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。     

具有双量子阱结构的一维光子晶体透射谱特性研究

在适当选择结构参数的基础上,采用传输矩阵法计算模拟一维光子晶体（AB）m（CD）n（AB）m结构模型的透射谱,当光子晶体（CD）n相邻的两个导带分别处于光子晶体（AB）m（AB）m相邻的两个禁带中时,构成一维光子晶体双量子阱结构,在光量子阱透射谱的归一化频率0.3（ωa/2πc）和0.55（ωa/2πc）两处周围,分布着两套具有规律的局域共振峰,出现明显的量子化效应,且两套透过峰数目都可以通过光子晶体（CD）n的重复周期数n来调节,这一现象可以用于设计可调性多通道滤波器。     

光在一维金属/电介质光子晶体中的传播特性

用转移矩阵方法从理论上研究了光波在一维金属/电介质光子晶体中的传播特性.通常可见光在金属中的趋肤深度只有十几nm,所以在几十nm以上厚度的金属中是不能传播的.但可见光在由金属和电介质构成的一维光子晶体中传播时,即使金属的总厚度远远超过趋肤深度,仍然能够通过.单层金属膜的厚度越大,透射率越小,透射谱线的峰宽越窄.随电介质层的厚度增大,光子带隙向长波长移动.结构的周期数越大,透射率越小.但周期数并不能影响带隙的位置和宽度.     

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.     

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。     

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.     

含双负介质一维光子晶体的量子阱结构研究

采用传输矩阵法研究一维光子晶体(AB)m(ACABACA)n(BA)m的透射谱,结果发现:无论C层为双正介质还是含双负介质,在归一化频率1.0ω/ω0处均构成对称分布的光子晶体量子阱结构,并在光量子阱透射谱的相应频率位置出现对称分布的共振透射峰,呈现明显的量子化效应.当C层为双正介质时,透射峰数目等于n+1且位置可调;当C层为双负介质时,出现数目与n的奇偶性相关的透射峰.     

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。     

一维二元光子晶体量子阱的透射谱分析

利用传输矩阵法,比较分析了(AB)m-(BACAB)n-(BA)m和(AB)m-(CBAABC)n-(BA)m一维二元光子晶体量子阱分别含双正和双负介质C的透射谱特性,并重点分析了双负介质C对光量子阱透射谱的影响。通过改变双负介质C的折射率、阱层光子晶体的周期数,得出了光量子阱透射谱随这两种因素变化的规律,从而为光子晶体理论研究及新型量子阱光学器件设计提供参考。     

含双负介质一维二元光子晶体量子阱的透射谱分析

利用传输矩阵法,比较分析了(AB)m-(BACAB)n-(BA)m和(AB)m-(CBAABC)n-(BA)m一维二元光子晶体量子阱分别含双正和双负介质C的透射谱特性,并重点分析了双负介质C对光量子阱透射谱的影响。通过改变双负介质C的折射率、阱层光子晶体的周期数,得出了光量子阱透射谱随这两种因素变化的规律,从而为光子晶体理论研究及新型量子阱光学器件设计提供参考。     

一维三元光子晶体的偏振特性

利用特征矩阵法讨论了一维三元光子晶体的偏振特性。结果表明,在一级禁带内,光子晶体对S偏振光形成了全方位光子带隙;对P偏振光,禁带宽度随入射角的增大而减小,且只在禁带短波区域形成全方位光子带隙,而在禁带长波区域,随着入射角的变化将出现透射峰,存在明显的"广义布儒斯特角",各波长对应的"广义布儒斯特角"随波长增大而减小,透射峰半角宽度增大,透射峰个数逐渐增加。     

一维光子晶体的光学特性研究

利用传输矩阵法对一维光子晶体的带隙结构及传输特性进行了研究.计算得到了一维光子晶体在可见光波段范围内S波和P波的透射谱,通过透射谱的变化,分析了周期数、中心波长和不同偏振态入射光角度变化对一维光子晶体带隙的影响.     

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。     

掺杂一维光子晶体透射谱研究

用传输矩阵法计算模拟掺杂（含缺陷）一维光子晶体模型（ABCnAB）m的透射谱,当n=1,（ABCAB）。的透射谱出现了有规律的共振透射带,具有宽带滤波的特性,当m=10时,（ABCAB）10随缺陷层C的折射率以的变化,禁带中心频率处（1．0ω／ω0）出现了一个带宽由大变小变化的透射带,且每个透射带又分裂为恒定透射率的多个透射峰;当m=10,n为奇数时,模型（ABCnAB）10的透射谱出现奇数个透射带,n为偶数时,出现偶数个透射带,且每个透射带均分裂为9个透射峰。这些特性可用于设计可调性多通道滤波器等。     

一维光子晶体的光子带隙研究

通过改变一维光子晶体的周期排列常数、两种介质的折射率比观察了电磁波在光子晶体中的光子带隙(PBG)行为.当两种介质的排列周期常数a:b=1:1和1:2时,发现光子晶体在可见光区存在一个很宽的频率截止带,即光子带隙区.另外,当两种介质的介电常数比εα:εb小于1:5,在可见光区无光子带隙存在;而当该比率大于1:5时则出现一个很宽的光子带隙.说明两种介质的介电常数比对光子带隙的影响很大,该比例越大,越容易获得光子带隙.     

基于角度调谐的光子晶体滤波特性研究

提出一种含CaF2缺陷层的一维光子晶体结构,可用于光通信波段的可调谐滤波。通过传输矩阵理论对滤波器透射特性进行分析,结果表明:随着周期数目的增加,光子晶体禁带截止度增强,缺陷模半高宽逐渐变窄,同时缺陷层厚度增加使缺陷峰的位置均匀红移;正入射时,所设计滤波器结构的光子禁带范围是1 170~2 150nm;当入射角增大至掠入射过程中,TE模式全角度光子禁带为1 170~2 035nm,TM模式全角度光子禁带为1 170~1 640nm,表明TM模式禁带对入射角度的变化较敏感。研究发现,选取较大的入射角度或增加光子晶体周期数可以使TM,TE模式透射峰完全分离,通过角度调谐方式可实现光通信S波段两种模式的滤波。该光子晶体滤波器具有高透射率,窄半高宽,宽调谐范围的滤波特性,可有效提高传统滤波器的滤波性能。     

一维有限周期方形光子晶体波导的偏振特性

利用光波在一维有限周期方形光子晶体波导中横向受限的条件,推导出TE波和TM波两种偏振光在一维有限周期方形光子晶体波导中各个传输模式满足的关系式;计算出TE波和TM波传输各模式的禁带随周期数、模式量子数、边长的变化规律。     

一维四组元周期性结构光子晶体带隙特性分析

随着密集波分复用(DWDM)技术的发展,对多波长滤波器提出了更高的要求。为了给基于一维光子晶体的多波长滤波器提供支撑技术,本文先对一维四组元周期性结构光子晶体的传输矩阵进行简要的推导。接着,从该光子晶体的结构出发,基于传输矩阵法绘制了一维四组元周期性结构光子晶体的归一化透射率曲线,并与普通的一维两组元周期性结构光子晶体的归一化透射率曲线进行对比研究,分析了一维四组元周期性结构光子晶体在一个禁带周期内光子禁带数增加的原因。进而,从一维光子晶体的光子带隙机理出发,深入研究了不同折射率比、不同周期数对一维四组元周期性结构光子晶体带隙的影响。研究表明,一维四组元周期性结构光子晶体的禁带宽度由四层材料各相邻层的折射率差共同确定,具体宽度表现为各禁带的均值,但带隙特性更加完美。     

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.     

一维掺杂光子晶体的带隙结构及特征的研究

基于传输矩阵法,数值模研究了光子晶体带隙特征与光子晶体结构参量的关系。研究表明:一维光子晶体的带隙是由光子晶体结构决定的,单个基本周期结构的光子晶体不具有带隙结构,随着周期数的增加,光子带隙结构逐渐形成,禁带中心无导带;当掺杂时,禁带中心位置出现一个极窄的导带,并且导带深度随着杂质层折射率的增大而逐渐变浅,一维光子晶体的这种特性可应用于滤波器件和光学谐振腔的设计。