基于光子晶体波导定向耦合的光子晶体分/合频器

在完整二维光子晶体中引入线缺陷后,就形成了光子晶体波导。将时域有限差分法(FDTD)和平面波法作为光子晶体理论研究的工具。研究结果表明,光子晶体波导之间的耦合遵循普通介质波导耦合的一般规律,有定向耦合的功能;将两个具有不同耦合长度的光子晶体波导定向耦合器顺序集成在一起,可以组成一个三波长的光子晶体分/合频器。     

跑道型结构光子晶体波导定向耦合器

鉴于波导定向耦合器在集成光路以及光电集成方面的广泛应用,提出了一种基于光子晶体波导间高效耦合的光子晶体定向耦合器。通过主波导和耦合波导间的耦合,可以实现对波长为1490nm和1550nm电磁波的高效分光。在将器件长度控制在30μm左右的同时,其总效率高达93.05%。另外,发现主波导和耦合波导间介质柱结构参数对电磁波的耦合周期有着极大的影响。并通过将介质柱沿z方向拉伸0.1a(a为晶格周期),设计了工作波长为1530nm和1540nm的光子晶体定向耦合器,器件长度仅为60μm。通过拉伸介质柱的纵向长度,可以大幅减小耦合周期,这对缩小器件体积以及实现更为密集的波分复用有着重要的意义。     

双芯光子晶体光纤宽带定向耦合器研究

利用半矢量有限差分法设计了具有低折射率双芯的光子晶体光纤宽带定向耦合器,并数值计算了双芯光子晶体光纤的结构参量对耦合性能的影响.数值结果表明,通过优化选取光子晶体光纤包层结构参量和纤芯掺杂浓度,双芯光子晶体光纤耦合器可以实现宽带耦合.在1.22~1.65μm波长范围内其耦合长度稳定在26637nm±235nm范围内,耦合器设计成耦合比为50%和10%,分别实现了耦合比为（50±0.702）%和（10±0.664）%的良好特性.     

用级联缓变结构实现光子晶体波导和传统波导的耦合

为了提高光子晶体波导与传统介质波导的耦合效率,设计了级联缓变结构.先将传统介质波导中的光耦合进尺寸相当的光子晶体W5波导中,然后W5波导中的光被耦合进尺寸较小些的W3波导中,最后光被耦合进尺寸最小的W1波导.各级波导之间由半径逐渐增大的空气孔连接,空气孔半径逐渐变化相当于波导有效折射率在变化,所以各级波导可以看作是被折射率缓变结构连接起来.由于折射率的缓变,使得光从前一级波导耦合进相邻的后一级波导时反射很小,从而能有效地提高耦合效率.数值计算表明,在光子晶体禁带范围内,除了波导有限长度和波导微小禁带造成的微小不通带外,耦合系数一般能达80%左右,最高可达到95%.     

用时域有限差分法研究二维光子晶体传输特性

将时域有限差分方法用于光子晶体传输特性理论研究,分别计算了二维方型光子晶体TM模和TE模的透射率频率分布;根据光子晶体的标度不变性特征,在微波频段制作了光子晶体,并设计了实验装置;实验结果与计算结果一致表明：对于一定的入射方向,某些频率的光不能在光子晶体中传播。     

二维介质柱光子晶体波导吸收边界条件

设计优化了用于截断二维正方格子介质柱光子晶体波导的分布布拉格反射波导的结构.二维时域有限差分数值模拟结果显示,在上述两种波导联接处的反射系数可以在大部分光子晶体波导导波的频谱范围内降到1％以下.将这种分布布拉格反射波导和通常的吸收边界条件相结合可以构成用于光子晶体波导的吸收边界条件,其反射率可以降低到-40dB以下,吸收层的厚度可取为晶格长度的1.3倍.关键词：吸收边界条件光子晶体波导时域有限差分     

一种新型光子晶体波导定向耦合型超微偏振光分束器

将两个二维空气孔光子晶体波导平行放置,两波导之间由三排空气孔相隔,构成一个定向耦合器.数值分析了TE(磁场平行于空气孔)和TM(电场平行于空气孔)偏振态光波在该定向耦合器中的传播行为.结果表明,减小耦合区两波导间的一排介质柱的半径,TE模的耦合长度减小,而TM模的耦合长度不变.基于此结构,设计了超微偏振光分束器,整个器件的尺寸为10.1μm,与已报道的24.2μm的结果相比,该器件具有更小的器件尺寸和更高的输出效率.     

光子晶体耦合波导实现光开关效应的研究

提出了一种基于光子晶体耦合波导实现光开关效应的方法:将线缺陷引入二维光子晶体以形成两平行的邻近波导,两邻近波导及其中间的两排介质柱构成了光开关模型耦合区;利用平面波展开法计算了不同介质填充率情况下的色散特性.结果发现:减小介质填充率可以实现波导耦合长度的减小;分段调整中间介质柱的填充率和选择不同的耦合搭配长度,定向耦合...     

二维光子晶体波导与单模平面介质波导间的喇叭波导接头

提出并优化了用于二维介质柱光子晶体波导与单模平面介质波导对接的基于分布布拉格反射波导的喇叭波导接头,提高了这两种波导之间的传输效率.二维时域有限差分仿真结果表明,在大部分光子晶体波导导模的频谱范围内,传输效率高于98％.传输效率最高可以达到99.85％.关键词：光子晶体波导平面介质波导时域有限差分     

光子晶体共振现象研究

完整二维光子晶体中引入点缺陷后，在光子晶体禁带中会有共振模出现；将时域有限差分方法(FDTD)用于光子晶体共振特性研究中，给出共振频率的位置，直观地给出共振现象发生的过程。     

硅基二维光子晶体耦合器理论研究

光子晶体是一种具有光子带隙的新型人工材料,利用其具有控制和限制光子运动的特性可以制成新颖的光学器件。利用硅基二维光子晶体,提出了一种4端口耦合器。采用时域有限差分法作为研究工具,TM模作为研究对象,从理论上分析了这种器件的特性。在不同的耦合长度下研究光在输出端的功率透射率。结果表明选择适当的耦合长度可以使光在器件中呈现不同的状态。进一步研究表明,通过改变器件内部介质柱的半径,可以改变光在输出端的输出功率。从而证实了这种器件不仅具有波长选择性,而且具有潜在的可调节性,这些特性使得这种器件在全光开关的应用上具有潜在的优势。     

Photonic Crystal Power-splitter Based on Mode Splitting of Directional Coupling Waveguides

In the paper, a novel power-splitting scheme based on two dimensional photonic crystal (2D PhC) is proposed. The structure can be divided into three sections, including the input waveguide, coupling region, and output region, and the latter two sections consist of two parallel waveguides placed in proximity. The operation principle of the splitter is that only one of the super-modes splitting from the directional coupler can propagate through coupling region in the frequency range of interest. The radius of air holes next to the guiding region in coupling region is increased to avoid the acute back reflection at the entrance to the input waveguide induced by the modes mismatch between the input waveguide and coupling region. While in output region, the radius of these corresponding air holes is also increased so that the two splitting super-modes have same propagation constants to avoid the coupling between the two output waveguides. Moreover, as the length of coupling region is varied, its influence on the splitting performance is discussed, and it is verified that the relationship between the splitter length and bandwidth has a trade-off.     

FDTD法对二维正方格子光子晶体带隙的数值计算

通过optiFDTD模拟软件对二维椭圆柱构造的正方格子光子晶体的禁带特性进行了数值模拟。分别研究了在空气中椭圆介质(Ge,Si,GaAs)柱和在介质(Ge,Si,GaAs)中椭圆空气柱构造的二维正方格子光子晶体中椭圆柱的横轴半径和纵轴半径的大小,以及椭圆柱的不同旋转角度对光子禁带的影响;并计算出了在上述两种情况下的空气和介质中的最优结构参数。     

Investigation of Infrared Photonic Crystal Slab with Defect Waveguides

This paper deals with the two dimensional (2-D) infrared photonic crystal slab with an air-bridge structure featuring defect waveguides in which the optical propagation properties were obtained by measurements of transmission spectra. 3-D finite-difference time-domain (FDTD) simulations have revealed the appearance of four defect propagation modes for the band structure and transmission spectra in the air-bridge slab. These defect modes were experimentally identified in the measured transmission spectra.     

A Study of Infrared Photonic Crystal Devices Using New ADI-FDTD Algorithm

To investigate the infrared photonic crystal devices numerically, the traditional finite-difference time-domain (FDTD) method has been modified by combining with a new alternating direction implicit (ADI) algorithm. An improvement of two-five in speed over previous FDTD methods can be obtained by calculating the envelope rather than the fast-varying field, and the numerical errors are minimized. Consider the isolated localized coupled-cavity modes, the phenomenon of eigenmode splitting has been observed when the coupled-cavity structures in two dimension triangular dielectric photonic crystals are simulated. The results are in good agreement with experiments.     

基于Sierpinski地毯结构的类分形光子晶体特性研究

将谢尔宾斯基(Sierpinski)地毯结构引入二维光子晶体,设计了一种具有规则分形结构特征的光子晶体-Sierpinski类分形光子晶体.采用时域有限差分法仿真分析了空气背景介质柱和介质背景空气孔结构Sierpinski类分形光子晶体的透射谱.结果表明,只有当TM波入射空气背景介质柱结构时,Sierpinski类分形...     

空心光子晶体光纤

利用传输常数来认识空心光子晶体光纤的导光机制,并介绍了一种新型全方向波导光纤,最后报道空心光子晶体光纤应用研究的一些进展。     

二维异质结光子晶体中含近邻点缺陷的弯曲波导的可调谐滤波特性

应用时域有限差分(FDTD)法,对光在二维异质结光子晶体中含两个近邻点缺陷直角弯曲波导的传输特性进行了数值模拟研究。计算结果表明,具有特定本征共振频率的光子晶体微腔(点缺陷),可将在其邻近波导中传播的相同频率成分的光波"引入"到微腔中。"引入"的频率依赖于异质结光子晶体弯曲波导和微腔的参量,从而能够实现调变"引入"频率。通过改变点缺陷周围介质材料(液晶)的折射率或相关介质柱半径,可分别实现约31 nm或12 nm的波长调谐范围。计算结果为光通信中的调谐、上/下载滤波器,提供了一条新的设计思路和依据。     

Modeling and Simulating for Two Dimensional Infrared Photonic Crystal Devices

In order to design infrared devices efficiently, dispersive properties of two dimensional photonic crystal is studied in this paper. A model of eigenfrequencies is created by combining the variational expression with the conformal finite-difference time-domain (C-FDTD) technique. Useful data obtained by presentation can be applied to the analysis of the dispersion curves and design of the near-infrared waveguides.