強色散光子晶體材料研究

《強色散光子晶體材料研究》是依託湖南大學，由唐志祥擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：強色散光子晶體材料研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：唐志祥
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

脈衝壓縮光柵的小口徑和低損傷閾值是限制我國高功率雷射系統輸出能力的主要瓶頸。光子晶體的損傷閾值高、色散參數可調且口徑容易做大，從而具備突破該瓶頸的潛力。本申請項目首先建立光子晶體色散參數與光子晶體結構的定量關係，揭示光子晶體色散參數的調控規律；其次最佳化設計並製備在1μm波段色散參數大於100ps/nm/cm的光子晶體，實驗驗證其展寬和壓縮啁啾脈衝的能力；最後從損傷閾值、脈衝壓縮過程中的非線性效應以及脈衝壓縮因子的調節等方面，實驗研究強色散光子晶體在超高功率雷射系統中的套用。研究結果將建立起強色散光子晶體設計和製備的系統方法，為光通信中的色散管理及高功率雷射系統中的脈衝壓縮和展寬提供新器件。

結題摘要

強色散光子晶體材料研究是一項材料微觀結構設計、性能分析、器件製備及測試的系統工程。經過三年的探索研究，項目組建立起系統的光子晶體色散特性理論分析方法並總結出強色散光子晶體的基本設計規律。在建立光子晶體色散參數計算方法的過程中，我們首次提出利用等效電磁參數來描述周期性微結構的厚度條件。在強色散光子晶體壓縮啁啾脈衝的仿真計算中，我們發現常規純介質及含金屬強色散光子晶體都普遍存在透射譜調製的問題——這對於寬頻器件而言可能產生非常嚴重的後果。有趣的是，這啟發我們從時空濾波的角度對光子顫動提出了基於經典物理的理解方式。此外，摻雜增益介質，利用增益來重建脈衝頻譜有可能解決寬頻信號頻譜調製的問題，這也是我們在該項目結束後將要開展的研究工作之一。在強色散光子晶體中的非線性效應研究方面，項目組首次提出了一種可以提取光子晶體等效非線性折射率係數的方法。該方法將打開光子晶體三階非線性效應研究的大門，為基於光子晶體的三階非線性效應調控提供理論依據。更為重要地是，項目組在強色散各向同性光子晶體中首次實現了基於等效物質參數的自散焦效應，這將為如何實現人工微結構器件在高功率雷射系統中的自我保護提供設計依據。光波段光子晶體的製備是強色散光子晶體走向套用必須要解決的問題。從現階段技術發展看來，納米壓印技術是製備高品質大面積光波段光子晶體非常有前景的方法之一。然而，光子晶體的厚度最終決定了其色散補償能力，要最終實現較大的啁啾脈衝壓縮量，毫米甚至厘米級厚度的強色散光子晶體是需要的——製備數毫米厚的單塊光子晶體不是一件容易的事。因此，利用多片強色散光子晶體級聯增強中色散補償能力是可行技術方案之一。此外，考慮到透射頻譜調製對寬頻信號的影響以及光波段光子晶體厚度的限制，項目組還創新性地提出基於光子晶體全反射的新型位相調控器件。利用光子晶體全反射特性，不僅可以避開透射型器件頻譜調製問題，而且不需要增加厚度來增強調控能力——樣品製備相對容易且總色散量可以通過反射次數來控制。總而言之，將光子晶體套用於高功率雷射系統實現啁啾脈衝壓縮任重而道遠，還有待於進一步深入研究。