10fs超快聚苯乙烯非线性光子晶体全光开关
超快光学-第07章-非线性光学
非线性光学效应的微观机制
量子隧道效应
在微观尺度上，光子与物质相互作用时，由于量子 力学效应，光子可以穿过能量势垒，导致非线性光 学效应的产生。
分子振动和电子跃迁
在物质分子中，光子与电子和分子振动相互作用， 导致电子跃迁和分子振动激发，进一步产生非线性 光学效应。
多光子吸收和激发态吸收
在强激光作用下，物质可能发生多光子吸收或激发 态吸收，导致非线性光学效应的产生。
06
非线性光学的前沿研究
超快非线性光学
01
02
03
飞秒激光技术
利用飞秒激光脉冲的超短 时间和超高强度特性，实 现非线性光学效应的快速 响应和高效转换。
瞬态光谱技术
通过测量非线性光学过程 的瞬态光谱，研究超快时 间尺度下的光子能量转移 和物质动态行为。
光学频率梳技术
利用超快激光器产生高重 复频率的光学频率梳，实 现宽光谱范围的光学频率 测量和控制。
脉冲宽度是描述脉冲持续时间的重要参数，通过 测量脉冲宽度可以了解光脉冲的能量分布和时间 特性。常见的脉冲宽度测量技术包括示波器法、 自相关法、光谱分析法等。
自相关法
利用光脉冲的自相关性质，通过测量自相关函数 的峰值位置来计算脉冲宽度。该方法精度较高， 但需要稳定的脉冲源和复杂的实验装置。
示波器法
利用示波器直接观察脉冲信号的时域波形，通过 测量脉冲的前沿和后沿时间差来计算脉冲宽度。 该方法简单直观，但精度较低。
02
非线性光学的基本原理
二阶非线性光学效应
80%
二次谐波产生
当强激光作用于物质时，物质中 的非线性极化率会导致光波的倍 频现象，产生频率为原来频率两 倍的光波。
100%
光学混频
当两束频率不同的光波同时作用 于物质时，由于非线性极化率的 作用，产生第三种频率的光波。
HNL-PCF中的SSFS及其在光纤通信中的应用
HNL-PCF中的SSFS及其在光纤通信中的应用刘云霞;桑新柱;余重秀;徐大雄【摘要】分析了高非线性光子晶体光纤(HNL-PCF)中拉曼孤子自频移(SSFS)的原理.讨论了HNL-PCF中SSFS效应在波长变换、飞秒孤子脉冲、超快数模转换和改善通信的稳定性等方面的应用.随着PCF技术的发展和对SSFS研究的深入,基于PCF中SSFS的各种器件将在未来的光纤通信系统中发挥重要的作用.【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2007(000)005【总页数】4页(P8-10,44)【关键词】孤子自频移;光子晶体光纤;波长变换;飞秒孤子脉冲【作者】刘云霞;桑新柱;余重秀;徐大雄【作者单位】北京邮电大学,电子工程学院,光通信与光波技术教育部重点实验室,北京,100876;北京邮电大学,电子工程学院,光通信与光波技术教育部重点实验室,北京,100876;北京邮电大学,电子工程学院,光通信与光波技术教育部重点实验室,北京,100876;北京邮电大学,电子工程学院,光通信与光波技术教育部重点实验室,北京,100876【正文语种】中文【中图分类】TN818近年来,光子晶体光纤(PCF)由于其独特的光学特性以及在新型光电子器件、测量和传感等领域具有良好的应用前景引起人们广泛的关注。
在小芯径实芯PCF中，实硅芯和空气孔覆层之间的高折射率差，将光的基模更好地限制在纤芯内，增大了光纤的非线性。
通过改变纤芯和包层中的孔结构及分布，可以灵活设计光纤的色散特性。
光纤的高非线性和色散特性的结合，可以大大提高非线性效率，使非线性光纤器件的研究进入一个新的阶段，可以减小器件的尺寸，降低泵浦光所需的功率，并提高器件的性能[1]。
孤子自频移(SSFS)是孤子脉冲在光纤中传输时，在光频率范围内出现的连续频移现象，即随着功率的增加从高频部分到低频部分的转移。
I.G.Cormack等人在2002年首次报道了在PCF中观测到拉曼孤子自频移现象。
光通信中的全光信号处理-绪论
超高速率网络中，若继续采用原有的ATM 电学设备，节点将变的十分庞大复杂，超高速率传输带来的经济效益被高昂的转接费用升所抵消。例如思科（CISCO）的 CRS-1 型路由器实现 92Tbit/s 的交换容量，却占用了 100m2的空间，消耗了 1MW 的号处理！
六 全光信号处理涉及的关键技术包括哪些？
光调制技术
光复用技术
全光放大；
全光3R再生（全光整形、时钟恢复）；
全光波长转换；
全光码型转换；
全光逻辑与全光计算；
全光缓存；
全光标记
全光互联
全光模拟信号/数字信号转换；
全光波长交换与路由
全光分组交换与路由
1 全光放大
全光放大器出现之前，光纤通信的中继器采用光－电－光(O-E-O)变换方式。 装置复杂、耗能多、不能同时放大多个波长信道，在WDM系统中复杂性和成本倍增。
光纤通信研究什么？
图1 波分复用（WDM）
光纤通信研究什么？
图2 时分复用（OTDM）
光纤通信研究什么？
图3 单波长信道传输速率的发展状况
光纤通信研究什么？
图4 跨洋通信的单纤传输容量增长情况
光纤通信研究什么？
而在光网络的节点处需要相匹配的光交换技术来处理相应的数据信息，但是当前的全光交换技术发展相对滞后，交换速率相对较低。这主要是因为光子虽然具有优越的传输特性，但光控制光较难实现，存在一些基本问题需要突破。
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发展超高速的全光信号处理技术，是解决光网络节点拥塞问题的必由之路。
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光子相对于电子具有很多优点；
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可以克服当前光通信系统中电学器件的速率瓶颈；
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光学论文 光子晶体的研究
物理光学论文题目光子晶体的制备与应用院系英才学院学号7111900302姓名张一博日期2012、10、31摘要本文介绍了基本光子晶体、二维光子晶体以及复合结构光子晶体的制备。
光子晶体具有许多不同于单组分胶体粒子的独特的光、电、磁、催化等物理与化学性质, 是构筑光子晶体材料的重要组元。
从材料复合的不同形式阐述了复合结构光子晶体的制备方法; 列举了光子晶体器件的典型应用, 综述了光子晶体的主要用途; 并展望了复合结构光子晶体的发展方向。
关键词：光子晶体；二维光子晶体；复合结构光子晶体；制备；功能；应用AbstractThis paper introduces several kinds of photonic crystals such as two-dimension photonic crystal and compound-photonic crystal. Then the paper talks about some ranges to use these photonic crystals.Keywords: photonic crystal, two-dimension photonic crystal, compound-photonic crystal, use.1 引言光子晶体的出现，为信息技术新的飞跃提供了一次历史性的机遇。
正如20世纪中叶半导体的发现对此后半个世纪世界经济产生巨大影响一样, 光子晶体的研究、开发和应用可能在未来若干年世界经济的发展提供一个新的生长点。
光信息技术是信息化社会的主要技术支撑。
目前信息技术的核心是建立在半导体材料基础之上的微电子技术。
由于强烈的需求, 微电子技术以惊人的速度发展。
根据摩尔定律, 半导体元件的集成度以每18个月翻一番的速度发展, 电子和微电子技术正在走向物理上和技术上的极限(如速度极限、密度极限), 这些不可逾越的技术极限对信息技术的进一步发展提出了重大挑战。
固体物理学基础晶体的非线性光学与光子晶体
固体物理学基础晶体的非线性光学与光子晶体在固体物理学的研究领域中，晶体的非线性光学与光子晶体是一个重要的研究课题。
本文将介绍晶体的非线性光学现象，并探讨光子晶体在光学中的应用。
一、晶体的非线性光学现象晶体是一种高度有序排列的原子、离子或分子的固体，拥有特殊的光学性质。
在晶体中，当光与晶体相互作用时，会产生非一致于线性光学性质的响应，这就是非线性光学现象。
1. 非线性光学效应非线性光学效应包括：- 非线性折射：当入射光强很强时，光线会发生折射角的变化；- 非线性吸收：当入射光强很强时，晶体会吸收部分光能；- 非线性色散：入射光的频率对折射率的变化不是线性关系；- 非线性光学压电效应：晶体中的离子在光场的作用下发生无规则的振动。
2. 非线性极化在非线性光学中，晶体的非线性极化效应是其中的重要机制之一。
根据光与晶格相互作用的形式，可以分为等离子体极化、电子极化和离子极化。
其中，等离子体极化主要在高频区起作用，电子极化和离子极化主要在低频区起作用。
3. 二次谐波发生器晶体的非线性光学现象常用于二次谐波发生器中。
二次谐波发生器利用非线性折射效应，将入射的单频光线转换为频率为二倍的谐波光线。
这一特性可以用于光学通信、激光器频率加倍和超快光学测量等领域。
二、光子晶体的应用光子晶体是一种周期性的介质结构，具有光禁带和光子带隙效应。
它可以控制光波的传播和操控，因此在光学中具有广泛的应用潜力。
1. 光子晶体的基本结构光子晶体的基本结构是由周期性排列的介质单元组成。
介质单元的尺寸和组成决定了光子晶体的光学性质。
光子晶体可以用于制造光学滤波器、反射镜和光波导等光学元件。
2. 光子晶体的光子带隙光子带隙是光子晶体的特殊性质之一，它可以阻止特定频率范围内的光波传播。
这种特性使光子晶体在光学通信、光学传感和光学计算等领域有着广泛的应用前景。
3. 光子晶体的光子引导由于光子晶体的周期性结构，它可以用作光子波导，实现光波的引导和控制。
非线性光学与光子晶体
非线性光学与光子晶体在当今科技发展的浪潮下，光子学作为一门前沿交叉学科正逐渐崭露头角。
而非线性光学和光子晶体作为光子学领域中的两个重要分支，对于光的生成、调控和传播起着至关重要的作用。
本文将对非线性光学和光子晶体的概念、特性及其在科学研究和技术应用方面的重要性进行阐述。
一、非线性光学1、概念非线性光学是指当光通过物质时，光场与物质相互作用而产生非线性效应的现象和理论。
与线性光学不同，非线性光学在高光强条件下可以产生一系列特殊的光学现象，如自聚焦、自相位调制和光学谐波生成等。
2、特性非线性光学的特性主要表现为以下几个方面：（1）二次非线性效应：二次非线性效应是指光在物质中传播时，所产生的频率为光源频率n倍的谐波信号。
这种效应可以应用于频率加倍、波长转换等领域。
（2）三次非线性效应：三次非线性效应是指光在物质中传播时，产生高次谐波以及光频移等现象。
这种效应可以应用于光纤通信、光学存储和光学信息处理等领域。
（3）自相互作用：非线性光学中的光波可以与自身相互作用，改变光的空间结构和频率特性。
这种特性可以用于光信息处理和超快光学研究中。
二、光子晶体1、概念光子晶体是一种具有周期性的介质结构，其中空间排列周期性排列的介质具有不同的折射率。
光子晶体在光学中类似于电子晶体在电子学中的地位，可以在光子带隙范围内控制光的传播。
2、特性光子晶体的特性主要包括：（1）禁带效应：光子晶体中存在着光子带隙，只有特定频率的光子能够在这个范围内传播。
这种效应可以应用于光学滤波器、光波导和激光器等。
（2）色散特性：光子晶体对不同频率的光有不同的折射率，这种色散特性可以用于光学色彩分离和光学调制等。
（3）多模光导：光子晶体中存在多个传播方式，可以同时传输多种频率的光信号。
这种特性对频率分割复用和量子信息处理具有重要意义。
三、非线性光学与光子晶体的应用非线性光学和光子晶体在科学研究和技术应用方面有着广泛的应用前景。
1、科学研究非线性光学和光子晶体在科学研究中具有重要作用，例如：（1）超快光学研究：非线性光学可以实现超快光学信号调制和超快光谱测量，有助于研究光与物质相互作用的动力学过程。
光子晶体光纤在全光网中的应用
Ａｐ ｌ ａ ｉ ｎ ｆｐ ｏ ｏ ｉ ｒ ｓａ ｂ ｒ ｉ Ｕ ｏ ｔ ａ ｅ ｗｏ ｋ ｐ ｉ ｔｏ ｓｏ ｈ ｔ ｎ ｃ ｃ ｙ ｔ ｌ ｅ ｎ ａ － ｐ ｉ ｌｎ ｔ ｒ ｓ ｃ ｉ ｆ ｃ
ＣＡＯ ｕ －ｈ ｎ Ｊ ｎ ｚ ｏ ｇ，Ｗ ＡＮＧ ｌ，Ｌ Ｕ Ｊａ －ｅ ，Ｌ１ Ｙａ ｇ ，Ｄ０ＮＧ ａ － ｉ Ｚｌ ｉ Ｉ ｉｎ ｆｉ Ｕ ｎ－ｅ Ｘｉｏ ｙ
无截止波长单模传输 、 色散可灵活设计 、 高非线性 、 绝对单模（ 单偏振） 特性等。从 １９ ９６年第 ｌ Ｐ Ｆ 根 Ｃ 拉制成功以来 ，Ｃ Ｐ Ｆ的研究和应用 已得到了飞速的
发展 。 目前 ， Ｐ Ｆ应 用 的 研究 已涉及 全 光 网络 的 对 Ｃ
围内变化 ， 因而限制了其最高输出功率。
曹 俊忠 。 王 志。 刘剑 飞 。 刘艳格 。 董孝义
（ 南开大学 现代光学研 究所 ， 天津 ３０７ ） ００１
摘要 ： 光子晶体光纤（ Ｃ ） Ｐ Ｆ 以其独特的光学特性和灵活设计的特点， 而成为近年来研究的热点。随着各种新型 Ｐ Ｆ的问世以 Ｃ 及研 究的深入 ， 使其应 用领域 不断扩 大。文章对 Ｐ Ｆ在全光网中的各项应 用进行 了分析 ， Ｃ 重点对 Ｐ Ｆ Ｃ 在光纤光栅 和光纤激光
ＰＦ Ｃ 具有特殊的模式传导性质， 改变 Ｐ Ｆ的包 Ｃ 层结构和缺陷的尺寸 ， 可以获得不同的模式面积和
模场分布， 与普通光纤相 比， Ｃ 更容易做成大模式 ＰＦ 面积单模光纤。将包层泵浦技术应用到大模式面积 ＰＦ ， Ｃ 上 可研制更高功率的光纤激光器。光纤具有 大模式面积 ， 可以避免 由于高功率和放大 自发辐射
ｐｏ ｅｔ ｓａ ｄｆ ｘｂｅｄ ｓｇ ｓ ｒｐ ｒｉ ｎ ｅ ｉｌ ｅｉｎ ．Ｗ ｉ ｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｆ ａｉｕ ｅ ｐ ｓｏ Ｃ ｅｎ ｐ ｅ ｌ ｔ ｔｅｄ ｖ ｌｐ ｎ ｒ ｓｎ ｗ ｔ ｅ ｆ Ｆ ａ ｄｔｅｒｄ ｅ －ｏｎ ｅ ｅｒｈ ｓ ｈ ｙａｅｂ ｉｇａ － ｈ ｏｖ ｏ ｙ Ｐ
光子晶体在光学通信中的应用
光子晶体在光学通信中的应用光子晶体（Photonic Crystal）是一种具有周期性结构的光学材料，具有在特定频率下对光的传播进行有效控制的能力。
由于其独特的光学性质，光子晶体在光学通信领域中得到了广泛的应用。
本文将分析光子晶体在光学通信中的应用，包括光通信器件、光纤传输和光信号处理领域。
一、光通信器件光子晶体在光通信器件中的应用主要体现在光开关、光调制器和光传感器等方面。
1. 光开关光开关是光通信中重要的组件，用于实现光信号的选择性传递。
光子晶体中的禁带结构可以实现对特定频率的光波的制导和隔离，因此，光子晶体材料可以用于制造光开关。
通过调控光子晶体的禁带宽度和位置，可以实现对特定波长光的控制和开关，进而实现光信号的开关和转换。
2. 光调制器光调制器是光通信系统中调制光信号的重要器件。
光子晶体的高灵活性和调控性能使其成为一种理想的光调制器材料。
通过改变光子晶体中的结构参数，如光子晶体晶格常数、孔尺寸和填充介质等，可以实现对光的传播速度、折射率以及传播方向的调节，从而实现对光信号的调制和干涉。
3. 光传感器光子晶体结构对于外界光场的变化非常敏感，因此可用于光传感器。
光子晶体结构中的微小变化会导致电磁波的传播特性发生显著变化，使其广泛用于光纤传感、生物传感和环境监测等领域。
利用光子晶体结构的高灵敏性和选择性，可以实现对特定光波的测量和检测，从而实现对环境光照、生物分子等参数的准确监测和识别。
二、光纤传输光子晶体在光纤传输中的应用主要体现在光纤耦合和光纤传输的增强等方面。
1. 光纤耦合光纤耦合是光学通信中的关键环节，光子晶体的周期结构可以实现与光纤之间的高效耦合。
通过将光子晶体结构与光纤进行有机结合，可以实现对特定波长光的高效捕获和耦合，提高光信号的传输效率。
此外，光折射率的调控还可以实现光纤与光子晶体之间的传输模式选择。
2. 光纤传输增强光子晶体结构的引导模式和禁带效应对光的传播具有较强的影响，因此可用于光纤传输的增强。