可用于拓宽光波单向传输带宽的光子晶体异质结构界面

基于光波单向传输的全光二极管在集成光通信、全光网络和光信息处理中有重要应用.基于方向带隙失配设计的光子晶体异质结构可实现光波单向传输,但正向透射率较低,带宽较窄.基于对光子晶体异质界面倾斜角度的研究,根据界面全反射条件,利用可集成材料硅和二氧化硅设计了一种空气孔型二维光子晶体异质结构.异质结构界面两侧的光子晶体对1550 nm波长附近的TE模光波在Γ-X方向均呈导带,避免了方向带隙失配.研究发现当异质界面满足全反射条件时,由于光子晶体的自准直效应,较宽波段的正向光波得以高效传播,而反向光波在界面由于全反射而被禁止传播.光子晶体异质结构界面的全反射效应打破了方向带隙对光波单向传输的限制,使得反向光波在光子晶体中为导带时同样可实现近零透射率,从而拓宽了光波单向传输的波长范围.基于全反射界面的光子晶体异质结构经过优化后,其正向透射率达0.64,透射对比度为0.97,单向传输带宽可达553 nm.     

可实现偏振无关单向传输的二维硅基环形孔光子晶体

基于光子晶体来构筑偏振无关光二极管在光电集成领域具有重大的应用价值.首先提出了一种环形孔光子晶体,能带结构显示其对横电及横磁模式同时展现出显著的方向带隙.以此构建了三角形状的环形孔光子晶体,利用时域有限差分法计算其透过谱及场分布图,发现该结构能实现偏振无关单向传输特性,然而正向透过率太低(约20%).进一步引入尺寸较小的三角形状的环形孔光子晶体构成光子晶体异质结结构,有效地提高了偏振无关单向传输性能,正向透过率增大了一倍.通过界面结构的调整,正向透过率进一步增大,优化后的环形孔光子晶体异质结结构能同时对类横电及类横磁模式入射光实现单向传输,且正向透过率达到了44%.     

慢光在光子晶体弯折波导中的高透射传播

研究了慢光模式在SOI(silicon-on-insulator)材料光子晶体线缺陷弯折波导中的传输特性. 通过优化波导弯折处的结构参数,慢光模式在光子晶体60°与120°弯折波导中的透射率提高10倍以上,归一化透射率分别达到80%和60%以上. 为了进一步减慢光速,设计了新颖的高Q值耦合腔弯折波导结构,在归一化透射率达到75%的基础上,光波群速度低至c/170(c为真空光速). 研究结果对于增强光子晶体的慢光效应,提高光子晶体慢光器件的微型化和集成化都有一定的积 关键词： 光子晶体 慢光 弯折波导 透射率     

Tunable properties of light propagation in photonic liquid crystal fibers

Tunable properties of light propagation in photonic crystal fibers filled with liquid crystals, called photonic liquid crystal fibers (PLCFs) are presented. The propagation properties of PLCFs strongly depend on contrast between refractive indices of the solid core (pure silica glass) and liquid crystals (LCs) filing the holes of the fiber. Due to relatively strong thermo-optical effect, we can change the refractive index of the LC by changing its temperature. Numerical analysis of light propagation in PLCF, based on two simulation methods, such as finite difference (FD) and multipole method (MM) is presented. The numerical results obtained are in good agreement with our earlier experimental results presented elsewhere [1].     

基于异质结界面优化的光子晶体二极管单向传输特性研究

基于光子晶体异质结结构的全光二极管是目前的一个研究热点,使其具有更好的单向传输特性是研究的一个目标.本文中通过改变异质结界面处的光子晶体结构,提出了不同的优化设计方案,在宽频带内实现了高对比度全光二极管的高效率单向传输,并且该结构还具有分束特性.     

光控二维光子晶体光开关

提出了一种调节液晶光子晶体光子带隙的方法。二维三角介质柱形光子晶体位于2块熔凝石英片之间,在介质柱之间填充各向同性排列的液晶,受偏振紫外光照射后,光诱导液晶分子定向排列,通过光诱导液晶分子取向改变液晶的折射率。数值模拟结果表明：通过外界光场控制所填充的向列相液晶分子的方向可以对这种二维三角形介质柱光子晶体的禁带结构进行调节。该可调光子晶体可控制波导中TM模和TE模的选择性传输,因而可应用于制作全光光开关。     

一种胶体光子晶体修饰的光纤

设计了一种胶体光子晶体修饰的光纤. 采用恒温快速蒸发法直接在经切割刀处理后的光纤端面生长胶体晶体,再与另一根切割后的光纤在毛细玻璃管中完成对接,制备成胶体光子晶体修饰的光纤. 用扫描电子显微镜和光谱分析仪对样品的形貌、结构以及光学特性进行分析. 实验结果表明,粒径为640 nm、体积分数约为0.5%的SiO₂胶体微球溶液在60 ℃的情况下沉积,大约12 h后可得到质量较高的胶体光子晶体. 在SEM下,观察到端面的胶体晶体为面心立方(fcc)结构. 透射光谱证明,该结构在(111)面上     

光子晶体偏振分光镜的优化设计

提出了一种二维光子晶体偏振分光镜的设计方法,介绍了光栅基板上用Ge/BaF₂ 多层膜实现二维光子晶体偏振分光镜的优化设计.结果表明，TE模式的光子禁带宽度为0083(2πc/a, a是光栅的周期),设计的偏振波长从172μm到24μm，相对带宽为331％.此光子晶体偏振器件制作简单,具有实用性. 关键词： 偏振分光镜 光子晶体 光子禁带     

空芯光子晶体光纤表面模损耗控制的研究

本文研究了纤芯结构对空芯光子晶体光纤光子带隙和传输损耗的影响,得到了适合光纤制备工艺的纤芯结构．首先利用平面波展开法计算了一定占空比三角形结构的空芯光子晶体光纤的带隙结构,给出了在传输波长λ=1．55μm时光纤的结构参数值,并模拟了纤芯直径对带隙位置和大小的影响,得出纤芯直径的取值范围,通过分析泄露损耗特性得出纤芯壁厚的取值．然后根据分析结果设计出了光纤端面图,运用全矢量有限元法模拟出在不同纤芯直径的情况下的模场分布,通过对比分析得出光纤的最佳纤芯半径R为1．6以-1．75A．研究结果表明,选择合适的纤芯结构既能满足空芯光子晶体光纤的光子带隙和损耗特征,又可以适当降低光纤制备工艺的难度．     

含有理想导体的准分形结构光子晶体的能带

用时域有限差分方法计算了一组具有相似几何结构且包含理想金属材料的准分形光子晶体的能带.数值计算结果表明，这种准分形结构光子晶体具有绝对带隙，且带隙的宽度会 随着分形级数的增大而增大.同时，随着级数的增大，其能带在整体地趋向于高频端的同时，能带会被快速拉直而形成孤立的能级. 关键词： 光子晶体 带隙 分形     

掺杂对一维光子晶体带隙传输特性的影响

 基于传输矩阵法,数值研究了掺杂对一维光子晶体带隙特征的影响。研究表明：掺杂时,禁带中心会出现一导带,导带深度会随着掺杂位置、杂质折射率的变化而发生变化。当晶体结构给定时,总存在一个掺杂位置,使其禁带中心的导带深度达到最深;而对于给定的掺杂位置,当杂质折射率为某特定值时,禁带中心同样也会出现一个深度最深的导带,这种特性可应用于滤波器件和光学谐振腔的设计。     

光子晶体压力传感器的基本原理

通过研究一维光子晶体受压力后其光带隙性能的变化，提出了光子晶体压力传感器的原理.计算表明，压力的大小与禁带起始波长、截止波长和禁带宽之间呈简单的线性对应关系.这就提供了通过测量光带隙性能而感知外载荷或者通过施加载荷而调制光带隙性能的可能.由于光子晶体的结构周期和光波波长为一个数量级，也就有可能制造出一系列精巧的压力、温度传感器或者其他精密仪器. 关键词： 压力传感器 光子晶体 光带隙性能     

空芯带隙型光子晶体光纤整体空气孔包层导光特性研究

 传统光纤包层中仅存在泄漏的倏逝波,能量较小,不利于包层传感的应用。增大包层中的能量,实现整体包层导光是提高光纤传感灵敏度的有效途径。从理论上分析了利用空芯带隙型光子晶体光纤(HC-PCF)包层进行导光的机理。在实验上选用带隙外的冷光源和激光对一种典型结构的HC-PCF进行了空气孔包层的导光实验,并利用折射率引导型光子晶体光纤和单模光纤进行对比实验。结果表明,带隙范围外光波在HC-PCF中传输时将不受禁带效应的约束泄露至包层中重新分布。包层中SiO2与空气孔的周期型结构将光波约束在高折射率介质中,实现HC-PCF整体空气孔包层中光波的稳定传输。PBG-PCF包层的整体导光在传感上有提高灵敏度的潜在价值。     

Enlargement of absolute photonic band gap in modified 2D anisotropic annular photonic crystals

We analyze the absolute photonic band gap in two dimensional (2D) square, triangular and honeycomb lattices composed of air holes or rings with different geometrical shapes and orientations in anisotropic tellurium background. Using the numerical plane wave expansion method, we engineer the absolute photonic band gap in modified lattices, achieved by addition of circular, elliptical, rectangular, square and hexagonal air hole or ring into the center of each lattice unit cell. We discuss the maximization of absolute photonic band gap width as a function of main and additional air hole or ring parameters with different shapes and orientation.     

基于正方和六角排列结构光子晶体对发光二极管出光效率的研究

采用时域有限差分（finite-difference time-domain, FDTD）方法计算正方和六角排列圆形光子晶体的能带结构,研究了光子晶体占空比对能带的影响,找到一组获得带隙个数最多的二维光子晶体的几何结构参数;采用FDTD方法计算具有该参数的光子晶体的发光二极管（LED）出光效率,模拟表明该结构参数的正方和六角排列圆形光子晶体提高了GaN基蓝光LED出光效率5—6倍,六角排列优于正方排列;利用禁带理论、等效介质理论分析了增透机理. 关键词： 光子晶体 能带 出光效率 发光二极管     

空气环型二维光子晶体完全带隙特性研究

采用平面波展开法, 系统研究了空气环型二维光子晶体的完全光子带隙随结构参数变化而改变的规律, 并将其与普通的空气孔型和介质柱型二维光子晶体的完全带隙进行了比较. 研究表明: 空气环型二维光子晶体不仅可以获得更宽的完全带隙, 而且, 当介质折射率较低时, 其可以获得普通空气孔型和介质柱型二维光子晶体在低折射率条件下所无法获得的完全带隙. 关键词： 空气环型二维光子晶体 完全带隙 平面波展开法     

六角蜂窝结构光子晶体异质结带隙特性研究

利用蜂窝结构光子晶体具有两个范围较大绝对带隙的特性，设计新型六角蜂窝结构光子晶体异质结，采用平面波展开和超晶胞相结合的方法来研究异质结的能带结构特性.给出异质结的结构和相应的能带图，分析异质结界面传导模，研究两侧结构作横向拉开和侧向滑移时对传导模的影响，讨论这些结构的实际可行性.计算结果表明，没有任何晶格移动，此种结构异质结在绝对带隙中就有导模存在，两边晶格横向拉开对导模影响较大，而侧向滑移的影响则较小. 关键词： 光子晶体 异质结 光子带隙 超晶胞     

Zero permittivity band characteristics in one-dimensional plasma dielectric photonic crystal

We consider the oblique propagation of electromagnetic waves in one-dimensional plasma dielectric photonic crystals, the superlattice structure consisting of alternating plasma and dielectric materials using transfer matrix method. Our results show that photonic band gaps for all polarizations can be obtained in one-dimensional plasma dielectric photonic crystals. These structures can exhibit a new type of band or gap, for the incidence angles other than normal incidence, near frequencies where the electric permittivity of the plasma layer changes sign. This new band or gap arises, from the dispersive properties of the plasma layer, only for TM polarized waves and its width increases with the increasing angle of incidence. This differential behaviour under polarization can be utilized in the design of an efficient polarization splitter. The band characteristic is affected by the plasma width, the plasma density, dielectric width, the dielectric constant of the dielectric medium and angle of incidence.     

Tight-binding method modelling of photonic crystal waveguides

We present here a tight-binding-like modelling of two-dimensional (2D) photonic crystals (PCs). Adopted from solid-state physics, the concept of generalized Wannier functions is used to construct a localized state basis that allows a parameter-free ab initio study of defects in PCs. We demonstrate here for a 2D triangular lattice of dielectric rods in air, the existence of this localized basis and the possibility to study large scale complex dielectric structures deviating from periodicity. Specific numerical simulations on a split waveguide embedded in this triangular lattice are performed, and they demonstrate the superiority of this method over plane wave based techniques.     

Tight-binding method modelling of photonic crystal waveguides

We present here a tight-binding-like modelling of two-dimensional (2D) photonic crystals (PCs). Adopted from solid-state physics, the concept of generalized Wannier functions is used to construct a localized state basis that allows a parameter-free ab initio study of defects in PCs. We demonstrate here for a 2D triangular lattice of dielectric rods in air, the existence of this localized basis and the possibility to study large scale complex dielectric structures deviating from periodicity. Specific numerical simulations on a split waveguide embedded in this triangular lattice are performed, and they demonstrate the superiority of this method over plane wave based techniques.