基于现代大规模集成电路成熟的硅基加工技术,硅基光子晶体波导在硅基光电集成、全光通信和全光信息处理等领域中有着广阔的应用前景。以硅基光子晶体波导为核心可以设计出诸如硅基微腔、波导、光延迟器、分束器、耦合器、调制器、探测器等各种硅基光电子器件。在硅基光子晶体波导领域,慢光增强的非线性一直都是热点问题,并且在实验上得到了很多研究。为了便于对此波导进行数值模拟,需要从理论上深入研究慢光增强的物理机制。
武汉光电国家实验室(筹)光电子器件与集成研究部孙军强教授及其博士生陈涛、李林森,从原始的模式理论出发,推导出光子晶体波导中的三阶非线性耦合波方程,此耦合波方程形式类似于非线性光纤光学中的经典耦合波方程,并解释了慢光增强的物理机制,能方便的比较各种光子晶体波导的非线性效应的强弱。同时,在设计了一个色散平坦的慢光硅基光子晶体波导后,考虑到双光子吸收及其产生的载流子效应,对此波导进行了多极四波混频模拟。这对理论研究各种类型的光子晶体波导结构中的非线性有很大的参考作用。
该项工作得到国家自然科学基金项目(Grant No. 60977044)的支持。相关研究结果发表在Optics Express 20(18), 20043–20058 (2012)。
图 光子晶体波导示意图
(责任编辑:陈智敏)