基于对称广义Fibonacci光子晶体结构的电光可调谐滤波器

本文构建了含有电光材料LiNbO3的一维对称广义Fibonacci光子晶体结构,提出并设计了一种基于该结构的可调谐滤波器,并利用传输矩阵法对设计的滤波器的可调谐滤波特性进行了理论研究.数据模拟结果表明:保持对称广义Fibonacci光子晶体的几何结构不变,通过改变电极所在处施加在电光介质(LiNbO3)层上的外加电场,...     

提升啁啾脉冲激光信噪比的扫描滤波方法

基于扫描滤波原理, 提出了一种新的用以提升啁啾脉冲激光信噪比(signal-to-noise, SNR)的光学扫描滤波方法. 针对内置电光晶体的Fabry-Perot标准具的扫描滤波方案, 定量分析了其扫描滤波谱特性, 详细讨论了Fabry-Perot标准具平行平板的镜面反射率和内置电光晶体类型对输出脉冲信噪比的影响, 并进一步探讨了控制电压变化对信噪比提升效果的影响. 结果表明, 扫描滤波器的透射窗口带宽越窄, 信噪比的提升效果越好; 为了保证输出效果, Fabry-Perot标准具平行平板反射率应大于0.9; 对于内置二次电光晶体钽铌酸钾晶体的Fabry-Perot标准具扫描滤波方案, 其外加电压较内置普通线性电光晶体的方案更低, 且更易于控制; 钽铌酸钾晶体构成组分的不同对滤波器效果的影响并不大, 而控制电压和信号光啁啾率的变化则会对滤波效果产生较大影响.     

基于古斯-汉欣位移的双通道窄带滤波器

本文利用光束在对称金属包覆波导表面反射得到的异常大的古斯-汉欣(Goos-Hänchen)位移,通过实验实现了双通道窄带滤波.当入射激光波长为859.60 nm时,两通道滤波的峰值位置分别为859.604 nm和859.688 nm,峰值半宽(FWHM)为0.036 nm,而消光比达到15.3 dB.峰值波长可通过改变入射角或小孔位置实现调谐. 关键词： 古斯-汉欣(Goos-Hä nchen)位移 光波导 双通道 滤波器     

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.     

光子晶体多通道可调谐滤波器的理论研究

为了实现光子晶体的多通道滤波,对设计出的一维掺杂光子晶体进行了数值计算和理论分析。结果表明：多通道透射峰的波长与空气膜厚度呈线性变化,不同厚度的空气膜可以截到数目不同的透射峰,多通道透射峰的半高宽随光子晶体折射率n₂的增加而减小。以此为基础,设计出滤波通道波长的可调范围达60nm,滤波通道半高宽的可调范围为1nm～5nm,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滤波器。     

一维新型阶梯函数光子晶体透射特性

研究了阶梯型折射率n₂₂、n₁₁(阶梯分布高度)的大小、对应的分布厚度、不同入射角以及缺陷模对阶梯函数型光子晶体透射特性的影响.由费马原理给出光在函数光子晶体中的运动方程,再由电磁传播理论给出函数光子晶体的传输矩阵,进一步推导出函数光子晶体的透射率以及电场分布的表达式.研究表明,1)随n₂₂,n₁₁大小或者厚度改变,其禁带变宽;2)随光的入射角增加,其禁带变窄;3)当加入缺陷层时,随着缺陷层介质折射率增加,缺陷模强度减小且位置发生红移;4)在函数光子晶体中,缺陷层前电场分布保持不变,而在缺陷层处以及之后的电场强度都明显增强,这不同于常规光子晶体的电场分布仅在缺陷层处局域增强.     

晶体电光和非线性光学效应的离子基团理论(Ⅲ)——利用畸变氧八面体的离子基团模型计算LiNbO3,LiTaO3,KNbO3,BNN晶体的电光和倍频系数

本文用文献[1]中所提出的(MO₆)离子基团模型,计算LiNbO₃,LiTaO₃,KNbO₃,BNN等晶体的电光和倍频系数。假设在O_h对称时,这些晶体中的氧八面体具有相同的能级和对称波函数,则通过群表示理论就可得到在C_3ν,C_2ν对称性时氧八面体的能级和对称波函数,并进而用ABDP理论计算它们的电光和倍频系数。计算结果和实验符合得相当好。本文并从理论上解释了这些晶体的倍频系数大小、符号和氧八面体畸变间的关系,由此可以得到以下两个结论:(1)畸变氧八面体的离子基团模型不但适用于钙钛矿型材料,同时也适用于钨青铜型、LiNbO₃型材料。(2)在钨青铜型、LiNbO₃型的材料中,仍是“离子键”对电光和倍频效应作出主要贡献,同时由于LiTaO₃的共价键成份比LiNbO₃大,因而LiTaO₃的非线性光学效应比LiNbO₃小。     

一维光子晶体缺陷模偏振特性的研究

利用一维光子晶体的透射率公式,计算出一维光子晶体掺杂后TE波和TM波缺陷模的波长随入射角的响应曲线、缺陷模透射峰随入射角的响应曲线、缺陷模透射峰随入射波长的响应曲线.研究发现,TE波和TM波的缺陷模透射峰均随入射角的增加而向短波方向移动；TE波缺陷模透射峰的半高宽度(FWHM)和峰值随入射角的增加而减小,而TM波缺陷模透射峰的半高宽度(FWHM)和峰值确随入射角的增加而增加；对TM波其波长为λ0的缺陷模也存在明显的“广义布儒斯特角”现象, TE波的缺陷模不存在“广义布儒斯特角”现象.     

可调谐超导滤波器技术的研究

通过研究可调谐滤波器的基本原理,利用钛酸锶铁电薄膜介电常数随外加电场变化的特性,以铝酸镧为基片,采用多层薄膜和三次套刻两种方法设计出可调谐超导滤波器,通过外加电压实现滤波器频率的调谐。     

Ce:Co:LiNbO3晶体光折变性能研究

在LiNbO₃中掺进CeO₂和Co₃O₄,以Czchralski技术首次生长Ce:Co:LiNO₃, Ce:LiNbO₃, Co:LiNbO₃晶体.通过测试Ce:LiNbO₃, Co:LiNbO₃和Ce:Co:LiNbO₃晶体的指数增益系数, 位相共轭反射率和响应时间,计算晶体的有效载流子浓度和光电导.Ce离子能提高LiNbO₃晶体光折变灵敏度,Co离子能提高LiNbO₃晶体的响应速度和抗光致散射能力,从而Ce:Co:LiNbO₃晶体具有较高的指数增益系数,位相共轭反射率,响应速度.Ce:Co:LiNbO₃晶体具有优良的光折变性能.     

对称双缺陷光子晶体的可调谐滤波特性分析

基于光子晶体的光子局域特性,并利用光子晶体的介观压光效应,提出了一种新型的双通道可调滤波器结构.采用传输矩阵法对该滤波器的光学传输特性进行了理论推导,建立了透射谱与光子晶体结构参数的关系,讨论了介观压光效应对双缺陷光子晶体透射谱的影响,并对所设计的光子晶体结构进行了数值模拟.结果表明:随着入射角度的增大,缺陷峰发生蓝移.随着各介质层折射率或几何厚度的增加,缺陷峰发生红移.当光子晶体发生轴向拉伸应变时,缺陷峰的位置向长波长移动,但缺陷峰的峰值大体不变,从而验证了此滤波器的可调节性.该光子晶体滤波器结构紧凑,可调谐性好,为光子晶体激光器及传感器的设计提供了一定的理论参考.     

Tunable multilayer narrowband filter containing an ultrathin metallic film and a lithium niobate defect

By using lithium niobate (LiNbO₃) as a defect layer, a tunable multilayer narrowband reflection-and-transmission filter containing an ultrathin metallic film is proposed. Due to the voltage dependence of the refractive index for LiNbO₃, tunable optical filtering properties have been theoretically investigated based on the calculated wavelength-dependent reflectance and transmittance. The dependences of peak wavelength on the applied voltage and the angle of incidence are numerically illustrated. The results reveal that in addition to working as a tunable filter, it can also be expected to act as a refractometric optical sensor.     

Tunability of temperature-dependent absorption in a graphene-based hybrid nanostructure cavity

Enhanced absorption is obtained in a hybrid nanostructure composed of graphene and one-dimensional photonic crystal as a cavity in the visible wavelength range thanks to the localized electric field around the defect layers. The temperature-induced wavelength shift is revealed in the absorption spectra in which the peak wavelength is red-shifted by increasing the temperature. This temperature dependence comes from the thermal expansion and thermo-optical effects in the constituent layers of the structure. Moreover, the absorption peaks can be adjusted by varying the incident angle. The results show that absorption is sensitive to TE/TM polarization and its peak values for the TE mode are higher than the TM case. Also, the peak wavelength is blue-shifted by increasing the incident angle for both polarizations. Finally, the possibility of tuning the absorption using the electro-optical response of graphene sheets is discussed in detail. We believe our study may be beneficial for designing tunable graphene-based temperature-sensitive absorbers.     

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.     

基于硅柱-磁性液体体系的光子晶体的可调谐负折射特性研究

本文研究了硅柱在MnFe₂O₄磁性液体背景中排列成六边形结构的二维光子晶体的可调谐负折射特性. 利用平面波展开法和时域有限差分法理论研究了硅柱-磁性液体体系二维光子晶体的带隙结构、等频曲线和负折射现象随外磁场强度的变化关系. 模拟结果表明, 硅柱-磁性液体体系二维光子晶体工作在TE模式时, 其负折射特性可由外磁场调节. 在固定背景溶液的磁性颗粒体积分数和入射光频率时, 所研究的折射光束的偏转角和光子晶体的负折射率绝对值随外磁场的增大而增大, 而在固定背景溶液的磁性颗粒体积分数和外磁场强度时, 负折射角和负折射率的绝对值随入射光归一化频率增大而减小. 固定外场强度和入射光频率时, 所研究结构的负折射特性随背景溶液的磁性颗粒体积分数增大而变弱.     

Synthesis and Band Gap Control in Three-Dimensional Polystyrene Opal Photonic Crystals

High-quality three-dimensional polystyrene opal photonic crystals are fabricated by vertical deposition method. The transmission properties with different incident angles and different composite refractive index contrasts are experimentally and theoretically studied. Good agreement between the experiment and theory is achieved. We find that with the increasing incident angle, the gap position shifts to the short wavelength (blue shift) and the gap becomes shallower; and with the increase of refractive index of the opal void materials and decrease the contrast of refractive index, the gap position shifts to the long wavelength (red shift). At the same time, we observe the swelling effects when the sample is immerged in the solutions with different refractive indices, which make the microsphere diameter in solution become larger than that in air. The understanding of band gap shift behaviour may be helpful in designing optical sensors and tunable photonic crystal ultrafast optical switches.     

准晶非线性光子晶体中二次谐波波长和温度调谐的研究

在八重准周期极化的铌酸锂非线性光子晶体中,通过调节基频光波长实现了多个波长的同时共线准相位匹配倍频,最高转换效率达36%.同时,测量了准晶非线性光子晶体中二次谐波转换效率随晶体温度以及入射波长的变化,结果表明二次谐波在长波处具有更宽的温度以及波长调谐带宽.该项研究对于准周期非线性光子晶体在实际工作中的运用具有重要的指导意义. 关键词： 准周期 非线性光子晶体 温度调谐 波长调谐