光子晶体多通道可调谐偏振滤波器的理论研究

通过对设计的一维掺杂光子晶体的数值计算和理论分析,得出了两个偏振态缺陷模透射峰的变化特征为:P-偏振波其缺陷模透射峰在入射角大于0.75(rad)范围内有多条明显的缺陷模透射峰带,而S-偏振波在入射角大于0.75 (rad) 范围内没有缺陷模透射峰;P-偏振波缺陷模在同一杂质光学厚度可以截到多个波长不同的透射峰.以此为基础设计出滤波通道波长可调范围大于60 nm 、滤波通道的半高宽可调范围在1~5 nm、滤波通道透射峰值大于0.98的一维光子晶体三通道可调谐偏振滤波器.     

一维液晶光子晶体透射谱的研究

一维液晶光子晶体在光滤波器、低阈值激光器和光开关等领域有着很好的应用前景。研究了一维液晶光子晶体的透射谱,电压范围在0～10V内,光谱调谐范围约为50nm,透射峰半高宽为18nm,禁带宽度近400nm。进一步提出了非偏振光型液晶光子晶体,设计了相互垂直0°扭曲取向的双液晶层一维液晶光子晶体器件。双液晶层起到了对各向偏振光光程的补偿作用,使得禁带中的两个透射峰合并为一个透射峰,加强了光强度,增强了滤波性能。     

基于空气缺陷的光子晶体可调谐滤波器

采用传输矩阵法分别模拟了缺陷层厚度、入射角度和膜厚微扰的变化对含空气缺陷的一维光子晶体滤波特性的影响.研究表明:对于空气厚度可调结构,在考虑色散的情况下,空气厚度每增加2nm透射波长相应向长波方向移动约2nm,二者基本呈1∶1的线性关系;对于入射角度可调结构,与正入射相比较,入射角度从0°到89°变化时,其全角度禁带分别减小了105nm(TE模)、600nm(TM模),TM模禁带受角度的变化影响较大;入射角从0°分别变化到16.9°(TE模)、17.0°(TM模)时实现C波段的可调滤波.同一周期内,两种材料的模厚误差的相互弥补,能够实现小范围的膜厚扰动不敏感,缩小实际滤过峰值与理论值的偏差,可降低制备光子晶体的难度.     

超导-介质型Fibonacci光子晶体的透射谱与滤波特性分析

目前广泛应用的可调谐光滤波器通过调节干涉腔长度来实现波段的调谐。它需要制备高反射悬浮膜,而悬浮膜在驱动电压的影响下其运动会受到限制,且较窄的透射峰与较大的调谐范围二者不可兼得。为此,本文将光子晶体中的其中一种介质以超导材料取而代之。基于超导理论,利用传输矩阵法对一维超导-介质型Fibonacci光子晶体的透射谱进行了计算,讨论了厚度、折射率以及温度对透射谱的影响。结果表明,受光子带隙的影响,超导体的频率禁带中会出现一系列的通带;Fibonacci等级的增加会导致第一透射峰更加尖锐;介质层光学厚度增大、超导层厚度减小、温度升高均能使透射峰向长波方向移动。最后,在透射谱分析的基础上给出了结构为S11(S5)n的滤波特性,兼顾透射峰半高宽与可调谐范围,确定了滤波器的可调谐波段,在无需调整任何几何参数的条件下实现了温控调谐。     

超窄带和梳状多通道光子晶体滤波器设计

 设计了一种因掺杂而具有超窄带滤波特性的光子晶体滤波器和一种复周期结构的梳状多通道光子晶体滤波器。在两种均匀介质交替分布的周期结构中间插入一层折射率不同的介质膜后，通过传输矩阵法的数值计算，发现采用前后不对称的周期结构并调节参数，可以在1 550 nm处找到一个透射率接近100%的极窄的透过峰，因而可得到一种超窄带光子晶体滤波器。另外，在以高低两种折射率的介质交替分布，并以两种单独的单元周期合并组成一个复周期，然后进行周期重复构成的光子晶体中，利用通道数等于复周期数减1的规律，并配合各层厚度的调节，设计出在1 550 nm附近梳状8通道和16通道的光子晶体滤波器，各通道透过峰的透射率均接近100%，由此设计出一种梳状多通道光子晶体滤波器。     

一维向列相液晶光子晶体的研究

从理论和实验相结合的角度,研究了一维液晶光子晶体透射谱特性.实验给出了不同液晶缺陷层电压下的透射谱,电压范围在0～10 V内,透射峰的相对透过率变化为48%～18%,禁带宽度290 nm调谐范围88 nm,透射峰半峰全宽7 nm.理论计算和实验结果比较接近,这些特性可以使一维液晶光子晶体用于调谐光滤波器和光开关.     

一维光子晶体缺陷模的滤波特性及应用研究

研究了一维光子晶体缺陷膜的滤波特性,重点研究了影响其滤波特性的因素及其影响规律.并对利用一维光子晶体技术开展多通道滤光片设计的可行性进行了研究.结果表明,利用光子晶体的滤波特性,可以设计出传统光学薄膜设计方法难以实现的多通道窄带滤光片,并根据实际需要,设计了一种双通道窄带滤光片.     

镀膜激光全息光子晶体梳状滤波特性研究

提出将成熟的光学薄膜技术和激光全息技术结合起来制作一维镀膜激光全息光子晶体,用特征矩阵方法研究了该光子晶体的梳状滤波特性,发现:随着两端薄膜的周期数增大,透射峰的中心波长向中间收拢,透射峰之间的间隔变小;随着激光全息光子晶体的周期数增大,透射峰的个数增加,透射峰之间的间隔变小;随着制作激光全息光子晶体时的激光的强度增大,透射峰的中心波长向长波方向移动,透射峰的宽度变小.     

多系双局域态光子晶体的可调谐滤波特性分析

利用紧束缚方法分析了双局域态光子晶体产生双缺陷模的机理, 采用传输矩阵法研究了一维光子晶体的光学传输特性, 并得到了透射谱与晶体结构参数的关系, 在此基础上讨论了光子晶体在受到单轴应力时所表现出的介观压光效应, 据此设计了一种结构简单的应力调制的近红外波段的多通道滤波结构.通过数值模拟可以看出, 随着各介质层折射率或厚度的增加, 缺陷模发生红移.当对多系双局域态光子晶体施加单轴拉伸应力时, 各缺陷峰都向长波长移动, 且缺陷峰峰值基本不变.经过数值拟合, 缺陷峰中心波长与对光子晶体施加单轴拉伸应力所产生的应变呈线性关系.该滤波器结构简单、可调谐性好, 在一系列精巧的光子晶体激光器、波分复用器或者其他精密仪器的制造中有一定的应用价值.     

复介电常量双缺陷层的镜像对称光子晶体特性

利用传输矩阵法研究了两个复介电常量缺陷层镜像对称一维光子晶体的带隙结构和光传输特性。重点讨论了缺陷层的复介电常量的虚部为负值且光学厚度为λ0/4的情形时对传输特性的影响。研究发现:当在光子晶体的两端加入具有负虚部的复介电常量缺陷层后,多处出现了较强的透射峰增益。随着缺陷层复介电常量的虚部与实部比值的增加,各处透射峰增益变化规律不同。但中心波长处的缺陷膜的位置和高度不变。这为光子晶体同时实现多通道超窄带滤波器和不同放大倍数的光放大微器件的设计提供了理论基础。而在光子晶体的两端加入具有正虚部的复介电常量缺陷层后,各透射峰都出现了吸收现象,且随着其正虚部值I的增加,吸收越明显,这给光子晶体实现放大功能提供了理论指导。     

铁电液晶缺陷光子晶体调谐滤波器的设计

将铁电液晶作为缺陷层引入一维光子晶体中,用电场改变液晶分子的取向,形成光子晶体快速可调谐滤波器.用传输矩阵法研究了铁电液晶缺陷光子晶体的可调谐滤波特性,计算了电压和液晶材料参量对滤波器透射谱的影响.结果表明:改变电压能容易改变光子晶体滤波器透射峰的位置、强度、个数和带宽,实现良好的调谐滤波功能.     

1维圆柱掺杂光子晶体的滤波性能

为了研究1维圆柱掺杂光子晶体的滤波性质,利用光波在1维圆柱掺杂光子晶体中径向受限的条件,推导出光波在1维圆柱掺杂光子晶体中各个模式满足的关系式,研究了TE波和TM波各模式的缺陷模随模式量子数和杂质光学厚度的变化规律。TE波和TM波的缺陷模频率都随模式量子数的增加而增大;同一模式TE波和TM波的缺陷模频率都随杂质光学厚度的增加而减小。利用缺陷模随模式量子数的变化规律可以实现多通道滤波,利用缺陷模随杂质光学厚度的变化规律可以实现调谐滤波。     

向列相液晶缺陷光子晶体透射光谱偏振敏感特性研究

研究了向列相液晶缺陷TiO2和SiO2交替的光学多层膜一维光子晶体透射谱偏振敏感特性。外电压下透射光谱测试和模拟结果显示,对于平行取向的向列相液晶,当自然光垂直入射时,禁带中两处出现e(TE模式)光和o光(TM模式)透射峰,具有偏振敏感性。随着电压增大,e光透射峰蓝移与o光透射峰合二为一,光谱可调谐范围分别为31和34nm;而对于取向混乱的向列相液晶,禁带中两处出现独立的透射峰,无偏振敏感性。随着电压增大峰位也蓝移,光谱可调谐范围分别为64和15nm。通过混乱取向液晶分子,可以使o光和e光有效折射率值相等,获得偏振不敏感特性。     

基于一维耦合腔光子晶体的声光可调谐平顶滤波器的研究

本文利用一维耦合腔光子晶体,提出了一种声光可调谐平顶滤波器.该滤波器利用声光效应,通过改变超声波频率使一维耦合腔光子晶体透射谱的平顶滤波器的中心波长产生漂移,从而实现可调谐的滤波功能.基于传输矩阵法和声光效应理论,建立了这种平顶滤波器的理论模型;利用COMSOL软件,对平顶滤波器的矩形度、通带带宽、插入损耗、可调谐特性、加工精度进行仿真研究.研究结果表明,通过施加频率为6-11 MHz的超声波,可实现通带带宽为5-6 nm及中心波长在1514-1562 nm范围内可调谐的平顶滤波器;在可调谐范围内通带带宽内插入损耗不超过2.23 dB,最低仅为0.78 dB,矩形度最低可达1.4;加工误差在±10 nm内平顶滤波器的中心波长、矩形度、插入损耗、通带带宽出现的偏差很小.该平顶滤波器具有易于设计和集成、通带平坦、可调谐范围宽、通带带宽稳定、插入损耗低、品质因素高的特点,在光开关、可调谐光纤激光器、光纤传感等光通信领域有重要应用.     

A mid-infrared tunable filter in a semiconductor-dielectric photonic crystal containing doped semiconductor defect

In this work, we theoretically analyze tunable filtering properties in a semiconductor-dielectric photonic crystal (SDPC) containing doped semiconductor defect in the mid-infrared frequency region. We consider two possible configurations of filter structures, the symmetric and asymmetric ones. With a defect of the doped n-type semiconductor, n-Si, the resonant transmission peak can be tuned by varying the doping concentration, that is, the peak wavelength will be shifted to the position of lower wavelength for both structures. Additionally, by increasing the defect thickness, it is also possible to have a filter with multiple resonant peaks, leading to a multichannel filter. The results provide another type of tunable filter in the defective SDPC that could be of technical use for semiconductor applications in optical electronics.     

Compact interrogator for fiber optic Bragg sensors based on an acousto-optic filter formed by photonic crystal rows of air holes

Fiber optic sensors are typically used with expensive tunable lasers or optical spectrum analyzers for wavelength interrogation. We propose to replace the tunable laser by a broadband optical source incorporated with a novel thin linewidth acousto-optic tunable filter. It utilizes optical beam expanders constituted by photonic crystal rows of air holes in LiNbO(3) waveguide. A new design is numerically studied for a short structure (with 32 photonic crystal rows) by a two-dimensional finite-difference time-domain method. Extrapolation of these results to larger structure sizes (about 1 cm) demonstrates the possibility to develop compact interrogators with 0.4 pm wavelength resolution and 40 nm tunable range around 1550 nm.     

Electrically tunable Sagnac filter based on a photonic bandgap fiber with liquid crystal infused

We demonstrate an electrically tunable Sagnac filter based on a photonic bandgap fiber that is realized by infusing liquid crystal into a solid-core air-hole photonic crystal fiber. The filter enables an electrical tuning with a range of about 26 nm for one single interference minimum in the transmission bandgap from 1330 to 1650 nm wavelength. The tuning efficiency is averaged to 0.53 nm/V.     

向列相液晶染料可调谐激光器的研究

对向列相液晶染料的可调谐激光器进行了光学特性研究. 以650 nm为中 心波长设计了SiO₂和TiO₂多层膜的一维光子晶体, 以激光染料与向列相液晶的混合物作为增益介质层, 制备了波长可调谐激光器.用Nd: YAG倍频脉冲激光器输出的532 nm激光抽运所制备的激光器样品得出如下光学特性: 激光发射波长随温度调谐范围为605.5---639.8 nm, 达到34.3 nm, 随电压调谐范围为634.5---619.5 nm, 达到15 nm. 发射激光每脉冲的阈值能量为12.3 μJ, 激光线宽小于1 nm.