网站旧版 | 学校首页 | 中文版 | English

孙琪真教授团队在微纳光纤谐振器研究方面取得新进展

作者: 时间:2017-09-06 点击数:

近日,美国光学学会(OSA)旗舰刊物《Optica》正式刊发了我校光学与电子信息学院/下一代互联网接入系统国家工程实验室与合作者在微纳光纤谐振器及光速控制方面的最新研究成果:Light velocity control in monolithic microfiber bridged ring resonatorOptica4, 945-950, 2017。我校为第一单位和通讯单位,徐志林博士(已毕业,现为新加坡南洋理工大学博士后)为第一作者,孙琪真教授为通讯作者。

微纳光纤是指直径在数百纳米到几微米范围内的特种光纤,具有强光学束缚、大倏势场、低损耗、高非线性等显著优势。这种波长量级甚至亚波长量级的微尺度波导不仅为科研工作者提供了一个探索光物理学现象的研究平台,也拓展出更为丰富的应用场景。其中,基于微纳光纤的自耦合型谐振器已在全球范围内得到了广泛的关注,其在光纤传感、光纤通信、信号处理等领域具有重大的应用价值。

经典电磁感应透明效应(Electromagnetic Induced Transparency, EIT)产生于光与多能级原子之间的相干干涉,一直是光学存储器领域的前沿研究课题,在超慢光传输和光存储等量子信息领域具有重要的科学意义和应用潜力。然而其产生所需实验条件非常苛刻,且可用频率只有分立的原子跃迁频率,限制了工作频率带宽。为了解决这一难题,研究者们提出用由硅基光子谐振系统替代原子系统,产生类似于电磁感应透明效应的谐振透明效应。但是硅基光子谐振系统的尺寸匹配要求给制备工艺带来挑战,并难以与现有光纤系统兼容。

华中科技大学刘德明教授团队成员孙琪真教授与上海大学“青年千人”牟成博教授、新加坡南洋理工大学Perry Shum Ping教授合作,利用微纳光纤设计实现了一种具有谐振透明效应的微纳光纤桥接环形谐振器(Microfiber bridged ring resonator, MBRR),它拥有全光纤、多通道、结构紧凑、与其他光纤器件低损耗连接等诸多优越性能。不同于硅基光子谐振系统由两个谐振器组成,MBRR是形状类似字符“θ”的单个谐振器,顺时针和逆时针方向的光可同时存在于谐振腔内,并发生相消干涉,从而在MBRR中产生谐振透明效应。通过调节MBRR的耦合参数,首次从实验中观察到基于全光纤器件的类电磁感应透明现象及演化过程。并利用这一现象探索了MBRR在光速调控方面的应用。理论研究表明,在耦合损耗极低的情况下,利用MBRR可获得高达5ns的光速超前或延迟。实验中通过耦合效率和耦合损耗的调控,实现了光速从超前60ps到延迟160ps的连续调谐,相比于目前已报道的光纤器件光延迟量提高一个数量级,揭示了全光纤微小器件在光速控制和光存储领域中的潜在应用价值。


上图:(a)-(c) 微纳光纤桥接环形谐振器的示意图及实验制备结果;(d) 该结构谐振透明效应的演化过程;(e) 该结构在光速调控应用中的仿真(左图)与实验(右图)结果

 

此外,孙琪真教授还将MBRR应用于光纤传感领域。利用MBRR的紧凑反射型结构,与光学游标效应的放大作用相结合突破探测灵敏度限制,研制了高灵敏微型化生化探针,实现折射率灵敏度从311.77 nm/RIU2460.07 nm/RIU的宽范围可调谐,对于气体浓度、海水盐度、PH值、DNA、血糖浓度等生物化学参量痕量检测具有重要意义。研究成果Sensitivity-controllable refractive index sensor based on reflective θ-shaped microfiber resonator cooperated with Vernier effect》发表于《Scientific Reports》,7, 9620, 2017

以上研究工作得到了国家自然科学基金重大项目和面上项目、湖北省自然科学基金优秀青年基金、玛丽居里国际引进学者基金等项目的支持。

 

华中科技大学  光学与电子信息学院  联系电话:027-87558726  邮编:430074 地址:中国•湖北省武汉市珞喻路1037号 华中科技大学南五楼六楼