实现双偏振光波信号单向传输的二维光子晶体异质结构设计

将全反射引入到异质结交界面,设计了一种双偏振态下可以实现光信号单向传输的二维四方晶格固固光子晶体异质构。该异质结构是由硅柱嵌入二氧化硅背景材料的光子晶体和二氧化硅柱嵌入硅背景材料的光子晶体叠加而成。该结构实现了光通信中心波长1 550nm附近的双偏振态光波信号单向传输。分析了不同偏振态下的能带结构,结果表明:由于在异质结交界面处的全反射耦合作用,该异质结构不再受到方向能带的束缚,实现了光波信号的单向传输。此外,还优化了结构周期和输出波导宽度,使得TM和TE偏振的单向传输效果得以增强,对比度提高,并且拓宽了单向传输范围。     

点缺陷对波导的电场分布的调制

在二维函数光子晶体研究的基础上,进一步研究二维常规光子晶体波导中加入点缺陷介质柱时,二维光子晶体波导的带隙结构与电场分布情况.其中点缺陷介质柱介电常数是空间坐标的函数,其函数形式为εr=kr+b,参数k和b的变化可以通过光学Kerr效应或电光效应来实现.结果表明,通过改变点缺陷介质柱介电常数的参数k和b以及点缺陷半径ra,可以调节光的传播方向和光场分布,从而可以控制光在波导中传播方向.因此当含点缺陷时,二维常规光子晶体波导的光场分布和光的传播方向具有可调性.这些理论为光学器件的设计提供有价值的新的设计思路.     

光子晶体耦合腔波导低色散慢光的研究

设计一种由4孔微腔组成的二维三角晶格光子晶体耦合腔波导,应用时域有限差分法(FDTD)模拟计算TE偏振光的透射谱,获得波长在1.55941μm处最大群折射率ng=1460.31、群速度vg=c/1460.31的慢光.该光子晶体耦合腔波导传输光的群折射率随波长(ng-λ)变化关系呈现"U"型结构,在"U"型底部出现中心波长1.55917μm、平均群折射率～ng=721.92、带宽Δλ=0.35nm、平坦率σ=0.02%的低色散慢光。进一步研究表明,移动耦合腔波导第一排空气柱的位置不仅可以在"U"型底部区域产生中心波长1.60412μm、带宽Δλ=6.67nm、平均群折射率ng=41.05的低色散慢光,而且可以在波长1.56177μm处获得最大群折射率ng=2173.12、群速度vg=c/2173.12的慢光.     

光子晶体耦合腔波导中的慢光特性研究

研究了二维光子晶体耦合腔波导的慢光传输特性.利用平面波展开法分析不同结构的耦合腔波导的色散曲线.分析发现,光子晶体耦合腔波导的慢光特性与点缺陷微腔的几何尺寸有关.通过调制点缺陷的半径可以改变慢光导模的中心频率.另外发现,点缺陷微腔间距也是影响耦合腔波导慢光特性的重要参数.增大距离n,零色散点导模的群速度明显下降,可以获得群速度为0.005c的慢光模式,而导模的中心频率变化不大.该分析结果为设计不同要求的慢光波导结构提供重要参考.     

基于光子晶体环形腔的滤波与分束器件设计

基于光子晶体环形腔与波导之间的共振耦合原理,设计了一款由环形缺陷和线缺陷组成的三端口二维三角晶格光子晶体双功能器件.运用平面波展开法和时域有限差分法分析了光波在器件结构中的传输特性,得到了传输特性曲线和光场分布,然后讨论了环形腔中心柱数量和疏密程度对输出端口透射率的影响.结果表明,通过调节环形腔中心介质柱的数量可进行选频,当环形腔中心柱数量为5时,器件可实现波长1.346,1.455 μm的滤波功能与波长1.414 μm的波束均分功能;根据中心柱水平和竖直方向的间距对透射率的影响规律,得到器件的最佳结构参数,以及器件的滤波与分束波长透射率.     

不同对称性条件下光子晶体局域态的演化

光子晶体不仅可以用来调控自发辐射,还可以用来控制光的传输和局域.研究采用平面波展开法进行模拟计算.首先改变光子晶体H1缺陷及其附近介质柱的半径,使得光子晶格缺陷处超晶胞的旋转对称性具有C6v,C3v或C2v等点群的性质;然后分析二维圆形介质柱三角光子晶体的局域态在光子禁带中演化.计算结果表明：随着介质柱的半径的变化,光子晶体局域态会发生变化,其演化表现出阶段性;同时随着对称性破缺程度的加深,会有更多缺陷态进入光子禁带.计算选择硅（Si）作为介质柱材料,主要为硅基光子晶体激光器的选模提供理论参考.     

含异质结构三波长波分复用器设计

将平行的两光子晶体单模波导邻近放置构成一个光子晶体波导耦合结构。采用时域有限差分法，研究了基于耦合与解耦合理论设计了一种含异质结构三通道波分复用器。该器件不仅具有较高的透射率，而且能够把三种不同波长的光束分开等优点，这种器件在未来的光子集成回路中具有很高的应用价值。     

二维方柱光子晶体的波导特性

具有缺陷的光子晶体,光子频率带隙内将出现局域模,而线缺陷相应地形成一个传输效率很高的光波导.计算了空气中Al材料的旋转四边形直柱光子晶体存在线缺陷时的带结构和态密度,给出了二维方形光子晶体的波导的TM模的电场分布,并讨论了波导耦合的传输效率.     

二维光子晶体中导模的优化

提出了方形二维光子晶体的结构,并引入缺陷形成耦合腔波导和线缺陷波导。应用时域有限差分(FDTD)法研究其传输特性,结果表明对于耦合腔波导,当缺陷周围介质柱直径变化时,第一光子禁带中会出现宽频缺陷模。并且当介质柱直径减小时,缺陷模会向高频移动,而导模宽度则会有规律地扩展或者缩小。在线缺陷波导中,逐渐减小缺陷两侧介质柱的直径或介电常数,发现导带向高频移动,并且带宽逐渐减小     

二维函数光子晶体波导带隙和电场分布的调制

在二维函数光子晶体波导中, 研究介质柱介电常数对带隙结构的调制, 以及波导中加入点缺陷时, 点缺陷介质柱介电常数对电场分布和光传播方向的调制. 结果表明： 当二维函数光子晶体波导中不含点缺陷时, 改变波导中介质柱介电常数的参数b和k值, 可调节波导的禁带数目、 禁带位置、 缺陷模的数目和位置;  当二维函数光子晶体波导中含点缺陷时, 改变点缺陷介质柱介电常数的参数b和k值, 可改变电场分布和光的传播方向.       

三角形结构复合二维光子晶体的透射谱

选择3种不同介质柱半径的光子晶体构造复合二维光子晶体,采用时域有限差分方法（FDTD）,计算3种二维光子晶体和复合二维光子晶体的透射谱．结果表明：复合二维光子晶体的禁带宽度近似等于3种光子晶体带隙的叠加结果,结果还表明,随着介质柱半径的增大,光子晶体的带隙向长波方向移动．     

多通道光纤旋转连接器

光纤旋转连接器是一种无源光纤器件,一般被用来耦合光信号通过一个旋转连接面．目前利用光互连技术设计的多通道光纤旋转结构比较复杂,故设计了一种无源多路空间互连光纤旋转连接器．该连接器利用空间光互连技术和波分复用技术传榆多路光信号．测试了多路旋转连接器在1310nm和1550nm波段下的性能,可以得知：在1310nm波段旋转连接器的插入损耗小于1．55dB,旋转变化量最大为0．28dB,1550nm波段的最大插入损耗为1．20dB,旋转变化量小于0．43dB；旋转连接器2个通道之间的隔离度大于31dB．     

介质光学厚度对光子晶体透射峰带宽的影响

利用传输矩阵法理论,研究介质光学厚度对一维光子晶体（CBA）,（ABC）,透射峰带宽的影响,结果发现：介质光学厚度对光禁带中的透射峰带宽的影响规律明显,当A层介质的光学厚度增大时,透射峰带宽变宽;当分别增大B或者c层介质光学厚度时,透射峰带宽却均变窄;透射峰带宽对各介质光学厚度的响应灵敏度不同,尤其是对c层介质光学厚度的响应最为灵敏,而对A和B层光学厚度的响应灵敏度相当。介质光学厚度对透射峰带宽的这种影响规律,可为光子晶体设计不同频率范围的高品质光学滤波器和光开关等提供理论指导。     

含点缺陷的光子晶体波导传输特性的研究

运用FDTD算法研究了含点缺陷的光子晶体波导的传输特性。首先分析了该波导的传输谱,然后动态模拟了光与波导相互作用的过程。结果表明在光子晶体波导中引入点缺陷有利于对光的控制,从而对光子晶体波导器件的设计有着一定的理论指导作用。     

单模光纤损耗分析与测量

光纤传输质量受光纤损耗的影响,对单模光纤传输波长1310nm和1550nm弯曲损耗进行测试,结果表明弯曲损耗呈震荡变化,随着弯曲半径的增加损耗减小、振幅减小,随着波长的增加损耗增加、振幅增大,并利用光纤的耦合模理论对单模光纤弯曲损耗震荡进行解释,对实际应用有一定的参考价值。     

法拉第效应对N掺杂硅耦合腔光波导群速度的调控研究

耦合腔光波导是由光子晶体点缺陷的缺陷模式相互耦合而实现的,群速度是其重要的性能指标?本文模拟了由N掺杂半导体硅构成的光子晶体耦合腔光波导的能带结构?模拟发现,借助N掺杂半导体硅的法拉第效应,逆着光的传播方向施加磁场,缺陷模式所对应的相对介电参数会变小,群速度也随之逐渐降低,可以获得2.088×10^-4c的群速度,证实了法拉第磁光效应对波导群速度的调控作用?这一性能为如何在太赫兹或更低频段实现慢光效应提供了一种新的有效方式?     

镜像对称的光子晶体透射带特性

通过传输矩阵方法计算了镜像对称光子晶体的带隙结构,结果表明该结构具有优越的窄带滤波性能.如果在该光子晶体两端均加入较高的折射率介质,构成夹心"三明治"结构,这时的光子晶体透射带结构出现多通道滤波特性;当两端加入不同的较高折射率介质但其光学厚度仍保持为基本结构单元的光学厚度时,得到宽度为50~2500 nm大范围的低透射区,其具有宽带阻波作用;当两端加入的不同高折射率介质但光学厚度变为基本光学厚度的两倍时,则得到在中心波长处出现非常窄的完全透射峰,这种带隙结构可用来设计优异理想窄带滤波器.     

基于一维光子晶体超晶格的多通道滤波器

利用传输矩阵方法,研究了由两种具有特定散射关系的一维光子晶体交替排列所形成的一维光子晶体超晶格的光学特性,讨论了势垒宽度,势阱宽度及势阱数目对其的影响.计算结果表明,通过改变超晶格的结构,可以调节在光子禁带中透射带的数目、透射带中透射峰的数目,并且这些透射峰都具有很高的品质因子.这种光子晶体超晶格结构有望作为多通道滤波器在密集波分复用系统及集成光学系统中获得应用.