硅波导中超连续谱的研究-光学专业论文.docxVIP

南开大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所 取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包 含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 差魉垃 2010年6月1 日 非公开学位论文标注说明 根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经指导教师同意、作者本人申 请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本 说明为空白。 论文题目 申请密级 口限制(≤2年) 口秘密(≤10年) 口机密(≤20年) 必威体育官网网址期限 20 年 月 日至20 年 月 日 审批表编号 批准日期 20 年 月 日 限制★2年(最长2年，可少于2年) 秘密★10年(最长5年，可少于5年) 机密★20年(最长10年，可少于10年) 摘要摘要 摘要 摘要 硅是一种重要的通信材料，广泛应用于各种通信元器件，在现代通信领域具 有举足轻重的作用。随着现代通信技术的发展，硅光子学也得到了极大的发展， 用硅做成发光器件一直是硅光子学研究中的基础，也成为许多科学家的攻克目 标。而在硅波导中产生超连续谱即是一种有效的方案，它对硅光子学的发展和 通信行业的进步具有十分积极的意义。除此之外，硅还是一种重要的非线性材 料，硅的非线性系数比常规光纤大很大，在硅材料中研究超连续谱可以更深刻 地了解各种非线性效应在硅材料的相互作用，丰富现有的光学理论。这也是本 论文选题的原因。 本论文首先介绍了硅光子学的研究内容和硅基发光的国内外研究进展。 接着分析了硅波导中各种非线性效应和介绍了硅波导的分类、制备工艺以及 硅波导超连续的研究进展。 然后通过麦克斯韦方程组推导出硅波导的广义非线性薛定谔方程，并以此建 立了适用于皮秒脉冲沿TE模方向入射的传输模型。并依据此模型通过数值模拟 研究了当入射光为皮秒脉冲时色散、自由载流子浓度、初始脉冲的脉冲宽度、 初始功率以及波导长度对产生超连续谱的影响，结果表明：在ps脉冲入射时， 色散效应可忽略不计；自由载流子浓度在脉冲前后沿的差别会影响光谱展宽的 对称性；出射光谱随入脉冲功率的增加而增加，并且由于双光子吸收及自由载 流子吸收的作用，当功率达到一定水平后，展宽速度随功率的增加而减慢，光 谱展宽也趋于稳定；当初始脉冲进入波导时，非线性效应几乎同时产生，并且 随着传输距离的增加，光谱功率密度逐渐降低，导致非线性效应的减弱，使光 谱展宽速度减慢并趋于停止。 最后建立了适用于飞秒脉冲沿TE模方向入射的传输模型和飞秒脉冲沿与 TE模成角度入射的传输模型，并在这两个模型的基础上通过数值模拟研究了超 连续的演化过程，色散、波导长度和入射光强对超连续的影响以及入射光偏振 方向不沿TE模方向与沿TE模方向入射的差别，并得到如下结论：在飞秒脉冲 入射情况下，超连续谱的产生主要是高阶孤子分裂的过程，分裂过程中所产生 的低阶孤子和色散波是光谱展宽的主要原因；通过改变二阶色散的大小可以改 摘要变孤子发生分裂所需要的传输距离和出射光谱的展宽宽度；三阶色散是高阶孤 摘要 变孤子发生分裂所需要的传输距离和出射光谱的展宽宽度；三阶色散是高阶孤 子的微扰，只有B3不为零时才会发生孤子分裂而使光谱产生剧烈展宽；由于孤 子分裂速度很快，因此在飞秒脉冲入射下只需要几毫米即可得到大范围的光谱 展宽，并观察到了展宽的饱和现象；当光不是沿着TE模方向入射时，由于XPM 效应的作用，非线性效应将增多，从而促进光谱的进一步展宽，并且展宽随着 与TE模方向的夹角由0到rr,／4增加而增加，并在rr,／4处达到最大。 关键词：硅波导 超连续谱 双光子吸收 自由载流子效应 孤子分裂 II AbstractAbstract Abstract Abstract Silicon is an important communication material，which is widely applied to various communication devices，and plays an important role in the field of modem communication．With the development of modem communication technology,silicon photonics has grown greatly．Making luminescent devices谢tll silicon has been