《基於異向介質的高密度光子波導互聯結構研究》是依託哈爾濱工業大學，由丁衛強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於異向介質的高密度光子波導互聯結構研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：丁衛強
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目旨在利用異向介質的特殊性質，解決微納光子元件及系統中由於不同連線埠之間互聯而引入的高效率任意波導交叉傳輸和任意波導彎曲傳輸的基本問題。探明普通介質-異向介質複合體系中光子傳輸的一般規律，建立起理論描述框架，揭示其中的特殊光學現象，並闡明其物理本質。以此為基礎，研究微結構光子系統中利用奇異材料實現高效率無反射任意波導彎曲、以及無串擾任意波導交叉結構的工作原理及實現方案。利用理論分析、高精度數值模擬、實驗驗證相結合的方法，得出實現高效率任意波導彎曲和任意波導交叉時，所需奇異材料的特性，及其在光子系統中的分布形態。以期在矽基集成光子系統、光子晶體系統和金屬納米結構系統三種不同的光子平台上，找到一種較為普適的高效率光子波導互聯方案，即利用高效率的波導任意交叉和任意彎曲，實現任意位置處連線埠之間的高效率、短延遲、低損耗的信息傳輸和交換。本項目的實施，對微納光子系統的進一步發展具有重要意義。
結題摘要
經過三年的研究，我們順利完成了項目預設的研究目標。在項目資助下，我們對微納光子結構中高效率的光信號傳輸問題進行了深入研究，在波導交叉傳輸、非線性傳輸、偏振轉換等幾個方面取得了一系列重要研究結果。在該項目的資助下，共發表SCI論文8篇（只統計了標註項目資助論文），其中包括二區論文5篇。此外，該項目立項前所做的前期準備工作也在著名雜誌App. Phys. Lett. 上發表二區SCI論文2篇（論文發表時項目批准號尚未知，因此未標註項目號）。在項目資助下參加國內學術會議7人次。協助培養博士生4名（其中兩名博士生已正式畢業）和碩士生1名。該項目所取得的研究成果簡單概括如下。 項目對狹縫波導結構的高效率交叉傳輸進行深入研究，並取得了重要成果。當兩個狹縫波導交叉時，通常傳輸效率非常低（只有35%左右），而串擾和插入損耗極大，我們提出了一種基於PF諧振效應的傳輸效率增強機制，使傳輸效率由原來的35%提高到97%。研究了半無限大克爾非線性波導陣列中光束的相互作用。發現相位相同而光強不同的兩光束相互作用時，高光強光束所形成的空間光孤子能夠被另一個光強較低的衍射光束所牽引。而對於反位相的兩個光束，我們發現在能量較高時光信號可以在兩個激發通道中完全置換。利用該原理，我們提出了一種實現光信號定址以及全光開關的工作原理。深入研究了光學法諾諧振現象。提出將法諾諧振分解為一個標準的洛侖茲函式與一個拋物線函式的乘積的新觀點，而法諾因子可以通過這兩個諧振頻率中心的間距來調節。該分解為構造法諾諧振提供了一種新的思路。同時，我們提出利用非線性法諾諧振實現超高對比度光學二極體的思想，並在光子晶體結構中加以實現，得到了不同方向入射時高達500的透射對比度。研究了微納光子波導結構中的偏振轉換問題。通過引入最佳化的非線性漸變結構，將兩個正交偏振模之間相互轉換的轉換長度減小了一個數量級，同時保持了接近100%的轉換效率，以及很高的消光比和極低的插入損耗。
