含有缺陷的对称性光子晶体的完全透射和滤波

计算了包含单个和多个缺陷并保持对称性结构的一维光子晶体的透射谱.在光子晶体的禁带中得到了一个和多个完全透射峰.调整多个缺陷间的相对距离,相应透射峰间的距离也跟着发生变化,但其完全透射性保持不变.通过选择合适的材料和调整多个缺陷间的距离,可以在光子晶体的禁带中得到一个近完全透射带.     

介质厚度对一维三元结构光子晶体透射谱的影响

用传输矩阵法研究各介质层厚度对一维三元光子晶体（CBA）m（ABC）m透射谱的影响,结果发现：在很宽的禁带范围内,仅出现一条透射峰,且随着m的增加透射峰越加精细;随着A、B、C各介质层厚度的增加,透射峰均向长波方向移动,三者厚度同时增加时透射峰移动速度最快,单层厚度增加时,增加C层厚度透射峰移动最快,B层次之,A层最慢;随着各层介质厚度增加,光子禁带向长波方向移动,各层厚度同时增加时主禁带移动的速度最快,单层厚度增加时,移动速度快慢依次为C层、B层、A层。随着各层介质厚度同时增加或是C、A单层增加,禁带加宽,但B层厚度增加禁带反而变窄。一维三元结构光子晶体的这些特性,为光子晶体设计不同频率范围的光学滤波器、反射器等提供指导。     

入射角对对称结构一维三元光子晶体透射谱的影响

用传输矩阵法研究对称结构一维三元光子晶体（ABC）n（CBA）n的透射谱,结果发现：随着n的增加,出现的单条透射峰越加锋锐;随着光入射角的增大,在TE偏振模情况下,窄透射峰向高频方向移动,在TM偏振模情况下向低频方向移动,而两种情况下的主禁带范围保持不变.这些传输特性为光子晶体设计和新型光学器件研制提供了有益参考.     

镜像对称一维光子晶体带隙特征

为了研究一维镜像对称光子晶体的传输特性,用特征矩阵法计算了其透射谱。由观察透射谱可以发现缺陷模的位置会随着介质的光学厚度和折射率的增加都往长波方向移动,缺陷模的数量会随着缺陷位置与对称轴的距离增加而逐渐由2个减为1个,说明光子晶体的带隙与它的光学厚度的大小和折射率的大小以及缺陷模与对称轴的位置都有密切的关系。     

缺陷光学厚度对对称结构一维光子晶体透射谱的影响

在A层为双正和双负介质情况下,用传输矩阵法理论研究缺陷层的光学厚度对对称结构一维光子晶体（AB）mC（BA）m透射谱的影响,结果发现：在无缺陷情况下,不论A层是双正还是双负介质,禁带中心均出现超窄频带单透射峰,具有传统对称结构光子晶体透射谱的特征;当中间插入光学厚度等于四分之一中心波长的双正缺陷C后,两者的单透射峰一分为二,且双负情况下两透射峰之间的距离较大;当缺陷C的光学厚度为二分之一中心波长时,双正情况下禁带中心出现单透射峰,双负情况下则出现三条透射峰;当缺陷C的光学厚度等于中心波长时,双正情况下出现三条透射峰,而双负情况下则出现五条透射峰。对称结构光子晶体的透射谱随缺陷光学厚度变化的规律,可用以设计可调性超窄带滤波器。     

一维Si/SiO_2光子晶体在近红外波段滤波特性研究

设计了一种结构为(Si/SiO_2)~ND(Si/SiO_2)~N的一维光子晶体滤波器,利用传输矩阵法,理论模拟了其在近红外波段的滤波特性。通过比较两种不同缺陷层材料Si与SiO_2发现:低折射率缺陷SiO_2的结构透射峰的峰值更高;当缺陷的厚度增加时,透射峰的半高宽和峰值能够保持稳定。对于两种缺陷材料的结构,在缺陷厚度保持不变时,随着入射角的增加,TE模式下禁带短波长处的禁带边沿蓝移量大于长波处,禁带中透射峰的峰值降低且半高宽减小;TM模式下禁带长波长处的禁带边沿蓝移量大于短波处,半高宽增加,且入射角度从0°到60°变化时可有效增加透射峰高度。本研究分析缺陷层厚度和入射角度两种调谐方式对于近红外波段滤波性能的影响,为近红外波段光子晶体滤波器的应用提供了理论依据。     

基于粒子群算法的一维光子晶体滤波器性能优化

在一维光子晶体带隙内引入镜像缺陷,能够在特定位置形成一个尖锐的透射峰。为了获得1 550 nm中心波长处的窄带透射和高的品质因数,采用粒子群优化算法(PSO)对介质厚度进行优化,当介质层厚度d1=139 nm,d2=222 nm时,在1 550 nm波长处,获得0.95的透射率和135的品质因数。     

影响双负材料光子晶体透射峰品质的因素

利用传输矩阵法,研究双负材料光子晶体(CBA)n(ABC)n的透射谱,结果得到:当随着光子晶体重复周期数的增加和入射角的增大,透射峰都向短波方向移动,且带宽都逐渐变窄,透射峰的品质因子都得到逐渐提高;当双负介质C折射率负值的减小,透射峰向长波方向移动,且带宽逐渐变窄,透射峰的品质因子也得到逐渐提高。这些介质厚度对单负材料光子晶体透射峰带宽的影响规律,可为设计光学器件如光学开关等提供理论指导和制备依据。     

复介电一维双周期光子晶体的透射谱结构及其特性

利用传输矩阵法研究一维双周期光子晶体的带隙结构、增益和衰减特性。结果表明:双周期一维二元和三元复合光子晶体的光子带隙结构具有宽禁带的特点,并且两带隙的交叠处出现了多个共振透射峰;当组成该光子晶体的一种介质为复介电且其虚部为负时,各共振透射模式都出现了不同程度的增益;随着复介电常量虚部的增加,各透射增益先增加后减少,中间存在一极值点,但是各共振透射模式出现透射增益极值点的虚部不同,且最大增益的大小也不同;当组成该光子晶体的一种介质的复介电虚部为正时,各共振透射模式的透射峰出现衰减。     

吸收对对称性一维三元光子晶体能带的影响

利用复折射率及传输矩阵理论,研究了光子晶体的吸收对对称性一维三元光子晶体能带及透射峰的影响,研究表明:在反射波中,禁带的反射率随消光系数的增加而迅速降低,当k增加到0.005时,禁带边缘模糊,不存在明显的禁带;在透射波中,随着消光系数的增大,禁带边缘逐渐模糊,当k增加为0.003时,透射率降为0.35;光子晶体的消光系数对禁带内透射峰的透射率有着明显的影响,当k为0.001时,透射率下降到0.15,随着消光系数的增加,透射峰的半峰全宽随之增加,但对透射峰的中心波长没有影响.     

光子晶体势阱中的共振透射模

引入简单镜像对称的一维二元光子晶体结构模型,应用传输矩阵方法研究在该镜像对称的一维二元光子晶体结构模型两端加入高折射率介质时的光子带隙结构.结果表明,加入较高的折射率介质时,光子晶体原来的带隙结构中存在的窄的共振透射峰变宽,且随着势垒的不断增加,分裂的共振峰变得越来越细,中间的共振峰透过率一直保持在100%,而两侧的峰高则有所降低;当两端加入的介质折射率进一步提高,这时共振透射峰分裂为3个窄的共振透射峰,同时还在其他波长处出现多个窄的透射峰.这种带隙结构可以用来设计优异理想窄带滤波器.     

含负折射率介质的光子晶体量子阱的透射谱特性研究

构建具有双量子阱结构的一维光子晶体(AB)m(CD)n(AB)m(CD)n(AB)m的物理模型[(AB)5(CD)n]2(AB)5,考虑介质为正折射材料或负折射材料情况,利用传输矩阵法对不同的n取值及C、D材料进行色散关系和透射能带谱的数值计算与分析,揭示光子遂穿多量子阱结构时谱线条数及其分裂的规律性.结果表明,当重复...     

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.     

周期数对多周期一维光子晶体透射谱的影响

用传输矩阵法研究多周期一维光子晶体（CgAlCm）n的透射谱,结果发现：在2 200 nm（频率-波长）位置出现一条宽的透射带,透射带两边对称分布着两组相同特点的透射峰,各组透射峰的条数均等于n-1条;随着周期数n的增大,宽透射带上端出现振荡,并产生数目与n-1值对应的振荡峰,随n的增大,两组透射峰数目分别随n-1值增加的同时宽度会越来狭窄;随着周期数g、m的增大,透射带和左右两侧的两组透射峰均向右移动,且透射带和透射峰会越来越窄;随着周期数l或g、l、m或g、l、m、n的增大,透射带和左右两侧的两组透射峰所分布的频率范围均扩大,并向长波（低频）方向移动,同时透射带上端的振荡加剧,振荡峰数目与各周期数有关,当移动和振荡到一种程度后,透射带与两侧透射峰合并成单组透射峰,而且当g、l、m、n同时增大时合并现象最明显。多周期一维光子晶体透射谱随周期数变化的这些特性,为光子晶体设计可调性多通道宽带、窄带光学滤波器件提供指导。     

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.     

复介电缺陷对称一维三元光子晶体传输特性的研究

利用传输矩阵法,研究了具有复数电常数缺陷对称一维三元光子晶体的透射谱和增益特性.结果显示,无论加入奇数个还是偶数个缺陷,在第一禁带和第二禁带中分别出现了透射峰A和透射峰B.在缺陷层介电常数的虚部为负值时,缺陷模B表现出良好的增益效果;在缺陷层介电常数的虚部为正值时,缺陷模A表现出一定的增益特性,含6缺陷的增益效果比较明显.     

一维有限光子晶体中的单个缺陷

在一维有限光子晶体中利用传输矩阵推导了其反射和透射系数,并讨论了单个缺陷位置对透射系数的影响,发现单个缺陷在晶体中不同位置具有相同的缺陷模频率,但其透射峰具有不同的高度,同时当缺陷在晶体中心时,其透射峰最高。     

实现双系多通道光滤波功能的双周期光子晶体结构

用传输矩阵理论,研究了双周期一维光子晶体结构模型（AnBn）m的光传输特性。结果发现：当光正入射通过光子晶体时,光予禁带内有两个区域出现多条窄带透射峰,其透射率均为100％,两区域的透射峰数目可单独由周期数M来控制,且与M-1数值对应,可实现双系多通道光滤波功能;随着周期Ⅳ的增大双系出现互相靠拢的趋势,同时双系透射峰会越来越锋锐,即周期数Ⅳ的增大起到提高光滤波品质的作用;随着介质折射率的增大,双系透射峰带宽均变宽,而且透射峰劈裂变为振荡峰。双周期结构光子晶体的光传输特性,对设计双系多通道滤波器具有指导意义。     

基于二维光子晶体的THz频分复用器件

THz通信及检测等应用领域迫切需要THz窄带滤波及频分复用等损耗小可集成的器件,设计了一种基于光子晶体点缺陷和线缺陷的THz频分复用器。该系统是在空气和高阻硅构成的二维正方形结构光子晶体中设置两个线缺陷实现上下载波导功能,同时设置两个间隔的空气点缺陷实现频率选择功能。利用平面波展开法和时域有限差分方法,分析了这种结构的光子晶体缺陷模特征及线缺陷和点缺陷之间的耦合特征,下载波导输出端的频谱表明在0.927THz和1.184THz处有两个窄带输出峰,当改变两个空气点缺陷之间的硅柱半径时,两个窄带峰的中心频率可调。