硅基納米波導(dǎo)非線性特性及在超連續(xù)譜中的應(yīng)用研究.pdf

1、由于硅基納米波導(dǎo)的超微結(jié)構(gòu)和超強(qiáng)光約束特性,使其表現(xiàn)出超強(qiáng)的非線性特性和顯著的色散可規(guī)劃性,因而在業(yè)界得到了廣泛研究和應(yīng)用。
　　本論文對(duì)超微結(jié)構(gòu)硅基納米波導(dǎo)中色散和非線性理論及應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)研究,重點(diǎn)對(duì)各種高階色散和非線性同時(shí)作用下超短脈沖在硅基納米波導(dǎo)中的傳輸特性、調(diào)制不穩(wěn)定性和超連續(xù)譜產(chǎn)生及應(yīng)用等內(nèi)容進(jìn)行了研究;主要研究工作和成果如下:
　　1、綜述了SOI(silicon-on-insulator)波導(dǎo)的發(fā)展?fàn)顩r和非

2、線性特性,在基本的麥克斯韋方程組基礎(chǔ)上推導(dǎo)了硅基納米波導(dǎo)中單脈沖和雙光束傳輸時(shí)所滿足的非線性傳輸方程;并采用對(duì)稱分步傅里葉法和龍哥庫塔法相結(jié)合對(duì)硅基納米波導(dǎo)中脈沖傳輸方程進(jìn)行了數(shù)值求解。
　　2、系統(tǒng)研究了硅基納米波導(dǎo)的色散特性,證實(shí)了硅基納米波導(dǎo)色散的可裁剪特性。采用有限元法(finite-element-method,FEM)對(duì)不同結(jié)構(gòu)硅基納米波導(dǎo)的色散進(jìn)行了計(jì)算,全面分析了硅基納米波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)波導(dǎo)色散特性的影響。結(jié)果表明

3、,硅基納米波導(dǎo)中的色散特性隨波導(dǎo)結(jié)構(gòu)變化非常敏感,且波導(dǎo)的寬度對(duì)波導(dǎo)的色散特性影響更為明顯;當(dāng)波導(dǎo)的高度較小時(shí),硅基納米波導(dǎo)可在相當(dāng)大的寬度參數(shù)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)零色散。
　　3、考慮自由載流子吸收情況下,系統(tǒng)研究了硅基納米波導(dǎo)中基于自由載流子效應(yīng)皮秒脈沖整形和飛秒孤子傳輸;理論分析了脈沖寬度、功率等參數(shù)對(duì)脈沖傳輸?shù)挠绊?并進(jìn)行了理論分析和數(shù)值模擬。
　　4、從飛秒脈沖在硅基納米波導(dǎo)中傳輸所滿足的非線性薛定諤方程出發(fā),考慮硅基納米波

4、導(dǎo)的線性損耗等因素下,分別研究了單光束自相位調(diào)制不穩(wěn)定性和同向傳輸雙光束交叉相位調(diào)制不穩(wěn)定性。推導(dǎo)了單光束自相位調(diào)制和雙光束交叉相位調(diào)制不穩(wěn)定性增益譜表達(dá)式,論證了各種因素對(duì)調(diào)制不穩(wěn)定性的影響,并進(jìn)行了數(shù)值模擬。
　　5、研究了飛秒孤子輻射對(duì)硅基納米波導(dǎo)中超連續(xù)譜產(chǎn)生的影響,以W?0.8um、H?0.7um結(jié)構(gòu)的條形硅基納米波導(dǎo)為例,對(duì)飛秒孤子脈沖傳輸時(shí)硅基納米波導(dǎo)中超連續(xù)譜產(chǎn)生進(jìn)行了理論分析和數(shù)值模擬。采用對(duì)稱分步傅里葉法和四階

5、龍格庫塔法相結(jié)合對(duì)飛秒孤子脈沖在硅基納米波導(dǎo)中傳輸所遵循的修正薛定諤方程和速率方程進(jìn)行聯(lián)合數(shù)值求解。結(jié)果表明,孤子輻射效應(yīng)對(duì)超連續(xù)譜的譜寬和平坦度有著十分重要的影響,通過合理選取孤子參數(shù),可以實(shí)現(xiàn)最短傳輸距離、最優(yōu)超連續(xù)譜輸出。同時(shí),脈沖中心波長應(yīng)盡可能位于零色散波長附近的反常色散區(qū),以便有效形成高階孤子傳輸,且適當(dāng)選取三階色散,盡早實(shí)現(xiàn)高階孤子分裂,從而最大限度降低雙光子吸收效應(yīng)對(duì)輸出超連續(xù)譜的影響。提出了基于硅基納米波導(dǎo)中的超連續(xù)譜