子晶体薄膜的亚微米极化工艺研究 |
| 2.1 铌酸锂晶体与铁电畴的性质 |
| 2.1.1 铌酸锂晶体的铁电特性 |
| 2.1.2 铌酸锂晶体中的极化畴特性 |
| 2.2 电子束曝光技术 |
| 2.2.1 电子束曝光的原理与参数指标 |
| 2.2.2 电子束曝光分辨率的限制因素 |
| 2.3 电子束直写铌酸锂薄膜的亚微米极化研究 |
| 2.3.1 电子束直写畴反转的实现 |
| 2.3.2 曝光参数与晶体薄膜结构对极化结果的影响 |
| 2.4 其他亚微米极化方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 三维非线性光子晶体中的一般相位匹配理论研究 |
| 3.1 三维非线性光子晶体二阶非线性频率转换的统一理论模型 |
| 3.1.1 二次谐波统一公式的理论推导 |
| 3.1.2 标准模型的其他变型与处理 |
| 3.2 三维非线性光子晶体二阶非线性频率转换中的相位匹配关系 |
| 3.3 三维非线性光子晶体二阶非线性频率转换统一模型的数值模拟 |
| 3.3.1 统一理论应用于两类基本模型的数值模拟与讨论 |
| 3.3.2 三维统一公式中的降维退阶分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 非线性界面的广义非线性斯涅耳定律及实验验证 |
| 4.1 非线性光子晶体界面上的广义非线性斯涅耳定律 |
| 4.1.1 线性的斯涅耳定律与非线性斯涅耳定律 |
| 4.1.2 广义非线性斯涅耳定律的理论推导 |
| 4.2 广义非线性斯涅耳定律的实验验证 |
| 4.2.1 铌酸锂晶体单畴界面处的非线性切伦科夫辐射 |
| 4.2.2 PPLN晶体内表面处的多级非线性切伦科夫辐射 |
| 4.3 非线性光子晶体界面上色散限制的突破 |
| 4.3.1 铌酸锂晶体二阶非线性过程中的色散限制 |
| 4.3.2 一维非线性光子晶体界面上的色散关系 |
| 4.4 广义斯涅耳定律的深入分析 |
| 4.4.1 广义非线性斯涅耳定律的调制属性 |
| 4.4.2 广义非线性斯涅耳定律与非线性超表面 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 主要工作 |
| 5.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
（10）基于铌酸锂薄膜的微纳光子器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 铌酸锂晶体简介 |
| 1.2 铌酸锂薄膜的研究进展和应用 |
| 1.2.1 铌酸锂薄膜的结构和制备方法 |
| 1.2.2 基于铌酸锂薄膜的微纳器件 |
| 1.2.3 铌酸锂基的集成光学芯片 |
| 1.3 论文研究内容和创新点 |
| 第二章 飞秒激光直写铌酸锂波导和微腔 |
| 2.1 飞秒激光加工透明介质的原理 |
| 2.2 飞秒激光加工平台 |
| 2.3 飞秒激光直写光波导 |
| 2.4 飞秒激光直写铌酸锂微腔 |
| 2.5 飞秒激光直写钽酸锂微腔 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 飞秒激光提高光学微腔品质因子 |
| 3.1 光学微腔简介 |
| 3.1.1 回音壁光学模式 |
| 3.1.2 回音壁微腔中的光学模式 |
| 3.1.3 回音壁微腔的基本参数 |
| 3.2 微腔光场耦合方案 |
| 3.2.1 倏逝波耦合理论 |
| 3.2.2 拉锥光纤的制备 |
| 3.3 飞秒激光提高微腔品质因子 |
| 3.3.1 提高微腔品质因子的方法 |
| 3.3.2 利用飞秒激光提高微腔品质因子 |
| 3.3.3 飞秒激光与微腔作用过程中的模式演化 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 光学芯片中的非线性频率转换器件 |
| 4.1 频率转换和相位匹配 |
| 4.1.1 二阶非线性频率转换 |
| 4.1.2 相位匹配方式 |
| 4.2 光学芯片中的非线性器件 |
| 4.2.1 波导中的频率转换 |
| 4.2.2 微腔中的频率转换 |
| 4.3 铌酸锂和钽酸锂微腔中的频率转换 |
| 4.3.1 铌酸锂微盘中的倍频实验与结果分析 |
| 4.3.2 钽酸锂微盘中的倍频实验与结果分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于周期性极化铌酸锂薄膜的宽带倍频研究 |
| 5.1 宽带频率转换 |
| 5.1.1 群速度匹配 |
| 5.1.2 周期性极化铌酸锂中的宽带倍频 |
| 5.2 基于周期性极化铌酸锂薄膜的宽带倍频 |
| 5.2.1 周期性极化铌酸锂薄膜中宽带倍频的理论分析 |
| 5.2.2 周期性极化铌酸锂薄膜的制备 |
| 5.2.3 周期性极化铌酸锂薄膜中的宽带倍频实验 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术成果 |
四、高效输出倍频光的周期极化铌酸锂波导（论文参考文献）
- [1]碱金属原子跃迁波长与光纤通信波段的光频转换研究[D]. 张孔. 山西大学, 2021(01)
- [2]飞秒激光直写铌酸锂、三硼酸锂和碳化硅晶体光波导及其应用[D]. 张彬. 山东大学, 2021
- [3]铌酸锂薄膜二阶非线性光波导的设计与制备研究[D]. 程书停. 电子科技大学, 2021(01)
- [4]微纳光纤与集成光子器件耦合技术及其应用[D]. 姚妮. 浙江大学, 2020(02)
- [5]基于PPLN波导的全光译码器及编码器的设计与研究[D]. 林杨. 沈阳工业大学, 2020(01)
- [6]铌酸锂集成光子学基本器件研究[D]. 林晨. 南京大学, 2020(04)
- [7]非线性级联效应及其量子力学模拟研究[D]. 王丹. 上海交通大学, 2020(09)
- [8]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)
- [9]非线性光子晶体及其界面的非线性光学效应与调控的研究[D]. 张景. 上海交通大学, 2019(06)
- [10]基于铌酸锂薄膜的微纳光子器件研究[D]. 葛励成. 上海交通大学, 2019(06)