硅波導中超連續(xù)譜的研究.pdf

1、硅是一種重要的通信材料,廣泛應用于各種通信元器件,在現代通信領域具有舉足輕重的作用。隨著現代通信技術的發(fā)展,硅光子學也得到了極大的發(fā)展,用硅做成發(fā)光器件一直是硅光子學研究中的基礎,也成為許多科學家的攻克目標。而在硅波導中產生超連續(xù)譜即是一種有效的方案,它對硅光子學的發(fā)展和通信行業(yè)的進步具有十分積極的意義。除此之外,硅還是一種重要的非線性材料,硅的非線性系數比常規(guī)光纖大很大,在硅材料中研究超連續(xù)譜可以更深刻地了解各種非線性效應在硅材料的相

2、互作用,豐富現有的光學理論。這也是本論文選題的因為。
　　 本論文首先介紹了硅光子學的研究內容和硅基發(fā)光的國內外研究進展。
　　 接著分析了硅波導中各種非線性效應和介紹了硅波導的分類、制備工藝以及硅波導超連續(xù)的研究進展。
　　 然后通過麥克斯韋方程組推導出硅波導的廣義非線性薛定諤方程,并以此建立了適用于皮秒脈沖沿TE模方向入射的傳輸模型。并依據此模型通過數值模擬研究了當入射光為皮秒脈沖時色散、自由載流子濃度、初始

3、脈沖的脈沖寬度、初始功率以及波導長度對產生超連續(xù)譜的影響,結果表明:在ps脈沖入射時,色散效應可忽略不計；自由載流子濃度在脈沖前后沿的差別會影響光譜展寬的對稱性；出射光譜隨入脈沖功率的增加而增加,并且由于雙光子吸收及自由載流子吸收的作用,當功率達到一定水平后,展寬速度隨功率的增加而減慢,光譜展寬也趨于穩(wěn)定；當初始脈沖進入波導時,非線性效應幾乎同時產生,并且隨著傳輸距離的增加,光譜功率密度逐漸降低,導致非線性效應的減弱,使光,譜展寬速度減

4、慢并趨于停止。
　　 最后建立了適用于飛秒脈沖沿TE模方向入射的傳輸模型和飛秒脈沖沿與TE模成角度入射的傳輸模型,并在這兩個模型的基礎上通過數值模擬研究了超連續(xù)的演化過程,色散、波導長度和入射光強對超連續(xù)的影響以及入射光偏振方向不沿TE模方向與沿TE模方向入射的差別,并得到如下結論:在飛秒脈沖入射情況下,超連續(xù)譜的產生主要是高階孤子分裂的過程,分裂過程中所產生的低階孤子和色散波是光譜展寬的主要因為；通過改變二階色散的大小可以改變