基于光子晶体的双波长太赫兹波功分器研究

太赫兹波技术和光子晶体技术相结合为设计太赫兹波功能器件提供了新的思路和方法.本文提出了一种基于二维光子晶体的双波长太赫兹波功分器.在光子晶体中引入由三个相互平行的单模波导形成的定向耦合型分束器和Y型结构的1×2型分束器,同时,在Y型结构的分支处分别引入两个介质柱.利用平面波展开法和定向耦合原理计算了在不同入射波频率下,耦合波导的耦合长度,并采用时域有限差分法对功分器的传输特性进行了模拟仿真分析.结果表明,在频率f1=1.0THz时,实现了端口1和端口2的能量均分输出;在频率f2=0.893THz时,通过非对称改变两个介质柱的折射率,可以实现端口3和端口4输出能量的自由分配.     

光子晶体定向耦合三波长功分器

以二维三角晶格光子晶体为研究对象,在该光子晶体中引入两行以一行耦合介质柱为间距的平行单模线缺陷波导.通过分析和研究光子晶体波导耦合结构的耦合和解耦合特性,发现在不同频率下耦合波导的耦合长度不同.利用平面波展开法和定向耦合原理计算了在不同入射光频率下,缺陷波导间耦合波导的耦合长度,设计了一种新型超微光子晶体波导耦合型三波长功分器,实现了归一化频率分别为0.369、0.394、0.435的光波的分束效果.采用时域有限差分法验证了该功分器具有很好的功率分配效果.本文结果有助于光子晶体新型滤波器、定向耦合器、波分复用器、偏振光分束器以及光开关等光子器件的研究.     

基于磁光子晶体的磁控可调谐太赫兹滤波器和开关

本文研究了铁氧体磁性材料应用于太赫兹波导器件的可行性. 利用铁氧体磁性材料的磁导率随外磁场改变而变化的性质,设计出了一种新颖的磁控连续可调谐太赫兹滤波器和开关. 利用平面波展开法(plane wave expansion,PWE)和时域有限差分法(finite difference time domain,FDTD)计算了二维磁光子晶体中外磁场变化对带隙位置和宽度的影响,结果显示应用该结构实现的滤波器和开关具有良好的性能. 关键词： 磁光子晶体 铁氧体 太赫兹     

一种新型的光子晶体偏振光分束器的设计

基于光波在直波导和复合结构光子晶体中的传播特性,结合平面波展开法和时域有限差分法,提出并讨论了一种新型的超紧凑的光子晶体偏振光分束器. 它是由输入波导,分束结构和输出波导三部分组成. 对这种结构的三角晶格光子晶体光分束器的数值计算与模拟结果表明,该结构可以实现TE模和TM模的高效大角度分离,并且在通信波段设计尺寸小,这些特性使其在未来的集成光回路中有着重要的应用前景. 关键词： 偏振光分束器 能带结构 平面波展开法 时域有限差分法     

基于光子晶体自准直效应的太赫兹偏振分束器设计

提出了一种新型、紧凑的光子晶体太赫兹(THz)偏振分束器,利用自准直效应实现横电(TE)模和横磁(TM)模的无衍射传输,利用禁带特性实现TE模和TM模的分离。基于平面波展开法和时域有限差分法对太赫兹偏振分束器的性质进行仿真建模分析,结果表明,该偏振分束器在2.9~3.01THz频率范围内可实现偏振分离;频率为3THz时,TE模的反射率和TM模的透射率均高于90%,TE模和TM模的消光比分别高达19.9dB和26.24dB。此外,与以往的光子晶体太赫兹偏振分束器相比,所提出的偏振分束器设计简单,更易于实现(无需引入缺陷),尺寸更微小(650μm×650μm),带宽更宽(2.9~3.01THz)。     

光子晶体环形腔的四波长THz滤波器

提出一种基于光子晶体环形腔的四波长THz滤波器,该滤波器在光子晶体结构中引入两个环形腔,且环形腔内部各增加一个正方形介质柱,四周各引入一个散射介质柱。应用基于时域有限差分法(FDTD)的Rsoft软件进行仿真分析,结果表明通过对内部正方形介质柱的边长、散射介质柱半径以及耦合介质柱半径等结构参数的调节,可以滤出74.813,76.98,78.168和78.883 m四个太赫兹波长。该滤波器性能优良,透过率高、Q值高、信道隔离度大,对于THz技术应用具有重要意义。     

喇叭型开口光子晶体波导的传输谱研究

设计一种喇叭型开口二维光子晶体波导,利用时域有限差分法计算波导传输谱图。模拟结果表明：通过改变开口处光子晶体椭圆点缺陷的结构,传输谱图中将出现相应变化的缺陷模,可用于实现频率可调的窄带光子晶体滤波器。     

二维光子晶体中与电磁波偏振态无关的自准直

利用有限时域差分法(FDTD)进行数值模拟，在二维光子晶体中实现了电磁波两种偏振态的自准直——全光自准直(full-light-self-collimation).研究表明，通过对光子晶体的结构做适当的调整，可以在较宽频率范围内实现横电波(TE波)和横磁波(TM波)沿着相同方向传播，同时保持较强的能流强度.全光自准直可以显著提高光源利用率和光波导的传播效率，在高密度集成光路中有非常重要的用途. 关键词： 光子晶体 偏振 自准直     

多功能磁光子晶体太赫兹可调偏振控制器件

通过对磁场控制下的二维磁光子晶体太赫兹波偏振传输特性的研究,利用铁氧体磁光材料的磁导率随外磁场改变而变化的特点,设计了具有可控起偏、偏振分束和可调谐波片功能的光子晶体太赫兹偏振控制器件.利用平面波展开法和严格耦合波分析分别计算了光子晶体带隙位置和透过率随外磁场强度变化的关系,用时域有限差分法计算了场分布和相位.结果表明,该结构可以实现高偏振消光比的偏振起偏器和分束器,以及在1 THz附近-π-π相位范围的连续可调谐波片. 关键词： 太赫兹 光子晶体 铁氧体 偏振控制     

基于表面波的新型光子晶体分束器

通过激发光子晶体-光子晶体表面波的方法,设计出了一种由表面修饰光子晶体组成的新型复合结构。利用平面波展开法结合超原胞技术对该结构的耦合表面波色散关系进行了研究,在此基础上利用时域有限差分法对光束在该结构中的传输特性进行了数值模拟,并分析了其物理机制。研究结果表明,所提出的新型结构,对一定频率范围内的传输光,能够实现输出光的分束,此特征可以用来制作光束分束器。     

光子晶体四信道波分复用器的研究

提出了一种由2-D光子晶体构成的四信道波分复用系统。该系统包括利用光子晶体的线缺陷实现的波导部分和利用光子晶体微腔实现的频率选择部分。采用时域有限差分(FDTD)方法,研究了光在含点缺陷(即微腔)和线缺陷(即波导)的光子晶体中的传输特性,并给出了仿真结果。计算结果表明,该结构可以实现波长为λ=1550nm附近的四信道波分复用。     

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。     

二维光子晶体六通道波分复用器的透射谱

设计了一种由微米尺度二维光子晶体构成的六通道波分复用系统。该系统包括利用光子晶体线缺陷实现的波导部分和利用光子晶体微腔实现的频率选择部分。采用时域有限差分方法（FDTD）,研究光在该系统中的传输特性。     

基于磁光子晶体的低损耗窄带THz滤波器

本文提出一种采用石榴石型铁氧体磁性材料的太赫兹滤波器,利用波导线缺陷和腔内点缺陷的耦合特性,通过改变腔内介质柱半径及分布,实现对某个波长的耦合,达到了高效率滤波的功能;改变外磁场的大小,影响铁氧体材料的磁导率变化,使谐振频率发生改变,从而对THz波进行滤波.应用平面波展开法(PWM)和时域差分有限法(FDTD)进行仿真分析,研究结果表明,该滤波器其插入损耗为0.0997 d B,3 d B带宽为8.22 GHz,实现了低损耗窄带滤波.     

Magnetically Tunable Terahertz Switch and Band-Pass Filter

A novel design of a tunable terahertz switch and band-pass filter using liquid-crystal-filled photonic crystal waveguide is demonstrated. The effects of magnetic field on the photonic bandgaps and transmitting properties of a THz wave are investigated by using the plane wave expansion method and finite difference time domain method. The efficient photonic bandgap tuning is predicted such that the two-dimensional liquid-crystal-filled photonie crystal waveguide can serve as a switch and continuously tunable band-pass filter with controlling of the magnetic field.     

利用3D打印技术制备太赫兹器件

高性能的太赫兹器件在控制太赫兹波方面起到重要的作用,因此寻求一种简单有效的太赫兹器件加工方案非常必要。本文以太赫兹波导和太赫兹滤波器为例,分别选用Kagome型光子晶体结构的波导和一维光子晶体结构的滤波器,运用商用的3D打印机加工样品,并采用透射式太赫兹时域光谱系统对样品的参数进行测量。实验结果表明:加工的波导在0.2~1.0 THz范围内传输损耗平均值约为0.02 cm~(-1),最小值可达到0.002 cm~(-1),且可运用机械拼接的方式将多个波导进行简单的连接从而获得更长的波导而不引起严重的损耗;滤波器的透射谱在0.1~0.5 THz之间有两个明显高损耗带;这两组实验结果均与理论预计非常接近。本文运用太赫兹波导和滤波器的实例证实了3D打印技术加工太赫兹器件的可行性,将会成为获取性能可控、价格低廉的太赫兹器件的有效途径。     

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.     

Terahertz wave narrow bandpass filter based on photonic crystal

We designed a narrow bandpass terahertz wave filter using photonic crystals with a line defect. An inserted linear defect in one-dimensional photonic crystal structures for a channeled filtering in the terahertz range are studied and designed theoretically. By using transfer matrix method, we examined the transmittance spectra for the proposed terahertz wave filter has a 3 dB transmission loss bandwidth of 20 MHz ranging from 0.29998 THz to 0.30001 THz. The simulated results show that a very narrow transmission band and high transmission (higher than 99.99%) centered at λ₀, and very sharp edges can be achieved.     

光子晶体对太赫兹波的调制特性研究

利用传输矩阵方法研究了掺杂半导体n-GaAs/聚碳酸脂一维光子晶体的太赫兹波透射谱.研究结果发现,与一般由两种介电材料组成的一维光子晶体不同,由于掺杂半导体中自由载流子对太赫兹波存在较强的吸收,所以这种材料组成的一维光子晶体除可形成光子带隙外,还可以增强n-GaAs对太赫兹波的透射.同时还提出了一种基于这种一维光子晶体的太赫兹波调制器,通过外加电压控制半导体中电子浓度的大小可实现对太赫兹透射波幅度的调制. 关键词： 掺杂半导体光子晶体 太赫兹波 太赫兹波的调制     

二维光子晶体功率分配与合成的仿真

利用平面波展开法,绘出了光子晶体的能带结构图,揭示了光子晶体能带结构的特点.在带隙结构中引入线缺陷,实现了对电磁波传播方向的控制.通过设计不同的线缺陷分布,实现了对电磁波传输能量的分配与合成.最终完成了对电磁波传播方向的控制和功率分配及合成的引导.采用Comsol Multiphysics软件对空气背景不同形状的介质光子晶体进行功率分配与合成的仿真,结果表明,在光子晶体中通过对线缺陷的设计,可实现功率的分配与合成.