负折射率介质光子晶体光纤带隙结构的研究

提出了一种新型结构的负折射率介质光子晶体光纤,采用平面波法(PWM)分析了这种光子晶体光纤的带隙结构,研究了负折射率变化与负正折射率介质比变化对光子带隙结构的影响.分析结果表明,负折射率介质的光子晶体光纤的带隙数量和宽度随折射率和介质比变化而变化.取负折射率值为-1.5、负正介质填充比为0.88、空气孔间距为2.6 um时,可得到多条带隙和较大的带隙宽度,实现PBG导光的波长范围为1 225 nm-4 084 nm.     

光子带隙型光子晶体光纤的带隙

采用平面波展开法,通过模拟分析带隙型光子晶体光纤空气填充率和介电常数对带隙的影响,对光纤的平面内和平面外带隙特性进行了研究与讨论.     

非圆形空气孔型二维光子晶体带隙率模拟

采用平面波展开法对两类晶格(三角晶格和正方晶格)及圆形空气孔或两种非圆形空气孔(正方形和六边形)构成的二维光子晶体带隙率进行了数值研究,分析了填充比f对带隙率ωR的影响.结果表明,晶格对称结构和空气孔形状对带隙大小有影响.给定晶格对称结构,选择具有相同对称形状的空气孔能得到较大的绝对光子带隙.在这3种空气孔当中,三角晶格对应六边形空气孔有最大带隙率,当填充比f=0.8时,带隙率ωR=23.3%;正方晶格对应正方形空气孔有最大带隙率,当填充比f=0.67时,带隙率ωR=14.7%.     

带隙型光子晶体光纤及其分析方法

光子晶体光纤是近年来出现的一种新型光纤,其特点是包层排列有规则或随机分布的波长量级的空气孔。包层中的微结构使得光子晶体光纤能够呈现出许多传统光纤不具备的特性,其在光通信领域具有极大的应用前景。文章从光子晶体的概念出发,概述了光子晶体的特征,通过引入光子晶体光纤的概念,介绍了光子带隙型与全内反射型光子晶体光纤的基本结构及导光原理。同时文章简要分析了带隙型光子晶体光纤的各种主要理论研究方法,并对其做出了相应的评价。     

三角晶格光子晶体第一带隙特性研究

光子晶体的带隙特性对于电磁传输器件设计具有重要意义.基于电磁波传输理论,应用MATLAB数值模拟了五种半导体材料SIC、Si、Ge、InSb和HgTe构成二维圆柱三角晶格光子晶体TM模第一带隙特性,研究得到不同填充率条件下,介电常数较大的可形成较宽带隙,第一带隙上下边界频率都上移,第一代带隙宽度也随着填充率的增加而增加.研究结论为光子晶体器件制作提供参考.     

基于填充混合液体的六边形光子晶体光纤的温度传感

以填充高热敏系数混合液体的六边形光子晶体光纤为温度传感载体,数值求解了受激布里渊散射的波动耦合方程组,从输出斯托克斯光的脉冲个数和功率解调出整个光纤上的温度分布信息.对比不同结构的光子晶体光纤和混合液体的不同配比,数值计算结果表明受激布里渊散射导致的脉冲时延对温度测量的影响可以忽略不计;当四层空气孔的直径均为0.9Λ,酒精和氯仿的体积比为1∶1时,温度分辨率最高,功率测量设备仅需要达到18.3dB的分辨率,这比传统的通过布里渊频移来解析温度变化在精度上提高了大约160倍.为今后研制更高精度的温度传感设备,提供了一定的理论基础.     

光子晶体光纤中基于SBS实现慢光的数值模拟

通过运用四阶龙格库塔法和特征线法对基于光子晶体光纤的受激布里渊散射耦合方程组进行数值求解,讨论不同纤芯直径的光子晶体光纤在相同的Stokes波功率和相同的Stokes波强度下对受激布里渊散射慢光产生的影响,发现芯径越小PCF的时延特性越好,但是伴随着较大的脉冲展宽,对于Stokes波脉冲,较小的输入Stokes波功率具有更大的时延.考察不同的脉冲宽度对光子晶体光纤中的慢光的影响,发现较短的脉冲具有更大的相对时延并伴随着较大的脉冲展宽.通过改变小芯径光子晶体光纤的占空比,讨论光子晶体光纤的结构变化对受激布里渊散射慢光的影响,发现小芯径PCF的占空比越小,对应的SBS慢光的时延越大,脉冲展宽也越明显.以上结论可以为慢光缓存器的设计提供理论参考.     

二维六边形晶格光子晶体的带隙研究

运用平面波展开法模拟计算了二维六边形晶格光子晶体的能带结构,得到了使光子带隙最大化的结构参数.分别以不同介质作为本底,由圆柱、正方直柱和六角形直柱空气孔构成的六边形晶格光子晶体都出现了完全光子带隙,为进一步光子晶体的实验制备和应用提供了理论依据.     

结构参数对二维光子晶体完全带隙影响分析

利用平面波展开法计算了二维三角晶格光子晶体完全带隙,同时改变光子晶体背景介质的介电常数和空气孔半径,背景介质的介电常数εb从8变化到38,空气孔半径从0.39a变化到0.51a,系统计算分析了影响完全带隙大小的因素.结果 表明,当空气孔半径为0.492a时,背景介质介电常数εb为20时,带隙宽度出现最大值,其归一化带隙宽度为0.1387,中心频率为0.4447.完全带隙宽度随着介电常数的增大,在8＜εb＜18之间完全带隙宽度增加迅速,εb=20时带隙达极大值,随后趋于减小的趋势,其带隙的中心频率随着εb的增大而 单调递减.     

色散补偿光子晶体光纤的设计

由于光纤的色散严重限制了高速信号的传输,在长距离数据传输系统中必须得到补偿.本文利用矢量有效折射率方法对光子晶体光纤的色散补偿特性进行了数值模拟.通过模拟,发现了光子晶体光纤包层结构参量与其色散之间的关系,并且通过对包层空气孔节距∧、包层空气孔直径碱包层的空气填充率,等参数的优化,得到了低至-978.34 ps/(km·nm)的色散值,其补偿能力远大于常规色散补偿光纤.     

二维光子晶体完全光子带隙的优化设计

应用平面波展开法推导二维光子晶体横磁场模式和横电场模式主方程,得到两种模式下的二维光子晶体完全带隙,并研究二维光子晶体完全带隙宽度及中心频率位置随填充比和背景介质介电常数的变化规律,从而实现二维光子晶体完全光子带隙的优化.     

正方空气柱结构二维三角晶格光子晶体及其禁带特征

基于平面波展开法比较研究了空气圆柱三角晶格光子晶体和正方介质柱三角晶格光子晶体的禁带特征,提出了正方空气柱三角晶格光子晶体结构,并分析了相对介电常数对其禁带宽度的影响.结果表明:空气圆柱三角晶格光子晶体要比由同种介质材料构成的正方介质柱三角晶格光子晶体的完全禁带要大得多;对于正方空气柱三角晶格光子晶体,当相对介电常数εr>12.0时将出现双禁带,且当εr=19.0时两条禁带均达到最大值.     

三角格子式二维光子晶体的光子带结构研究

本对二维光子晶体的电磁波理论及周期介质中的Bloch波解做了详细的推导，给出了光子晶体中的禁带存在的理论依据，同时以三角格子晶格的两维光子晶体为例，验证了空气圆柱在电介质中的排列存在E偏振和H偏振的光子带隙重叠区，称为绝对光子带隙，最后着重阐述了二维光子晶体在实际应用中的最新成果。     

椭圆散射元构建的二维光子晶体禁带特性

基于对光子晶体禁带的研究,设计了一个椭圆形散射元。利用平面波展开法,采用二维六边形晶格结构,对这一椭圆散射元光子晶体的禁带特性进行模拟计算。分别计算了TE模式和TM模式两种电磁场下的光子晶体的禁带宽度,对相对禁带关于散射元结构参数变化的关系做了分析,依据相对禁带宽度,找到相对禁带最大的模型。     

正入射时二维空气孔结构正方形和三角形光子晶体的带隙结构

 利用平面波展开法推导出光在光子晶体中传播时的本征方程及其矩阵表达形式,数值求解了圆形空气孔结构的正方形光子晶体和三角形结构光子晶体的色散曲线,给出了不同空气孔结构下的色散曲线。计算分析发现,在<11>方向上,二维正方形结构的光子晶体E波的第一带隙与H波的第一带隙完全分开。在<10>方向上,E波的第一带隙比H波略窄,两者的变化趋势也不尽相同。对E波来说,第一带隙随着空气孔径的增大而增宽;但对H波来说,第一带隙先增宽再变窄。与正方形结构光子晶体不同的是,二维三角形结构光子晶体在<11>方向的第一带隙边缘位置并不在M（1,1）点,而是出现在（0.5,0.5）点,其中心频率比<10>方向的小,但其带隙宽度较正方形结构的大。在<10>方向上,E波的第一带隙比H波的略宽,且两者的变化趋势完全相反。对E波来说,第一带隙先增宽再变窄;但对H波来说,第一带隙随着空气孔径的增大而增宽。     

微波波段二维光子晶体带隙影响因素的分析与研究

应用平面波展开法和时域有限差分(FDTD)法分析计算了二维方形光子晶体微波波段带隙范围,并重点分析了影响微波波段二维方形光子晶体带隙的因素。通过改变二维方形光子晶体的介电常数、截面半径,得出了带隙范围随这两种因素变化的规律,从而为微波传播的二维光子晶体器件的设计提供理论基础。     

光子晶体时域有限差分方法并行化研究

光子晶体的设计和模拟所需的计算量非常大,受到现有计算机计算能力的限制,对复杂系统的研究更是无法进行。研究PC-cluster体系结构上的大规模并行计算方法,建立时域有限差分方法光子晶体的并行计算程序,对透射穿过光子带隙材料的电磁波进行计算,这种方法对计算光子带隙和解决杂质问题效果较好。     

二维周期复合介质构成的光子晶体能带结构

用平面波展开法计算复合介质构成的二维光子晶体的能带,计算结果表明当光的波长比介质的非均匀性尺度小很多时,出现较明显的带隙, 在低频段即长波段该种复合介质的光子晶体可以用一等效的单层介电晶体代替.     

二维三角晶格光子晶体的带隙计算和波导的传输效率分析

采用平面波展开法对二维三角晶格介质柱光子晶体和空气孔光子晶体分别在TM和TE极化下的带隙进行了计算;采用时域有限差分法分别计算了TM模和TE模在二维三角晶格介质柱和空气孔弯曲波导中的传输效率。研究对设计高传输效率的光子晶体波导定向耦合型器件具有重要意义。