基于光子晶体波导的慢光特性研究及OCT分辨率检测

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慢光技术在光缓存、光通信、非线性光学等领域有广泛应用。在慢光的各种产生方法中,基于二维光子晶体波导的慢光具有设计灵活、慢光频率可调,以及与现有光学系统兼容性高的特点。本文采用平面波展开法和时域有限差分法对二维光子晶体耦合腔波导进行了研究。通过改变耦合腔波导的结构参数对光子晶体的慢光特性加以优化,获得了更大的带宽;模拟计算了一种可实现大带宽低损耗的光子晶体波导耦合方式。之后就慢光延迟技术,对基于光纤中四波混频和光纤色散相结合实现可调谐慢光延迟的方法进行了实验研究。最后,本文针对目前国内OCT设备关键参数的检测问题,设计、整合了一套便携度高、准确性好的软硬件设备。全文的主要内容如下:1.采用平面波展开法对二维正方晶格耦合腔型光子晶体波导进行了求解和优化,得出结论:当设定正常介质柱半径为r=0.30a时,能带图中的禁带宽度为0.139282?a/2?c,此时取缺陷介质柱间隔n=2,半径r_d(28)0.20a,正方晶格耦合腔波导表现出最好的慢光特性,最小的慢光群速度为0.077307c,对应于1550 nm的中心波长,其带宽为33.40 nm,归一化延迟带宽积为0.279。从加工难度、耦合效率等方面计算了多种耦合方式,最终确定了加工一致性更好的在脊型波导和慢光波导之间加入阶梯型耦合波导的方式对光子晶体波导进行光耦合。2.采用基于四波混频波长转换和光纤色散相结合的方式,对可调谐慢光延迟进行了实验研究。首先,利用色散平坦型高非线性光纤中的四波混频效应,通过固定信号光波长为1549.3 nm,并从该波长处向短波长方向移动泵浦光,得到了最大转换带宽为28.4 nm,此时产生的高频闲频光波长为1520.9 nm;然后,基于最大的四波混频波长转换带宽,实验得到了最大延迟量12.1ns,并在0~6 ns的范围内实现了可调谐延迟。3.通过分析OCT设备的关键参数,设计了一套针对商用OCT设备的小型化空间分辨率检测系统,并使用完备的大型商用设备对同一台OCT设备进行了同步对比实验。利用自制小型化测量系统测得的OCT轴向和横向分辨率分别为6.9μm和42.3μm,与商用大型测量设备的测量结果相当,测量结果具有良好的参考价值,该小型化测量系统在整合性、操作性和便携度方面更具优势。
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