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。     

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。     

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.     

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。     

Woodpile结构中Y型波导的非平面优化

为了探究光子晶体中堆叠方向上的可调谐性,在三维光子晶体（Woodpile结构）中,利用Woodpile结构的空间特性设计、模拟和分析Y型波导的传输特性,对Y型波导进行了平面和非平面的优化设计。研究结果表明,非平面的优化设计可以很好地调节导模的范围,实现波导良好的传输特性,在光学器件集成方面具有重要的应用价值。     

可调谐光纤光栅微流体

展示的是微结构光纤的气孔塞周期性注入微流体,使波长依赖性衰减,导致光纤之间产生共振耦合,形成光波导折射光栅。这是一个微结构谐振的例子,建立了增强可调谐光子晶体器件潜在的方法。应用的理论是液晶填充对光子晶体光纤传输特性的影响。     

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。     

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。     

光子晶体多路选择器的设计和仿真

以时域有限差分法(FDTD法)和介质波导定向耦合理论为基础,模拟了光在光子晶体耦合器中的传输情况:当耦合器长度为拍长的整数倍时,光经过耦合沿输入波导输出;当耦合器长度为半拍长的奇数倍时,光经过耦合后从另一波导输出.我们设计了一个四端口的光子晶体多路选择器,实现了将3种不同波长的光进行分离.同时还提出了通过光子晶体耦合器的耦合长度来计算光波传输的群速度的方法.     

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.     

2D-3D异质结结构中集成波导的优化

为了探究光子晶体在多方向上的传输特性,采用时域有限差分方法系统地设计、模拟和分析了太赫兹波段下2D-3D异质结结构中的波导集成器件。通过对垂直波导和输出波导的优化设计发现,减小垂直波导中邻近微腔之间的旋转角度可以有效提高集成波导的传输效率;增宽输出波导时,导带范围和传输效率进一步得到了改善。另外通过设计研究了多方向传输的集成波导器件,证明其各方向都具有良好的传输效率。     

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?     

一种六角点阵结构的金线填充偏振分束器

目的 基于光子晶体光纤的特殊结构，设计一种六角点阵结构的金线填充偏振分束器。六角点阵结构和金线填充设计有利于获得高双折射，使其具有更小的耦合长度，有利于器件小型化。方法 利用矢量光束传播法设计，并对偏振分束器的特征性能参数进行了数值计算分析。结果 当偏振分束器的周期Λ=1.14μm,相对孔间隔比d/Λ=0.733,椭圆率为0.78时，该光子晶体光纤偏振分束器的长度为369.24μm,在1.55μm处消光比为-37.8 dB,低于-10 dB消光比的带宽为18.9 nm。结论 计算结果表明，通过金线填充的光子晶体光纤，获得了短耦合长度、宽工作带宽的偏振分束器。     

光子晶体及其应用研究

对光子晶体的性质和应用,如光局域化或光子晶体波导,甚至于是沿着一个很尖锐的弯曲的光子晶体波导能力,以及光子晶体激光器,进行了讨论.在这一技术领域,有许多基础方面的特点被认为是正确的,但却没有给出严格的证明.这是由于下列两方面的原因,第一是这个新领域发展的非常迅速,第二是由于在光子晶体中分析电磁波是很困难的,除了使用计算机去得到定量结果外,没有别的选择.板型的光子晶体(带有一个周期性空洞系统的高折射率板片),对高集成的光电路器件来说,也许是最佳结构.     

二维光子晶体直波导传播特性的研究

应用平面波展开法研究了二维光子晶体直波导的传播特性.根据计算得到在0.21371-0.27543Hz波段的光波能在波导中很好的传播.并且分析了当圆柱半径从0.1 a-0.5 a发生改变时的带隙规律,研究结果为光子晶体波导器件的开发提供了理论依据.     

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.     

PDMS基光子器件的耦合光栅与波导研究

基于柔性材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)的优异特性,面向紫外和可见光波段进行光子器件基础研究和设计.通过单模波导以消除模间传输损耗,基于布拉格条件的数值解析和有限元仿真优化设计耦合光栅结构,实现了光栅刻蚀比为0.9、周期为570 nm的峰值损耗为6 dB的单模波导集成型耦合光栅.结果 表明,基于PDMS的芯片光子结构可以...     

缺陷态二维光子晶体传播特性的研究

应用平面波展开法研究了缺陷态二维光子晶体的传播特性。根据计算得到在0.208~0.32698Hz波段的光波能在波导中很好地传播。并且分析了当圆柱半径从0.1a~0.5a发生改变时的带隙规律,研究结果为光子晶体波导器件的开发提供了理论依据。