具有缺陷态的二维光子晶体通讯波长滤波器的结构优化设计

采用平面波展开法分别模拟设计了理想和带有点缺陷与线缺陷的二维光子晶体能带结构;进一步构建具有点缺陷和线缺陷联合结构滤波器,通过改变介质折射率、介质柱半径和背景材料折射率,使点缺陷的滤波中心波长处于光子晶体禁带中的1.31和1.55μm两个主要通迅波长.同时,采用时域有限差分算法模拟滤波器的传播和滤波频谱特性,结果显示,该结构滤波器的滤波频谱中心波长刚好分别位于1.31和1.55μm,透射峰尖锐,显现出优良的滤波特性.     

一维环形镜像缺陷态光子晶体结构传感特性研究

基于光子晶体的局域特性与禁带特性,提出了一维环形镜像缺陷态光子晶体结构。镜像结构的引入将在光子晶体的中心处形成缺陷腔,从而在透射光谱禁带中获得谐振透射峰。利用传输矩阵法建立谐振峰值波长与待测样本参数之间的传感模型。将原波导结构中的介质B挖空形成环形空气凹槽从而可得到改进后的环形镜像空气栅光子晶体结构,进而通过观测谐振峰值波长的漂移来实现气体样本参数的动态监测。仿真结果表明,结构的传感Q值可达1 739.48,灵敏度约1 642 nm·RIU~(-1),证实了该传感结构的有效性。该结构可为空气污染监测和气体成分分析提供一定的理论依据。     

基于向列相液晶缺陷的一维光子晶体可调滤波特性的研究

用传输矩阵方法研究了基于向列相液晶缺陷的一维光子晶体的滤波特性,模拟了电压、液晶厚度和双折射对光子晶体透射谱的影响.结果表明,通过外加电压的变化,很容易改变光子晶体透射峰的位置和透射率,液晶层厚度和双折射对透射率有很大影响.据此可设计出一种具有较窄的3dB带宽和较高透射率的电压可调光子晶体滤波器.     

含左手介质双缺陷态的一维光子晶体窄带双频滤波器

提出了一种具有双缺陷态特性的一维光子晶体结构,用左手介质作缺陷态材料,并且用光学传输矩阵法分析了这种结构的传输特性.仿真结果表明,在这种光子晶体的光子禁带上会出现两个极窄的穿透窗口,而禁带内的频段几乎无法通过,通过改变晶体的膜层周期数,该窗口频段的透射率最高可以超过98.6%.同时,该结构的透射率可以通过改变介质层周期数和负折射率值大小而调节.这种结构的光子晶体非常适合制作双频段的超窄带滤波器,并且有望在未来高速光通讯中得到应用.     

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。     

一维光子晶体滤波器滤波性能的影响因素研究

利用光学传输矩阵法研究了一维光子晶体滤波器滤波性能的影响因素,研究结果表明:光子晶体单元周期数对滤波器品质因数和滤波波长透过率均有重要影响,是光子晶体滤波器设计的关键因素;光子晶体单元厚度增加将使滤波波长红移,与光子晶体禁带中心波长并不重合,禁带中心波长相对于滤波波长蓝移;入射波角度对滤波性能也有影响,随入射角增大,滤波波长的透过率逐渐增大,垂直入射时达最大值.     

基于MIM波导缺陷谐振环结构的传输特性研究

应用时域有限差分方法(FDTD)研究了基于金属-介质-金属(MIM)波导缺陷谐振环结构的传输特性.该结构由一通道波导和位于通道上方的缺陷谐振环组成,与无缺陷谐振腔结构相比,缺陷谐振环结构破坏了环形腔原有的共振模式,从而呈现出新颖的滤波特性.当缺陷尺寸发生改变时,谐振环有效长度发生变化,通过调整缺陷的尺寸,可以有效调节滤波波长,其数值计算值与传输线理论值基本吻合.此外,通道波导与谐振环间的耦合强度在一定程度上依赖于缺陷的位置,因此通过调节缺陷的位置可以有效控制滤波强度.与其他滤波器相比,此结构在不改变结构总尺寸的情况下,可调节滤波波长,实现了更宽频段的滤波,并有效调节其透射率.当缺陷尺寸设定为某一特定值时,能实现模式间的简并,提高滤波性能.     

基于完全带隙的蜂窝型光子晶体偏振分束器

利用二维蜂窝晶格介质柱型光子晶体,设计一种带有微腔结构的光子晶体偏振分束器.采用平面波展开法计算该结构的光子带隙,并使用时域有限差分法得到其电场分布图和透射率,进一步分析所设计器件的消光比.结果表明:所设计的偏振分束器在波长1 550 nm处实现了横电(TE)模和横磁(TM)模的120°偏振分离,透射率均达98%以上,偏振最高消光比分别达到29.21和19.01 dB.并且偏振分束器尺寸较小,仅为14μm×16μm,结构紧凑,满足偏振分束器易于集成、透射率高、抗干扰强等要求,在未来光学元件和集成光路中具有良好的应用前景.     

复折射率介质一维光子晶体的透射特性

设计一种缺陷层为复折射率介质的一维光子晶体,并利用量子传输矩阵计算光波的透射率.结果表明:缺陷层为复折射率介质结构的光子晶体,其缺陷模个数随缺陷层厚度的增加而增加,缺陷模位置随常规介质厚度的增加向波长较小的方向移动.     

基于光子晶体微腔和光纤环形衰荡的微力传感器

提出一种基于光子晶体微腔的高灵敏度的微力测量方法.首先,提出一种M型结构的梁作为传感探头,使系统在受到微力作用时,仅有光子晶体微腔的空气孔折射率发生变化而引起谐振波长的漂移,极大地提高了传感器的线性度和测量范围.然后,对微纳环结构的光子晶体微腔结构进行优化设计,获得了品质因子高达7100的微腔.最后,选择合适的实验器件及其特性参数,搭建基于光纤环形衰荡的波长解调系统,实验结果表明该系统的波长解调灵敏度为90μs/nm,所设计的微力测量系统的灵敏度可达194.616μs/μN.     

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.       

含负折射率材料的一维光子晶体光学传输特性研究

采用光学传输矩阵方法,研究了由正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体中带有缺陷层时的光学传输特性.计算了含有普通电介质插层和有吸收的介质插层两种情况下的透射谱.结果表明,在正入射时,对于普通电介质插层,随插层厚度的增大,缺陷模的个数增多;对于有吸收特性的介质插层,随插层厚度的增大和吸收特性的增强,缺陷模式并没有出现,而是表现为对透射峰的明显增益.     

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。     

一维光子晶体的禁带特性

利用传输矩阵法计算并分析了垂直入射下光子晶体的禁带特性. 给出一个实际需要的禁带范围设计方法. 通过调节两个介质折射率和厚度可控制禁带范围, 并探讨了当两种介质的光学厚度均为1/4中心波长时, 光子晶体透射谱与中心波长、 两种介质折射率比值等的变化规律.      

含负折射率材料光子晶体耦合腔的传输特性

基于三分Cantor分形多层序列结构,设计了一种一维光子晶体耦合腔结构.用传输矩阵法研究了当引入的缺陷介质为负折射率材料时,该晶体耦合腔的传输谱和场局域化特征;在透射谱中得到了一个半高宽仅为0.19 nm的超窄透射窗口,通过曲线拟合得出了缺陷层折射率与超窄透射窗口位置之间的非线性解析关系.新耦合腔结构在光通信超密集波分复用和光学精密测量等领域中有一定的应用价值.     

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.     

介电常数对比度对光子晶体平带的影响

光子晶体是由不同介电常数材料构成的具有周期性空间排布的人工微结构.周期性调制的介电常数使得光子晶体呈现出各种各样的能带结构,其中平带因其无色散的特性引起了人们极大的关注.为了研究影响光子晶体平带的影响因素,以二维正方格子介质柱光子晶体为例,通过有限元方法,从数值上系统研究了构成光子晶体单元的两者材料的不同介电常数比值对光子晶体能带平整性的影响.研究结果表明,通过降低介质柱周围的介电常数可以获得较好的平带,从而为获得和进一步研究光子晶体近平带提供新的方法.     

基于缺陷磁流体光子晶体的磁场传感器研究

基于磁流体的折射率可随外磁场的变化而变化,提出利用传统的电介质材料和磁流体构成含缺陷的光子晶体结构来实现磁场传感。光子晶体缺陷层可以是传统的电介质,也可以是磁流体。利用传输矩阵法比较研究了两种情况下的磁场传感特性。计算结果表明,两种结构的缺陷模特性随光子晶体结构参数的变化规律基本相同,但以磁流体为缺陷层的缺陷光子晶体结构具有相对较高的探测灵敏度。研究结果为实际磁场传感器的设计、制备提供了参考。