微纳光电子与激光
微纳光电子技术是目前发展迅速﹑研究活跃﹑应用性强的前沿交叉领域之一. 人们利用亚波长尺度微纳结构对电磁波振幅﹑偏振﹑相位﹑角动量等进行调控, 设计出多种功能性器件, 例如: 完美吸波器﹑反射镜/偏折器﹑光学相控阵天线﹑超材料/超表面器件﹑超透镜﹑轨道角动量 (OAM)器件﹑光频率梳﹑片上激光器等. 可用于微纳光电子器件设计和分析的理论包括微腔谐振﹑等效介质模理论, 严格耦合波理论, 传输线理论, 导模共振﹑Mie谐振﹑Fano谐振等理论; 用于微纳光电子器件结构设计和模拟仿真的方法有时域有限差分 (FDTD), 有限元 (FEM), 频域有限差分(FDFD)等. 随着分子束外延生长 (MBE)﹑原子层沉积 (ALD)﹑化学气相沉积 (CVD)﹑电子束蒸发﹑磁控溅射等材料生长手段的发展, 以及电子束曝光 (EBL)﹑光刻﹑激光直写﹑纳米压印﹑3D打印等微纳制备工艺的成熟, 人们制备出了各种微纳结构及其功能器件, 并进行了实验验证. 微纳光电子器件与激光器也在光通信﹑芯片设计﹑激光雷达﹑全息技术﹑3D显示﹑虚拟现实/现实增强(VR/AR)﹑光镊﹑光学伪装/隐身/欺骗﹑辐射制冷和太阳能利用等方面得以广泛应用.
我们基于“2021光子技术前沿论坛 (FOPT)”, 选取部分文章组成“微纳光电子与激光”专题在《物理学报》刊登, 希望对读者了解此前沿领域有所帮助.
我们基于“2021光子技术前沿论坛 (FOPT)”, 选取部分文章组成“微纳光电子与激光”专题在《物理学报》刊登, 希望对读者了解此前沿领域有所帮助.
2022, 71 (2): 024203.
doi: 10.7498/aps.71.20211539
摘要 +
众所周知, 具有高布里渊增益的片上波导在光子学领域具有广泛的应用. 硅基片上布里渊激光器被广泛应用到频率可调谐激光发射、锁模脉冲激光器、低噪声振荡器和光学陀螺仪等领域. 然而, 在硅基布里渊激光器中实现布里渊激光输出往往需要较长的波导长度, 不利于片上集成. 本文提出了一种新型的波导结构, 由硫族化物As2S3矩形和一个空气细缝组成. 由于空气细缝的存在, 辐射压力使布里渊非线性的增强远远超过了仅由材料非线性产生的增强. 使得布里渊增益达到了1.78 × 105 W–1·m–1, 相比之前报道的后向受激布里渊散射(SBS)增益(2.88 × 104 W–1·m–1)扩大了将近10倍, 产生了4.2—7.0 GHz范围的声子频率调谐, 该方法为设计用于前向SBS的纳米级光波导提供了新的思路, 同时这种增强的宽带相干声子发射为片上CMOS信号处理技术的混合铺平了道路.
2022, 71 (2): 029101.
doi: 10.7498/aps.71.20211538
摘要 +
针对超表面相位调控中的无源及离散特性, 本文拟将等宽悬链线超构单元与非易失性相变介质结合, 探索研究一种高效连续相位调制的双稳态相变有源波前超构开关. 首先在9—10 µm之间的宽带中红外波段实现了可动态切换的波前偏转开关; 当相变层在非晶态和晶态之间切换时, 入射光波前分别呈现异常反射和正常的镜面反射, 即“开” 或“关”两个偏转状态. 其次展示了一种可动态切换的高阶贝塞尔光束开关: 非晶态时, 9.6 µm波长垂直入射下交叉极化转换效率接近100%, 产生正常的几何相位调控与二阶贝塞尔聚焦, 即“开”态; 而相变至晶态时, 交叉极化与几何相位调控被“关”闭. 本质上, 自旋-轨道相互作用具有无色散的相位调控保证了该类器件的宽波段工作特性, 在未来的有源光电子集成、光通讯等应用领域中具有重大潜力.
2022, 71 (2): 024206.
doi: 10.7498/aps.71.20212442
摘要 +
光纤激光器作为推动各领域发展的基础硬件, 在轨道交通、光纤通信、新材料制造、动力电池加工、军事国防和医疗等领域都有广泛的应用价值. 光纤激光器被动锁模技术的核心器件是可饱和吸收体, 它对光纤激光器实现高能量、窄脉宽、大功率的激光输出起决定性作用. 依托传统材料和传统结构的可饱和吸收体, 由于无散热机制, 光作用到材料上的光斑大小与光纤出射直径几乎相同, 容易超过可饱和吸收体的损伤阈值从而造成损坏. 因此, 调整可饱和吸收体制备工艺和结构, 对于提高可饱和吸收体的损伤阈值, 实现性能优良、稳定性高的脉冲激光具有重要意义. 本文综述了高损伤阈值可饱和吸收体国内外研究现状, 指出了高损伤阈值可饱和吸收体可能的发展方向.
