利用冲击波作用光子晶体产生蓝光的研究

研究了一种利用冲击波作用光子晶体产生蓝光的新方法.通过模拟光子晶体受冲击波作用后折射率的变化,对470nm蓝光,设定光子晶体的参量,研究了冲击波引起光子晶体带隙的变化,计算了需要冲击波的速度,分析了影响蓝光线宽和中心波长的因素.结果表明,变频后的光波线宽随冲击波和固定反射面的距离而变化,距离大时,线宽较小,距离小时,线宽较大,可以利用光子晶体的滤波作用对输出光波线宽进行控制,获得带宽稳定的或变化的输出光波.环境温度变化、光子晶体材料吸收特性影响光子晶体的带隙分布,进而影响蓝光的中心波长.研究结果对研制新的蓝光光源具有重要参考价值,同时也为其他相干光源的产生提供了一种新的技术.     

利用冲击波作用光子晶体产生蓝光的研究

研究了一种利用冲击波作用光子晶体产生蓝光的新方法.通过模拟光子晶体受冲击波作用后折射率的变化,对470 nm蓝光,设定光子晶体的参量,研究了冲击波引起光子晶体带隙的变化,计算了需要冲击波的速度,分析了影响蓝光线宽和中心波长的因素.结果表明,变频后的光波线宽随冲击波和固定反射面的距离而变化,距离大时,线宽较小,距离小时,线宽较大,可以利用光子晶体的滤波作用对输出光波线宽进行控制,获得带宽稳定的或变化的输出光波.环境温度变化、光子晶体材料吸收特性影响光子晶体的带隙分布,进而影响蓝光的中心波长.研究结果对研制新的蓝光光源具有重要参考价值,同时也为其他相干光源的产生提供了一种新的技术.     

一维光子晶体中自发辐射的非马尔科夫过程

本文利用一维有限光子晶体的模函数展开场算符，确定光与物质相互作用的Hamilton量，从而得到两能级原子自发辐射衰减的动力学方程。未借助马尔科夫近似，我们用数值计算的方法直接求解了原子与场随时间演化的动力学方程，发现在自发辐射过程的最初几个光学周期的时间内，自发衰减速率随时间的变化存在一系列脉冲形状的峰。由于作用于原子的场是一维光子晶体中历经多重反射的场的相干迭加的结果，原子的衰减行为敏感地依赖于多重反射场在原子所在位置的干涉。这种干涉性质依赖于光子晶体的结构。改变光子晶体的结构，使原子的跃迁频率位于光子晶体的禁带中、导带中或缺陷模频率处，可使原子的自发辐射得到抑制或增强。     

光学波段菲波纳契序列一维光子晶体纳米膜传输特性研究

为了研究光学波段菲波纳契序列一维光子晶体纳米膜的传输特性,应用传输矩阵方法数值模拟各种情况下的透射率即传输函数随频率的变化.数值结果表明在正入射时,菲波纳契序列一维光子晶体中的禁带宽度、中心位置、数目都与构成序列的项数、组元物理厚度、组成序列组元初始次序、组元折射率差值都对传输特性有较大影响,在可见光区组元折射率差值越大越易形成较宽禁带,进一步研究广义菲波纳契序列一维光子晶体纳米膜的传输特性,发现比典型情况更易在可见光区形成禁带.     

利用电磁感应透明介质调控一维光子晶体带隙结构

应用传输矩阵法研究了由电磁感应透明材料构成的一维光子晶体带隙结构.计算结果表明:通过改变控制光的拉比频率可以调控一维光子晶体的禁带宽度.随着拉比频率的增加,EIT原子气体的相对折射率也随着增加.随着拉比频率的逐渐加大,光子晶体的禁带宽度变得越来越窄,但变化变得越来越慢,即增加相同大小的拉比频率其影响越来越小.     

光学厚度对一维三元光子晶体禁带特性的影响

运用光学传输矩阵理论,研究了一维三元光子晶体的禁带特性.数值模拟结果表明：最高折射率和最低折射率介质的光学厚度明显地影响其绝对禁带宽度,而较高折射率介质的光学厚度对其相对禁带宽度影响较大.与二元光子晶体相比,三元光子晶体的绝对带宽和相对带宽都远远大于二元光子晶体.     

场频率变化时多光子J-C模型中原子的动力学特性

利用多光子J-C模型,在旋波近似下,研究了场频率随时间变化时二能级原子通过多光子跃迁与单模辐射场相互作用系统中原子的动力学特性,分析了光场频率随时间以正弦函数形式作小量变化的典型情况,利用数值计算方法给出原子算符S3(t)平均值随时间的演化曲线.研究结果表明:原子算符S3(t)平均值随时间的演化受场频率随时间正弦函数形式变化的调制,场频率振荡的幅值u越大调制作用越强.     

具有禁带展宽特性的一维光子晶体

提出了介质的光学厚度系数成圆形分布的一维光子晶体结构,与周期结构的光子晶体相比,该结构具有禁带展宽特性.同时讨论了起止膜层及膜层的光学厚度对该结构禁带特性的影响,优化出了在所选材料的介电常数所允许的频率范围内,具有完全禁带特征的光子晶体结构.     

一维光子晶体的电磁波理论及实现方法

对一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,并以此分析了禁带的特征.同时,对一维光子晶体的光学理论做了阐释,并应用于一维光子晶体的设计实践.列举了两个多层周期介质膜的禁带特性.最后对光子晶体的应用和制造前景做了展望.     

光子晶体的光学特性与近场光学测量表征

光子晶体具有独特而优异的光学特性及广泛的应用前景。介绍了光子晶体的概念、应用、发展,着重讨论了光子晶体的光子禁带、光子局域以及其它光学特性。从近场光学的原理和实验技术出发阐述了近场光学测量表征光子晶体的方法,对于光子晶体的研究具有重要的意义。     

光子晶体表面光波导的特性研究

采用平面波展开法和时域有限差分法,研究了光子晶体表面光波导的色散及光传输特性。研究结果表明,表面模的出现及其色散特性与表面介质柱的半径相关,色散曲线的斜率保持单调变化,并在最低或最高频率附近展现低群速度频率区。由于光子带隙和全内反射的共同影响,光场将沿晶体表面高效率地传输。研究结果为探索在光子晶体外部控制光传输具有重要的理论意义。     

光量子阱单滤波、多通道开关

在对称的光学厚度为1/4波长光子晶体体系中插入另一光学厚度为半波长的光子晶体形成光量子阱.通过控制入射光强可微小地改变此含缺陷光子晶体材料的介电常数,从而可形成高效的多通道光学开关,同时位于中心频率处的EM波保持高透射.研究表明该光学开关的阈值随缺陷光子晶体的层数增加而减小.     

光控液晶光子晶体微腔全光开关

设计了一种缺陷模迁移光子晶体微腔全光开关. 两条二维三角晶格空气孔光子晶体波导由一个光子晶体微腔连接, 在微腔的点缺陷中填充掺有少量偶氮聚合物的苯乙炔类液晶. 通过调节控制光的偏振态, 使偶氮聚合物发生顺-反异构化反应, 带动液晶分子重新取向, 从而改变光子晶体微腔的谐振波长, 进而实现光的通过与截止. 运用时域有限差分法和平面波展开法分析 了二维光控液晶光子晶体微腔全光开关的光学特性. 数值计算结果表明: 对于1.55 μ通信波段通过外界偏振光控制所填充的向列相液晶 的折射率可以实现对光波的导通与截止. 分析结果显示, 此开关具有阈值低, 消光比较大, 体积小等优点. 关键词： 二维光子晶体微腔 波导 时域有限差分(FDTD) 液晶     

光子晶体线缺陷波导中的折射率相位移调制增强效应

在传统的基于全内反射原理的低折射率比介质波导所构建的相位移调制型光学器件中,调制区域的长度通常在毫米到厘米量级.由于器件横向尺寸保持在微米量级,因此狭长结构成为了传统光波导器件的典型特征,这限制了光学器件集成度的提高,严重制约了集成光路的进一步发展.光子晶体的出现为高密集成光路的发展提供了一条新的途径.本文使用平面波展开方法计算了光子晶体线缺陷波导中的色散曲线.研究发现:在色散曲线下边缘处,材料折射率的一个微小变化可以引起传输常数的较大变化,如果工作频率点选择在带下边缘附近,则可以大幅度减小相位移调制型器件调制区域的长度.本文使用时域有限差分方法进一步验证这种增强效应,计算结果表明,对于0.46%的折射率变化,光子晶体线缺陷波导中的相位调制长度仅为均匀媒质中相位移调制长度的11.7%.通过以进一步研究,这种增强效应有望应用与高密度集成光路.     

Anisotropic photonic crystals and microcavities based on mesoporous silicon

A technique to prepare one-dimensional anisotropic photonic crystals and microcavities based on anisotropic porous silicon exhibiting optical birefringence has been developed. Reflectance spectra demonstrate the existence of a photonic band gap and of an allowed microcavity mode at the photonic band gap center. The spectral position of these bands changes under rotation of the sample about its normal and/or under rotation of the plane of polarization of the incident radiation. The dependence of the shift of the spectral position of the photonic band gap edges and of the microcavity mode on the orientation of the polarization vector of incident electromagnetic wave with respect to the optical axis of the photonic crystals and microcavities was studied.     

Novel optical modulator using silicon photonic crystals

We propose a novel compact and integrated optical modulator, which consists of p–i–n silicon photonic crystals with triangular lattice and a line defect waveguide. The device operation is based on a dynamic shift of the photonic band gap (PBG), which induced change in the silicon refractive index by the free carrier injection. We have numerically analyzed and investigated its light modulation performance by using plane wave expansion (PWE) method and finite-difference time-domain method. With small size, rapid response time and high extinct ratio, the designed optical modulator can be used in photonic integrated circuits.     

Position calculation of the frequency band gap in the finite photonic crystal with multiple alternations using boundary element method

In this paper, the wave transmission from finite photonic crystals with multiple alternations is investigated using boundary element method (BEM). Since that, in these structures the alternation is not in all directions of space; the investigations of the frequency band gap with desired accuracy are not practical by analytical methods. Also, the frequency dispersion of dielectric rods is an effective parameter in photonic crystals, which this effect in our calculations has been considered. Due to the high capabilities of the BEM, the transmitted wave spectrum in the photonic crystal is calculated by changing the geometrical and optical parameters of the photonic crystal and applying more alternation in its structure and the position and width of the frequency band gap is investigated. Then, it is assumed that the photonic crystal with an arbitrary angle is rotated around the axis which is perpendicular on the crystal cross section and then, it is irradiated with a plan wave. The band gap of the photonic crystals with the desired structure, desired rotation angle and multiple alternations have been solved. Very low information volume, high speed and accuracy during the calculation and useable for any desired structures are the characteristics of this method.     

Broadband wave plates: Approach from one-dimensional photonic crystals containing metamaterials

Broadband wave plates working in subwavelength scale are realized by one-dimensional photonic crystals containing negative-index materials. It is demonstrated that the phase shift of reflected wave as a function of frequency changes smoothly within the stop band of the photonic crystal, while it changes sharply within the pass band. In the stop band, the difference between the phase of TE and that of TM reflected wave could remain constant in a rather wide frequency range. These properties are useful for designing compact wave plates or phase retarders which can be used in broad spectral bandwidth.     

Light frequency conversion in photonic crystals

Light frequency conversion when light interacts with a shock wave propagating through a photonic crystal is investigated. Two new phenomena are found, the first is that frequency increases by integral multiple of a certain amount in the process of frequency conversion. The second phenomenon is frequency conversion that still occurs when the shock wave front is replaced by a vacuum area. Through FDTD simulations and analytical theory, photon-phonon interaction and surface decaying mode interpretations for the mechanism of frequency conversion are found.