光子晶体波导耦合器的选频特性的研究

本文利用时域有限差分法(FDTD)和平面波展开法(PWM)设计了一种平板状三通道的光子晶体波导耦合器,使每一个输出通道仅通过一个波长,在1550nm附近,可实现多波长分路输出选择,输出波长的通道间距为31nm,且输出峰值尖锐,频率间的隔离度高,选频性能更加优越的优点,可应用于波分复用(WDM)系统中的分频、选频、滤波和波长增删、波分复用/解复用器等方面。     

三波长光子晶体耦合波分复用器的设计与仿真

目前,光子晶体的波导共振耦合技术被广泛应用,设定波长下的波导透射频率的高低成为影响器件功能优劣的重要因素。首先对比了改变光子晶体介质柱折射率和半径的大小与耦合点归一化频率的关系,之后利用时域有限差分法设计了一种由三种波导构成的共振耦合型光子晶体结构的波分复用器,并且在波长分别为1 490 nm与1 440 nm的光信号下的波导共振区域增加了一定数量的介质柱形成一种新的微腔耦合区域。并且通过在1 310 nm波长的输出信道末端改变介质柱的半径大小,使得1 310 nm波长的光信号的透射率提高到了95.5%。研究表明,通过增大介质柱半径的大小Rc,可以使得对应的光信号透射率的大幅改善。     

高效二维光子晶体偏振光分束器的设计

基于光子晶体线缺陷波导在不同偏振模式下的色散特性差异,提出了一种偏振光分束器的设计方法,利用具有完全禁带的二维三角晶格光子晶体,通过增大线缺陷波导侧边空气柱的半径,得到仅能传输单一偏振模式的单模光波导,并结合微腔与波导间的共振耦合原理设计了一种高效的偏振分束器。用时域有限差分法模拟了偏振分束器的传输特性,结果表明,当归一化频率为0.3654的光入射时,偏振分束器能够高效率大角度分离TM和TE两种不同模式的偏振光,且TM模与TE模输出光的偏振消光比分别为28.9dB和32.7dB,器件尺寸为20.4μm×12.3μm,该设计在未来集成光回路中有着很大的应用潜力。     

二维光子晶体波导传输分析

光子晶体是一种新兴的光学结构,其优异的光学特性可以用于制造各类光子晶体器件。本文在完整的光子晶体中引入缺陷,构造出光子晶体波导。将时域有限差分方法应用于二维光子晶体缺陷特性的分析,设计了L型、U型、直线点缺陷型等几种光子晶体波导结构,对其时域能量传输特性进行了分析,其研究结果为光子晶体传输器件的设计和制作提供了一定的理论依据。     

二维正方圆柱光子晶体带隙的FDTD模拟

利用时域有限差分方法研究二维光子晶体传输函数理论,计算了各种情况下二维正方圆柱光子晶体的透射率即光传输函数随频率的变化.计算结果表明,对于一定的入射方向,某些频率的光不能在光子晶体中传播即出现所谓的带隙,带隙的宽度与入射光的偏振、圆柱的折射率、有无缺陷等因素有关.     

二维光子晶体结构和缺陷对光子禁带的影响

利用时域有限差分法研究了二维光子晶体的光子禁带特性。通过改变二维光子晶体的结构、介电常数配比及缺陷时,得到了相应的数值模拟结果,并作出了分析。这些结果对于设计光子晶体器件有着指导作用。     

采用等效介电常数时域差分法分析二维介质型光子晶体色散特性

针对差分法中难以近似处理不同介质分界面处单元差分网格中沿x,y,z轴各方向等效介电常数值的问题,提出了将"电容串并联"的电路概念引入于各方向等效介电常数的近似计算中,并导出几种非匀质单元网格中等效介电常数的计算式.采用等效介电常数的时域有限差分法计算二维介质型光子晶体的色散特性可灵活地剖分网格,既能获得很高的计算精度,又可节省计算时间和计算内存.此等效介电常数公式也可用于其他电磁问题的差分法分析,以提高计算效率.     

二维光子晶体中负折射现象的研究与仿真

使用光子晶体能带结构和等频面（EFS）方法对二维光子晶体中的负折射现象进了研究和仿真．得到了二维光子晶体中出现负折射率现象的频率范围．使用时域有限差分法（FDTD）对光波在二维光子晶体界面和晶体中的传播进行了数值仿真研究．由仿真结果发现在一定的频率范围内,在二维光子晶体中确实可以发现光波的负折射传播现象．     

光子晶体中紫外波段的异常透射

采用时域有限差分法(FDTD)对三种不同材料(金属Al、半导体Ga₂O₃和绝缘体SiO₂)的矩型结构光子晶体进行了模拟计算,研究空气柱孔径变化对光子晶体光学传输特性及带隙宽度的影响。数值计算结果表明,晶格常数不变,空气柱孔径增大时,三种材料光子晶体在紫外光区及可见光区的透过率增大,反射率减小。Al光子晶体的孔径增大时,可见光区禁带宽度减小;Ga₂O₃光子晶体孔径增大时,禁带宽度增大;SiO₂的TE模和TM模光子禁带较宽,孔径增大,禁带宽度亦增大。三种材料光子晶体带隙的波长范围几乎都处于可见光波段,进入紫外光波段的波长范围很短。     

三角形复合型二维光子晶体带隙分析

选用时域有限分方法(FDTD)分析光子晶体带隙结构.选择两种不同晶格常数的光子晶体构成复合型二维光子晶体.计算结果表明,这种复合型二维光子晶体的禁带宽度明显大于组合光子晶体禁带宽度,并通过改变复合光子晶体的介电常数实现其禁带向高频区或低频区移动.     

基于泵浦探测技术的非线性光子晶体点缺陷动态特性研究

通过基于时域有限差分技术的数值模拟平台分析了非线性光子晶体点缺陷缺陷模的动态移动特性,采用泵浦-探测法获得非线性点缺陷的透射谱。泵浦光和探测光选择不同的频率以确保探测光不对非线性缺陷模的动态移动特性产生干扰。分析发现,非线性点缺陷的缺陷模在泵浦光的作用下动态移动,移动幅度不仅与泵浦光的能量有关还与泵浦光的频率有关。进一步地从理论上分析了非线性点缺陷的动态移动特性,所得结论与数值模拟结果一致。该结论为设计光子晶体全光器件提供重要参考。     

Enhanced parametric amplification in slow-light photonic crystal waveguides

We demonstrate both theoretically and numerically that slow light can enhance the parametric process of silicon in photonic crystal line-defect waveguides. Specifically, to get the desired gain, the pump power for a given gain medium length or the gain medium length for given pump power can be reduced by （c/vgn）^2 when slow light waveguides are used, where n is the material index of conventional waveguide, vg is the group velocity of the slow light waveguide and c is the light velocity in vacuum.     

基于光子晶体的THz全光开关响应特性分析

选择超短泵浦脉冲激励非线性光子晶体点缺陷,研究了THz全光开关的受激响应特性。研究发现这种具有高品质因子的非线性缺陷在脉冲激励下能迅速响应,特别是当激励脉冲功率密度增大到一定值时,脉冲在高功率密度中的响应延时比泵浦脉冲本身的时域线宽还窄,此外从理论上分析了非线性缺陷模在脉冲激励下发生变化的原因,得出响应速度取决于非线性缺陷模频谱展宽程度的结论。     

Low frequency dispersion law for two-dimensional metallic photonic crystals

Using the rigorous multiple-scattering theory, we study the dispersion relation of electromagnetic （EM） waves in two dimensional dielectric photonic crystals （PCs） and metallic photonic crystals （MPCs） in the low-frequency limit. Analytic formula for the effective velocity of EM waves in PCs and MPCs is obtained. Accuracy of our formula is checked by comparing the results with rigorous calculations. For PCs, our result is exactly the same as the coherent potential approximation （CPA）, which is accurate even when the filling fraction is high. But for MPCs, our approach demonstrates special advantages, while the CPA theory fails, in predicting the effective velocity of EM waves in MPCs at low frequency.     

基于结构性改变PCFG的制备工艺研究

研究了基于结构性改变的光子晶体光纤光栅的热激法制备工艺,理论分析了此种工艺的成栅原理,采用热传导理论和有限元法研究了制备过程中光子晶体光纤中的温度场分布,以及包层空气孔结构和激光参数对成栅效果的影响。研究结果表明,利用光子晶体光纤包层空气孔周期性塌缩可以形成光栅;采用两点热激法时,能够实现能量在光纤径向均匀分布,轴向近似于高斯分布;包层气孔结构加速了成栅过程,相同光斑尺寸下,光纤塌缩所需激光功率随气孔层数和气孔半径的增大而减小;最后,对包层空气孔结构为1层到7层的光子晶体光纤热激过程进行仿真,得到了空气填充率与所需激光功率的关系。此种光纤光栅从根本上克服了传统光栅热稳定性和长期稳定性不佳的问题,在光纤传感等领域具有较大的潜在应用价值。     

基于等效介质二维光子晶体平面波展开法的理论研究

应用等效介质理论，提出了一种计算二维光子晶体的新平面波展开法，数值模拟了圆介质柱在空气中正方排列结构的能带，模拟结果与常规的平面波计算结果符合的很好。     

基于等效介质二维光子晶体平面波展开法的理论研究

应用等效介质理论,提出了一种计算二维光子晶体的新平面波展开法,数值模拟了圆介质柱在空气中正方排列结构的能带,模拟结果与常规的平面波计算结果符合的很好。     

一种新型二维像素型光子晶体的能带结构

运用快速平面波展开法计算了一种新型二维正方结构像素型光子晶体的能带结构,通过参数优化,在低频区,该光子晶体具有最大绝对禁带宽度Δω为0 0522ωe,(ωe=2πc/a,a为晶格常数,c为光速),中心频率ωmid为0 7184ωe,Δω/ωmid=7 266%.     

基于椭圆基元光子晶体的宽角度自准直传输研究

针对二维光子晶体在自准直传输现象,推导了非正交坐标系下的时域有限差分(FDTD)模型,有效地计算了二维椭圆基元光子晶体带隙结构.结合等频图分析,从理论上研究了二维椭圆基元光子晶体结构中TM模式的自准直现象,优化设计出宽角度自准直效应模型,并通过高斯波束验证了其无衍射自导传输模式.     

点缺陷、线缺陷耦合THz波全光开关特性研究

采用基于时域有限差分技术的数值模拟方法,研究了点缺陷和线缺陷复合的光子晶体结构,分析了在不同功率强度下入射光的透射行为。分析结果发现,当入射光频率与缺陷模谐振频率相等时,点缺陷束缚入射光,入射光透射率表现为“断”的状态;当入射光频率与缺陷模中心频率不相等时,入射光透射率表现为“通”的状态。而改变入射光功率强度会使缺陷模的位置发生移动,从而实现了THz波透射率调制的功能。该结论为设计THz波全光开关提供了重要依据。