基于量子阱效应的光开关

把三块各带有一个缺陷的光子晶体结合起来，如果中央晶体的缺陷模处在两侧晶体的禁带中，缺陷模内的光波会受到两侧晶体的阻碍并被局域在中央晶体内，形成量子阱结构；若一侧晶体的缺陷模被移动到中央晶体缺陷模处，则只有一侧晶体阻碍在中央晶体缺陷模内传播的光波，量子阱效应完全消失，光的传输受到最大程度的阻碍.这种结构可同时具有窄带滤波器和光开关的功能，据此提出了一种高效的、灵敏的光开关的设计.采用传输矩阵法计算了一维光子晶体的透射谱和场分布.     

用传输矩阵法研究微波波段准一维同轴光子晶体能隙结构

用SMA型同轴标准接头组成具有准一维晶格结构的光子晶体，测试结果表明具有明显的光子带隙结构.利用传输线等效模型和布洛赫周期性边界条件模拟分析也表明同轴准一维光子晶体具有能隙结构，理论计算结果与实验结果能很好吻合. 关键词： 光子晶体 同轴 能隙结构 传输矩阵     

各向异性圆柱掺杂光子晶体的缺陷模及其量子效应

利用光波在一维各向异性圆柱掺杂光子晶体中径向受限的条件,研究了光波在其中出现的模式量子效应,并利用特征矩阵法计算了TE波和TM波各模式的缺陷模的变化规律,得出了一些一维各向异性圆柱光子晶体缺陷模的新结构.缺陷模的频率和透射角都随模式量子数的增加而增大.同一模式缺陷模的频率随圆柱半径的增加而减小. 关键词： 圆柱光子晶体 各向异性介质 量子效应 缺陷模     

一维光子晶体缺陷模的偏振特性研究

利用周期结构的布洛赫定理推导了一维无限光子晶体缺陷模方程,研究了缺陷模的偏振特性,以及在不同入射角和缺陷层厚度下缺陷模位置的变化.利用传输矩阵方法对有限周期数光子晶体也进行了研究,分别对应一维无限光子晶体和有限周期数光子晶体给出了数值计算结果.通过比较这两者的数值结果得出了缺陷模随入射角和缺陷层厚度变化的一般规律.     

光在各类介质一维光子晶体中的传输矩阵

利用Maxwell电磁理论,推导电磁波在一维光子晶体中传播的传输矩阵通式,进一步讨论各类介质一维光子晶体中传输矩阵通式的适用条件,并加以实例对相应传输矩阵进行验证计算,为一维光子晶体研究者、学习者提供计算理论方法参考。     

一维光子晶体禁带特性的研究

应用传输矩阵法研究了一维光子晶体的禁带特性,数值模拟得到了一维光子晶体TE模、TM模和TE/TM模禁带结构,计算结果表明,介质层的厚度发生变化时,禁带宽度发生变化。研究结果为一维光子晶体器件的设计提供了理论依据。     

周期性层状结构材料中光子带隙的形成

结合经典电磁场理论和Bloch定理,讨论了光波在周期性层状结构材料中传播的色散关系,并通过传输矩阵方法得到光波的透射谱,指出在周期性层状结构中波阻抗是形成光子带隙的本质因素.     

传输矩阵法分析有限周期光子晶体的反射谱特征

利用传输矩阵法计算了一维光子晶体的光子带隙结构，分析了有限周期一维光子晶体的反射率及有缺陷的有限周期一维光子晶体的反射率，并讨论了它们的特征。     

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。     

一维超声光子晶体禁带结构分析

超声波在介质中传播时可以引起介质的折射率发生周期变化,当光波垂直于超声波的传播方向时,这种介质可以被用来作为光栅使用,称为超声光栅。当光波沿超声波的传播方向通过这种介质时,它还可以用作一维光子晶体,并称其为一维超声光子晶体(1D-USPC)。利用平面波法证明了一维超声光子晶体具有一般一维周期层叠结构光子晶体的禁带特征。同时这种光子禁带是可以通过超声波的波长和振幅来改变的,这就为控制光的行为方面提供另一种新的方法。     

基于二维六方氮化硼材料的光子晶体非对称传输异质结构设计

二维六方氮化硼(hexagonal boron nitride,hBN)材料在产生光学稳定的超亮量子单光子光源领域有着潜在应用,有望用于量子计算和信息处理平台,已成为研究热点.而光学非对称传输设备是集成量子计算芯片中的关键器件之一.本文从理论上提出了一种基于hBN材料光子晶体异质结构的纳米光子学非对称光传输器件.运用平面波展开法研究了光子晶体的能带结构与等频特性,从理论上分析了hBN异质结构中可见光波非对称传输的可行性.同时,采用时域有限差分方法研究了可见光波段异质结构的晶格常数和半径对透射光谱的影响.研究结果显示,该结构实现了在610—684 nm波长范围内TE偏振光的非对称传输,在652 nm波长处正向透射率达到0.65,反向透射率为0.006,非对称传输透射对比度高达0.98.本文提出的结构模型为基于hBN的新型纳米光子器件设计提供了新的可能性,可用于不同功能光学器件的集成设计.     

用传输矩阵法(TMM)研究二维光子晶体传输特性

将传输矩阵法(TMM)用于光子晶体传输特性的理论研究，采用Mur近似吸收边界和周期边界来截断计算区域，研究了以TM模正入射时，二维方格子光子晶体在完整周期结构下和有缺陷结构下的透过率谱；在微波波段制作了光子晶体模型，并设计了实验装置；实验与数值模拟计算取得了基本一致的结果。     

光子晶体中四能级系统的量子相干效应

研究了处于光子带隙材料中的四能级原子系统的电磁感应透明、自发辐射和光子开关效应，分析了其稳态与瞬态特性, 发现特殊的模密度能够导致反常的吸收、色散、自发辐射及瞬态无反转增益, 并可以通过外加调制场进行控制.详细讨论了特殊频率处模密度的变化对透明窗口和光子开关效应的影响. 关键词： 光子带隙材料 电磁感应透明 模密度 光子开关     

A comparative study of dispersion relation of EM waves in ternary one-dimensional plasma photonic crystals having two different structures

In this paper, a rigorous theoretical analysis has been made to study the dispersion relation of EM waves in periodic ternary one-dimensional photonic crystal having two different structures. In one case we have chosen glass-plasma and ZnS in one unit cell and in other case we have considered glass-plasma and M_gF₂ in one unit cell. Using Kronig-Penney model the dispersion relation for proposed structures has been obtained and numerical results are presented in the form of dispersion curves. The dependence of photonic band gap (PBG) characteristics on plasma frequency, plasma width and the width of dielectric media are discussed in the light of frequency gap and cutoffs of binary one-dimensional plasma photonic crystal. An attempt has been made to show how the PBG characteristic of a particular structure changes when the dielectric materials of its unit cell is changed by the other dielectric material. It is found that the structure having glass-plasma-ZnS in unit cell is more useful for broad band filtering and other plasma functioning devices compared to the structure having glass-plasma-MgF₂ in one unit cell.     

一种紧凑的、可调的、基于缺陷共振的光开关

采用平面波展开法(PWM)和时域有限差分(FDTD)法,研究光在含点缺陷的光子晶体波导中的传输特性.计算结果表明,通过引入两共振腔(点缺陷),处于共振频率附近的光波将被完全反射回光子晶体波导.由于共振频率随点缺陷的折射率的变化而改变,这种现象可用来设计可调光开关. 关键词： 光子晶体波导 缺陷共振 光开关 透射率     

Modelling of 3D photonic crystals based on opals

The construction of 3D photonic crystals with gaps in the visible or the near-infrared frequency range requires engineering of complex microstructures which are very difficult to realize by etching and micro-fabrication. Consequently, self-ordered systems such as synthetic opals are very promising. Synthetic bare opals are constituted by SiO₂ spheres that organize themselves by a sedimentation process in a face centered cubic (fcc) arrangement. Using the plane wave method, we examine the photonic band structures of close-packed opal-based photonic crystals with an SiO₂ (n = 1.5) matrix. The incomplete photonic band gaps at the X- and L-points have been studied which correspond to normally incident plane waves onto the (100) and (111) crystal planes. With the transfer matrix method, we model the transmission properties. We find that the incomplete gap at the L-point fully inhibits the transmission of waves propagating in the [111] direction for opal sample thicknesses that are easily obtainable. This property shows that bare opals could be good candidates for complete inhibition of transmission in the near-infrared and visible frequency range for given orientations.     

Geometrical freedom for constructing variable size photonic bandgap structures

In order to study the design flexibility of photonic bandgap structures, we investigate different examples of 1D traditional Bragg layers and 2D photonic crystals. We have also considered a simple case of 3D woodpile structures. It turns out that in systems with large gaps, the evanescent waves penetrate into the bulk only distances comparable to one lattice constant. Therefore confinement of light can also be achieved without long range order, which leads to the introduction of novel photonic bandgap designs. Adhering to some constraints, the changes in the photonic bandgap in disordered structures are negligible. The important quantity to characterize the presence or absence of modes is the local photonic density of states, however bandgap phenomena in size and position disordered arrangements can also be verified with plane wave supercell calculations as well as finite difference time domain techniques.     

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     

非磁化等离子体光子晶体的禁带周期特性研究

用时域有限差分法（Finite-Different Time-Domain,FDTD）中的电流密度卷积（Current Density Convolution,JEC）算法讨论了一维非磁化等离子体光子晶体的禁带周期特性,分析了非磁化等离子光子晶体的周期结构和等离子体参量对其禁带周期的影响.以微分高斯脉冲为激励源,用电磁波通过非磁化等离子体光子晶体后所得的透射系数来讨论非磁化等离子体光子晶体的禁带周期特性.结果表明,通过改变参量可以获得不同的禁带周期特性.     

基于六角格子光子晶体波导的高效全光二极管设计

提出了一种基于六角格子光子晶体波导微腔和Fabry-Perot(FP)腔非对称耦合的全光二极管结构, 它由一个包含非线性Kerr介质的高Q值微腔与一个光子晶体波导中的FP腔组成. 通过有限时域差分方法对其传输特性进行了仿真, 发现通过两腔的非对称耦合可以实现在特定光强度下的正向传输、反向截止的功能. 在靠近微腔方向光入射时, 特定强度的光可以激发非线性微腔的Kerr效应, 改变了Fano腔的共振频率, 从而变成透射状态. 而远离微腔方向光入射, 由于这个不对称的结构造成场局域的分布不对称, 激发微腔Kerr效应的光强还不够, 所以光不能透射. 所设计的全光二极管结构具有良好的性能参数: 最大透射率高和高透射比、光强阈值低和易于集成等.