《線性各向同性介質實現單向光傳輸的理論與實驗研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由葉衛民擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：線性各向同性介質實現單向光傳輸的理論與實驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：葉衛民
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
類似電二極體，單向光傳輸是在同一傳輸通道中，光的正向傳輸率接近1而反向傳輸率近似為零的奇異光傳輸現象，在光互連、光通訊和光感測系統中有著重大的套用價值。由於基於磁光介質和非線性介質的單向光傳輸器分別需要外加磁場和輸入強的信號或控制光，本項目擬開展線性各向同性介質實現單向光傳輸的理論與實驗研究。在前期研究的基礎上，我們提出級聯具有模式選擇和模式轉換功能的不同納米結構,構造單向光傳輸器的新思路；按此思路，利用亞波長矽光柵對空間光偏振和傳播方向的選擇與轉換功能，一維光子晶體和截面非對稱納米結構對納米線波導的模式選擇與轉換功能，開展光通訊波段基於矽光柵的單向光傳輸薄膜和基於矽納米線波導單向光傳輸器的結構設計，並製備相應樣品，實驗驗證其性能。本項目研究的單向光傳輸器件具有體積小、製備工藝CMOS兼容的優勢，雖不具有光隔離性能，但可以非互易地操控空間光和納米線波導模式，有望用於光學薄膜和集成光路中。
結題摘要
面向光通訊和片上光互連對光束偏振和模式控制的需要，本項目主要開展了光通訊波段線性各向同性介質實現單向光傳輸的理論和實驗研究。不違背光的互易原理，單向光傳輸只能通過單向模式轉換實現。對空間光，我們提出了單層平面手性結構的圓偏振光單向傳輸薄膜。由於薄膜中光的多摸干涉，右（左）旋圓偏振光只能從一個方向通過該單向膜，變成左（右）旋圓偏振光透射；反向入射時，被全反射為同手性圓偏振光。因此，該單向膜也是第一個平面手性結構圓偏振片。與已報導的三維手性結構圓偏振片，它可以通過單步刻蝕製備，具有顯著的製備和片上集成優勢。對片上傳輸光，我們提出了沿光傳輸方向級聯非對稱波導與其鏡面對稱結構，構建小尺寸、寬頻波導模式轉換器的新方法。採用級聯的槽波導和L-型波導，分別設計了已有報導中尺寸最小的寬頻全矽波導模階轉換器和偏振旋轉器。同時，我們提出了一個構建矽波導單向光傳輸器或是單向波導模式轉換器的通用方法，即級聯矽波導模式轉換器和具有模式選擇功能的一維光子晶體波導。目前，能用現有半導體工藝製備的矽光子學器件有望在片上光互連和光信息處理領域扮演重要的角色。作為基本的矽光子器件，我們設計的小尺寸矽波導（單向）模式轉換器在集成光路中具有很好的套用前景。此外，我們還合作開展了基於幾何超表面和人工蜂窩結構中贗自旋的研究，其中參與提出的利用輸出光不同圓偏振態和波長進行的多重非線性光全息，可能為高維光存儲、光學防偽和光學編碼等提供一個新的思路。
