硅基納米波導非線性特性及在超連續(xù)譜中的應用研究.pdf

1、由于硅基納米波導的超微結構和超強光約束特性,使其表現出超強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用。
　　本論文對超微結構硅基納米波導中色散和非線性理論及應用進行了詳細研究,重點對各種高階色散和非線性同時作用下超短脈沖在硅基納米波導中的傳輸特性、調制不穩(wěn)定性和超連續(xù)譜產生及應用等內容進行了研究;主要研究工作和成果如下:
　　1、綜述了SOI(silicon-on-insulator)波導的發(fā)展狀況和非

2、線性特性,在基本的麥克斯韋方程組基礎上推導了硅基納米波導中單脈沖和雙光束傳輸時所滿足的非線性傳輸方程;并采用對稱分步傅里葉法和龍哥庫塔法相結合對硅基納米波導中脈沖傳輸方程進行了數值求解。
　　2、系統(tǒng)研究了硅基納米波導的色散特性,證實了硅基納米波導色散的可裁剪特性。采用有限元法(finite-element-method,FEM)對不同結構硅基納米波導的色散進行了計算,全面分析了硅基納米波導的結構參數對波導色散特性的影響。結果表明

3、,硅基納米波導中的色散特性隨波導結構變化非常敏感,且波導的寬度對波導的色散特性影響更為明顯;當波導的高度較小時,硅基納米波導可在相當大的寬度參數范圍內實現零色散。
　　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中基于自由載流子效應皮秒脈沖整形和飛秒孤子傳輸;理論分析了脈沖寬度、功率等參數對脈沖傳輸的影響,并進行了理論分析和數值模擬。
　　4、從飛秒脈沖在硅基納米波導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、導的線性損耗等因素下,分別研究了單光束自相位調制不穩(wěn)定性和同向傳輸雙光束交叉相位調制不穩(wěn)定性。推導了單光束自相位調制和雙光束交叉相位調制不穩(wěn)定性增益譜表達式,論證了各種因素對調制不穩(wěn)定性的影響,并進行了數值模擬。
　　5、研究了飛秒孤子輻射對硅基納米波導中超連續(xù)譜產生的影響,以W?0.8um、H?0.7um結構的條形硅基納米波導為例,對飛秒孤子脈沖傳輸時硅基納米波導中超連續(xù)譜產生進行了理論分析和數值模擬。采用對稱分步傅里葉法和四階

5、龍格庫塔法相結合對飛秒孤子脈沖在硅基納米波導中傳輸所遵循的修正薛定諤方程和速率方程進行聯合數值求解。結果表明,孤子輻射效應對超連續(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,可以實現最短傳輸距離、最優(yōu)超連續(xù)譜輸出。同時,脈沖中心波長應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,且適當選取三階色散,盡早實現高階孤子分裂,從而最大限度降低雙光子吸收效應對輸出超連續(xù)譜的影響。提出了基于硅基納米波導中的超連續(xù)譜