As one of the important contents of lab on a chip, integrated optical devices based on-chip particle manipulation has become an international hotspot. The research progress can help to reveal novel optical phenomena in mesoscopic scales and develop high-performance optical devices. However, the traditional optical waveguides confine the light in the high-index core, which limits the effective interaction between the light and particle and presents a challenge for the development of on-chip optical manipulation. This project aims to combine the slab photonic crystal waveguide and the refractive index regulation, and study the interaction mechanism between particle and slow light in waveguide, which could provide a novel method to effectively enhance the particle-light interaction. The main contents in this project include: (1) interaction mechanism between particle and slow light in slab photonic crystal waveguide; (2) optical micro-manipulation mechanism and experimental realization based on the refractive regulation in slab photonic crystal waveguide. The key scientific problems to be solved are theoretical model of the interaction between particle and slow light, and design of high-performance tunable slab photonic crystal waveguide based optical micro-manipulation device. The obtained progresses are helpful to reveal the physical mechanism of particle manipulation based on slow light, and develop high-performance particle controller on chip. It will also provide a new theoretical and experimental foundation for the development and applications of on-chip optical micro-manipulation techniques.
作为芯片实验室的重要内容之一,基于集成光器件的片上微粒操控已成为国际研究热点,其进展有助于揭示介观尺度下的新颖光学现象和开发高性能光子器件。然而传统光波导依靠折射率差限光,使光场局域在其核心处,严重限制了其与微粒的相互作用,使片上光学微操控技术的发展受到挑战。本项目旨在将平板光子晶体波导与折射率调控相结合,通过研究波导中慢光与微粒的相互作用规律,探索增强光场与微粒相互作用的新途径,并在相关理论和技术上取得原创性成果。主要研究内容有:①平板光子晶体波导中慢光与介质微粒的相互作用机理;②基于平板光子晶体波导中折射率调控的光学微操控机制及实验实现。拟解决的关键科学问题是:平板光子晶体波导中慢光与微粒相互作用的物理模型和可调控平板光子晶体波导光学微操控器件的设计。研究进展有助于揭示慢光模式操控微粒的物理机制和开发新的高性能片上微粒控制器,为片上光学微操控技术的发展和应用提供新的理论和实验依据。
本项目旨在将平板光子晶体波导与折射率调控相结合,通过研究波导中慢光与微纳结构的相互作用规律,探索增强光场与微纳结构相互作用的新途径,并在相关理论和技术上取得原创性成果。主要研究内容、结果有:.(1)引入狭缝结构降低光子晶体波导弯曲损耗,实验制备并测试了不同结构的120度转弯狭缝光子晶体波导,分析了其与标准光子晶体波导在传输特性上的差异,在1359nm处获得了最低1.33dB的 120度转角弯曲损耗。该工作可应用于低损耗高集成度光子芯片的研制。.(2)研制阵列化可调控光子晶体波导器件,研制出带有热隔离槽结构的1×4阵列光子晶体波导光开关,在1570.3nm-1581.3nm范围内实现了15dB的消光比。该工作可应用于高集成度光子交换器件的研制。.(3)研究基于可调控狭缝光子晶体波导的微粒操控特性,分析了热调控渐变狭缝光子晶体波导实现微粒俘获与输运的原理,数值模拟了狭缝光子晶体波导内折射率及光场分布以及微粒受力、热调控功耗特性。针对具有典型病毒尺寸的半径50nm的介质微粒,建立了一个光子晶体波导狭缝宽度渐变的带有金属加热电极的微粒控制器模型。.(4)利用石墨烯电极降低光器件功耗,设计、制备并测试了石墨烯电极对于氮化硅波导的相位调制特性,并研制了氮化硅移相器,获得了97mW的π相移功耗,该结果为低功耗、低损耗光子芯片提供了一种解决思路。.(5)增强光子晶体微腔与纳米波导的耦合。研究了光子晶体微腔与纳米线波耦合的机理与过程,仿真、制备并测试了纳米线在光子晶体微腔表面移动时对于微腔品质因数、谐振波长与耦合效率的影响,该结果可用于增强纳米线和光场的相互作用。
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数据更新时间:2023-05-31
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