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邓晓旭研究组

研究方向:

   光传感和信号处理研究

研究内容:

1. 基于金属表面等离子波实现对光波能量纳米量级操控的研究

随着微加工技术的不断发展,电子器件的特征尺寸进入到纳米量级。而受到光传输衍射的限制,光学元件的尺度是波长量级。这使得在光学元件和正在使用的纳米电子器件的接口无法匹配,光子学的发展遇到了瓶颈。在纳米尺度上控制光能量是现代光子学的一个具有挑战性的课题,是纳米光子学的关键问题之一。

未来纳米光子学系统的发展离不开表面等离子光子学。突破衍射极限实现光子学器件高性能微型化的一个有效方法就是采用光学等离子激元结构(optical plasmonic structure)。当电磁波在金属和介质表面传播的时候,会引起金属表面电子的共振,产生表面等离子波(plasmon)。电子振动的频率和电磁波是吻合的,但是却有着比电磁波小很多倍的波长,表面等离子振动的波长被极大的压缩了。因而光波的能量被控制在纳米范围内,这为纳米尺度光子学元件的实现提供了可 能,解决了波长量级的光学器件和更小的集成电子元件之间的不匹配问题。表面等离子光子学利用在金属表面激发的表面等离子波局域场增强效应以及在纳米尺度上的能量聚集作用实现对入射光的聚焦、调制、分光、分波等功能。我们提出了基于非对称阶梯型亚波长金属透射光栅的垂直耦合分波方法,在纳米尺度上实现了对不同波长光波能量的操控。

 2.反射型聚合物波导电光器件

电光聚合物材料已成为学术界和技术界中意的材料。聚合物电光材料响应速度快、色散小、易于和其它材料集成,电光活性已达到或超过了铌酸锂晶体,稳定性已能满足器件应用的要求。世界各国家已投入大量的人力和资金进行聚合物材料的研究和电光聚合物光电子器件的开发。目前正在研发的聚合物电光器件主要有Mach-Zehnder 干涉仪型、方向耦合器型、Y叉波导数字型。这几类电光器件的共同特点是以电光聚合物脊型光波导为导光元件,具有易集成和快速等优点。但由于电光聚合物吸收边带的影响,波导的传输损耗一般高于1dB/cm,引起高达十几dB的插入损耗,而且制备工艺复杂、价格昂贵,这是这类器件难以实用化的主要原因。

反射型器件器,与现有的器器比较,有许多新的发展,如用导膜共振代替了表面等离子体共振,大大降低了调制器的工作电压。提出的双面金属波导的无棱镜直接耦合方法,可激发波导中的高阶模,这种高阶模具有以下两个十分诱人的性质:

1) 对波导折射率变化十分灵敏;

2) 偏振无关。

利用这两个性质,可制备低工作电压和偏振无关的器件。

基于反射型波导结构,研究了有机电光调制器,有机电光衰减器、有机电光开关等多种器件。用非传输的反射型结构代替Mach-Zehnder干涉仪型结构,克服了有机材料光波导传输损耗大的固有缺陷,具有制备方便插入损耗小和成本低廉的优点。

 3.基于导波共振技术的共轭聚合物非线性光学参数测量新方法的研究

聚合物光子学是聚合物科学与光子学交叉形成的一个新兴前沿学科,并已成为光子学的研究热点之一。建立聚合物光子学材料的表征手段和系统,从理论和实验上探索光子学聚合物非线性光学性质,是充分发挥光子学聚合物独特性质、设计和优化聚合物光子学器件的前提。

利用导波共振技术探索共轭聚合物材料与光子相互作用的机理,建立对共轭聚合物材料一系列非线性光学参数的测试方法。采用密度矩阵理论的二能级模型近似,将非线性光学参数的频率项和非频率项分离,研究二阶和三阶非线性光学参数在整个非谐振区的色散关系。利用导波共振技术,将非线性共轭聚合物材料作为导波层,采用低功率半导体激光器(50mW-100mW),应用Pockel和Kerr电光效应,在一套实验装置上实现对共轭聚合物二阶、三阶非线性宏观和微观一系列非线性光学参数的测量。并且不需要锁相放大器,具有灵敏度高、实验设备简单的特点。

 4.激光脉冲喷丸成型技术

目前,国际上很多领先的飞机制造公司发现使用常规机械喷丸加工技术制造机翼有很多限制,主要是金属板的厚度容易受到喷丸的影响而发生变化,难以对喷丸进行控制和效果评估。激光喷丸技术比机械喷丸技术能够产生更大的压力,且不会引起表面粗糙,激光喷丸技术具备显著的可扩展的制造能力,能够制造一系列不同的飞机结构。现在,美国和欧洲飞机制造公司已于2010年开始使用激光喷丸技术制造机翼等,但由于高度商业机密和垄断的原因,高能量、输出方形光斑的激光器直接进口难度非常大。为了打破美国和欧洲飞机制造公司对机翼板激光脉冲喷丸成型技术的垄断,急需研究激光脉冲喷丸成型的关键光学技术,应用于中国大飞机制造中。

采用高斯光束对金属板加工,由于高斯光束在空间光强分布的不均匀性,需要考虑光斑的搭接率,还会产生应力洞的问题。采用方形的强度均匀的激光喷丸,不需要考虑光斑的搭接率,使激光喷丸成型过程更容易控制,同时解决了应力洞的问题。与美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室产生方形脉冲激光光斑的方法不同,我们的方案是:激光器输出高斯脉冲,再利用光学元件,对圆形的高斯光束整形和均匀化,获得光斑形状为方形的强度均匀的光斑。

研究激光脉冲喷丸成形的关键光学技术,开发相应的光学系统并应用于中国大飞机制造中,对打破美国和欧洲飞机制造公司对机翼板激光脉冲喷丸成形技术的垄断,对提高国内飞机的制造技术水平均有重要意义。

学术带头人:

   邓晓旭

重要成果:

一.发表SCI收录的学术论文

  1. Haibin Yu, Lei Chen, Kangye Li, Xiaoxu Deng. “Electro-optic polymer waveguide modulator based on the Pockels and Kerr effects ”, Opt. Eng. 52(4), p044601( 2013)
  2. Xiaohui Zhu, Xiaoxu Deng, Honggen Li, Zhuangqi Cao, Qishun Shen, Wei Wei, and Feng Liu. “Simultaneous evaluation of the linear and quadratic electro-optic coefficients of the nonlinear optical polymer by attenuated-total-reflection technique.” Journal of Applied Physics, 109, 103105 (2011)
  3. Kankai Pan, Xiaoxu Deng, Honggen Li, Wen Yuan, Wei Wei and Feng Liu, “Experimental investigation of first hyperpolarizability by a prism coupling waveguide method.” Jpn. J. Appl. Phys., 49, 062501(2010)
  4. Xiang Zheng, Xiaoxu Deng, Zhuangqi Cao, Qishun Shen, Honggen Li, Wei Wei and Feng Liu, “The dispersion measurement of quadratic electrooptic effect of a linear conjugated polymer.” IEEE Journal of quantum electronics, 45, 542(2009)
  5. Xiaohui Zhu, Xiaoxu Deng, Xiang Zheng, Zhuangqi Cao, Honggen Li, Qishun Shen, Wen Yuan, Wei Wei and Feng Liu, “A further exploitation of the attenuated-total-reflection technique to measure the complex second hyperpolarizability for quadratic electro-optic effect of linear conjugated polymer.” Europhysics Letters, 87, 24003 (2009)
  6. Kaisheng Chen, Xiaoxu Deng, Xiang Li, Zhuangqi Cao, Qishun Shen and Honggen Li, “Investigation of the influence of photobleaching process on the thermo-optic coefficient of disperse red 1/poly(methl methacrylate) film.” Optics and Lasers in Engineering, 47, 708 (2009)
  7. Xiang Zheng, Xiaoxu Deng, Zhuangqi Cao, Qishun Shen, Honggen Li, Wei Wei, and Feng Liu, "Measurement of the second hyperpolarizability of linear conjugated polymer based on attenuated-total-reflection technique," Opt. Lett., 33, 887 (2008)
  8. Xiaoxu Deng, Pingping Xiao, Xiang Zhang, Zhuangqi Cao, Qishun Shen, Kun Zhu, Honggen Li, Wei Wei, Shixiang Xie and Zhijian Zhang, “An electro-optic polymer modulator based on the free-space coupling technique.” J. Opt. A: Pure Appl. Opt., 10, 015305(2008)
  9. Jianda Xie, Lihua Hu, Wenfang Shi, Xiaoxu Deng, Zhuangqi Cao and Qishun Shen, “Synthesis and nonlinear optical properties of hyperbranched polytriazole containing second-order nonlinear optical chromophore.” Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, 46,1140(2008)
  10. Xiaoxu Deng, Xiang Zheng, Zhuangqi Cao, Qishun Shen, and Honggen Li, “Fast speed electro-optic polymer variable optical attenuator based on cascaded attenuated-total-reflection technique.” Appl. Phys. Lett., 90, 151124 (2007)
  11. Jianda Xie, Xiaoxu Deng, Zhuangqi Cao, Qishun Shen, Wenquan Zhang and Wenfang Shi, “Synthesis and second-order nonlinear optical properties of hyperbranched polymers containing pendant azobenzene chromophores.” Polymer, 48, 5988(2007)
  12. Wenquan Zhang, Jianda Xie, Wenfang Shi, Xiaoxu Deng, Zhuangqi Cao and Qishun Shen, “Second-harmonic properties of dendritic polymers skeleton-constructed with azobenzene moiety used for nonlinear optical materials.” Eur.Polym.J., 44, 872(2007)
  13. Lin Chen, Zhuangqi Cao, Qishun Shen, Xiaoxu Deng, Fang Ou, and Yaojun Feng, “Wavelength sensing with subpicometer resolution using ultrahigh order modes.” J.Lightwave.Technol., 25, 539(2007)
  14. Pengyi Su, Zhuangqi Cao, Kaisheng Chen, Xiaoxu Deng, Chunxiang Liu, and Qishun Shen, "Explicit expression of light reflection from inhomogeneous planar structures," J. Opt. Soc. Am. B, 24, 3077 (2007)
  15. Jianhong Zhou, Xiaoxu Deng, Zhuangqi Cao and Qishun Shen, “New scheme of two-channel WDM modulation with cascaded attenuated-total-reflection modulators.” Optics & Laser Technology, 39, 946(2007)
  16. Jianhong Zhou, Xiaoxu Deng, Zhuangqi Cao, Qishun Shen, Wei Wei, Zhijian Zhang and Shixiang Xie, “Determination of dc Kerr coefficients of polymer films with prism-optical waveguide configuration.” Appl. Phys. Lett. 88, 021106 (2006)
  17. Kaisheng Chen, Xiaoxu Deng, Feng Wang, Zhuangqi Cao, and Qishun Shen, "Investigation of second-order nonlinearity in poled-polymer during photobleaching," Opt. Exp., 14, 2791-2797 (2006)
  18. Jianhong Zhou, Zhuangqi Cao, Xiaoxu Deng, Qishun Shen, Wei Wei, Zhijian Zhang and Shixiang Xie, “An attenuated total internally reflected light modulator utilizing quadratic electro-optic polymer film.” J.Opt.A: Pure.Appl.Opt., 8, 996(2006)
  19. Haifeng Lu, Zhuangqi Cao, Honggen Li, Qishen Shen and Xiaoxu Deng, “Polarization-independent and tunable comb filter based on a free-space coupling technique.”Opt. Lett., 31, 386(2006)
  20. Fan Chen, Zhuangqi Cao, Qishun Shen, Xiaoxu Deng, Biming Duan, Wen Yuan, Minghuang Sang, and Shengqian Wang, “Nanoscale displacement measurement in a variable-air-gap optical waveguide.” Appl. Phys. Lett., 88, 161111 (2006)
  21. Xiangmin Liu, Pengfei Zhu, Zhuangqi Cao, Xiaoxu Deng, Qishun Shen and Jialin Chen, “Spectral shaping of femtosecond pulses with a prism-waveguide coupler.” J.Opt. A:Pure Appl.Opt., 8, 454(2006)

二.科研项目

1. 国家自然科学基金:基于导波共振技术共轭聚合物非线性光学参数测量新方法的研究;项目编号:60978056;项目经费:43万,项目负责人。
2. 国家自然科学基金:非对称阶梯型亚波长金属透射光栅垂直耦合分波方法的研究;项目编号:61178050;项目经费:66万,项目负责人。
3. 企业项目:PECVD法制备氮化硅薄膜的优化工艺条件研究;项目经费:47万,项目负责人。
4. 企业项目:金属多激光脉冲喷丸成形研究;项目负责人。

三.国际国内学术组织任职
       中国仪器仪表学会光机电技术与系统集成分会理事;中国光学学会光电专业委员会委员; Journal of Lightwave Technology、《物理学报》、《中国物理B》、《物理》、《中国物理快报》审稿人。

版权所有:2014年 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室