【摘要】：中紅外波段在空間光通信、激光雷達(dá)、激光制導(dǎo)、遙感等方面具有巨大應(yīng)用潛力,但目前中紅外光學(xué)技術(shù)和器件還不成熟,特別是集成型中紅外光子器件基本空白。作為中紅外波段和通信波段的橋梁,中紅外頻譜變換是借助通信波段的成熟技術(shù)發(fā)展中紅外波段器件和應(yīng)用的核心關(guān)鍵技術(shù)。與其他傳統(tǒng)的非線性材料相比,硅材料具有更高的非線性系數(shù)和更好的集成性,并且其通光光譜覆蓋了整個(gè)通信波段和中紅外波段,因此本論文以實(shí)現(xiàn)高性能中紅外頻譜變換為目標(biāo),優(yōu)化設(shè)計(jì)了新型的硅基復(fù)合波導(dǎo)結(jié)構(gòu)并實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了中紅外頻譜變換。文章主要由下面幾個(gè)部分構(gòu)成:1、介紹了一個(gè)適用于傳統(tǒng)硅基波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的非線性標(biāo)量傳輸模型。首先回顧了非線性波導(dǎo)中一系列重要的非線性效應(yīng),并推導(dǎo)各個(gè)非線性參數(shù)之間的關(guān)系,然后在弱導(dǎo)近似下給出了標(biāo)量非線性耦合波方程。隨后根據(jù)這個(gè)標(biāo)量方程,以實(shí)現(xiàn)中紅外寬帶高效頻譜變換為目標(biāo),對(duì)懸空脊形硅波導(dǎo)進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化。2、建立了一個(gè)適用于新型硅基復(fù)合結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的非線性全矢量傳輸模型。論文這個(gè)部分所設(shè)計(jì)的新型硅基復(fù)合波導(dǎo)具有復(fù)雜的亞波長結(jié)構(gòu),并且構(gòu)成波導(dǎo)的材料之間折射率相差較大,不能滿足弱導(dǎo)近似的條件,難以用標(biāo)量非線性理論進(jìn)行準(zhǔn)確分析�；谌噶糠蔷�性薛定諤方程(VNSE,Vectorially-based Nonlinear SchrodingerEquation),在強(qiáng)導(dǎo)條件下,重新定義了標(biāo)量方程里的一系列非線性參數(shù),并利用洛倫茲互易定理與微擾理論,把色散效應(yīng)、線性與非線性損耗、非線性效應(yīng)作為微擾項(xiàng),得到了類似于標(biāo)量模型的復(fù)振幅全矢量耦合波方程。隨后根據(jù)這個(gè)矢量方程,設(shè)計(jì)優(yōu)化了兩種可實(shí)現(xiàn)中紅外波段寬帶高效頻譜變換的硅基復(fù)合結(jié)構(gòu)波導(dǎo),并提出了品質(zhì)因數(shù)(FOM,FigureofMerit)來對(duì)波導(dǎo)的性能進(jìn)行評(píng)估。3、使用硅波導(dǎo)在中紅外波段進(jìn)行實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)方案對(duì)硅波導(dǎo)的線性損耗特性與非線性頻譜變換的性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)試,并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。最后分析了實(shí)驗(yàn)方案中存在的不足,并提出改進(jìn)的辦法。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN929.1
【圖文】：

究者一邊使用時(shí)分復(fù)用和碼分復(fù)用技術(shù)充分利用了現(xiàn)有的通信波段（１２６０逡逑ｎｍ－１６７５邋ｎｍ），邋—邊將現(xiàn)有的通信波段向中紅外波段（２＾ｍ－５ｊｉｍ）進(jìn)行延展。逡逑１．２中紅外光的研究意義與發(fā)展現(xiàn)狀逡逑中紅外（ＭＩＲ，邋Ｍｉｄ－Ｉｎｆｒａｒｅｄ）波段通常是指波長范圍在２邋ｊａｍ－５邋｜ａｍ左右的波段，逡逑該波段激光在占空氣體積比９９％的氮?dú)夂脱鯕庵袀鬏敃r(shí)具有較高的透過率，如圖逡逑１．１所示［２］，因此可用于氣象監(jiān)測(cè)、空間光通信、激光雷達(dá)、激光測(cè)距、激光制導(dǎo)、逡逑遙感等多個(gè)方面。例如，雷達(dá)使用中紅外波段可以減小輻射截面積；自由空間光逡逑通信采用中紅外光載波將比近紅外光載波經(jīng)受更小的損耗。此外中紅外光譜可以逡逑被多種氣體和蒸汽吸收，用于分子檢測(cè)。中紅外波段有很多潛在應(yīng)用，但若要真逡逑正付諸實(shí)施則必須首先解決該波段的光源產(chǎn)生、信號(hào)探測(cè)等基本技術(shù)問題，這些逡逑技術(shù)在中紅外波段均面臨著巨大挑戰(zhàn)。逡逑——邋邋邐邐

浙江大學(xué)博士學(xué)位論文逡逑信波段發(fā)展中紅外波段器件和設(shè)備的核心技術(shù)。逡逑如圖１．１所示，由于中紅外載波在大氣中具有很低的損耗，是空間光通信的逡逑理想選擇。從長遠(yuǎn)來看，泛在網(wǎng)是通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢(shì)，除了“三網(wǎng)合一”逡逑之外，還將逐漸涉及空間光通信網(wǎng)和光纖通信網(wǎng)等更廣泛網(wǎng)絡(luò)之間的相互融合。逡逑為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)交互，通信波段和中紅外波段之間的頻譜變換同樣十分重逡逑要。另外，中紅外波段和通信波段的融合與交互也體現(xiàn)在片上和芯片之間。如圖逡逑１．２所示，Ｌｉｕ等提出了邋一種利用雙向頻譜變換實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的發(fā)生和接收的硅基逡逑中紅外收發(fā)器，在一個(gè)強(qiáng)光泵浦的支持下，發(fā)射端的通信波段信號(hào)通過下行頻譜逡逑變換轉(zhuǎn)換為中紅外信號(hào)發(fā)射

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本文編號(hào)：2724508