利用耦合波导列提高光子晶体波导辐射

将耦合波导列应用于光子晶体单模波导,提出一种提高光辐射的光子晶体结构. 基于时域有限差分方法的理论研究表明,当将耦合波导列附加到单模光子晶体波导出口端的适当位置,使出射光分成若干强弱不一的光束,这些光束在传播空间通过干涉形成一定程度的汇聚,大大提高了光子晶体波导在水平方向的光辐射效率. 另外,当耦合波导列的行数大于某固定值(2N=8)时,辐射质量基本保持不变,由此可获得最紧凑的器件结构. 这种类型光子晶体在近场光学和集成光学等诸多方面有潜在的应用价值. 关键词： 光子晶体波导 光辐射 波导列 耦合波导     

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.     

光子晶体波导定向耦合器

在完整二维光子晶体中引入线缺陷后，就形成了光子晶体波导；将时域有限差分方法(FDTD)用于光子晶体波导耦合研究，计算了不同耦合长度情形下的波导各个出口处的透过率，结果表明：光子晶体波导耦合遵循普通介质波导耦合的一般规律，也有定向耦合的功能。进一步的研究表明：对于不同的频率，光子晶体定向耦合器耦合系数是不同的，并且耦合系数和对应的频率之间近似直线关系。     

基于硅纳米线波导的两级光子晶体缩束器

鉴于在微观领域光波的缩束对实现光电集成的重要意义,提出了基于硅纳米线波导的两级光子晶体缩束器。其中一级压缩基于W5型和W1型光子晶体波导间的高效耦合。二级压缩则由宽为0.1μm,长为3.06μm的纳米线波导和W1型光子晶体波导构成,通过二者的高效耦合实现光束压缩。当W1型光子晶体波导和纳米线波导间介质柱的半径为0.04μm时,对于1550nm波长的电磁波,缩束器的通光效率可达93.4%,压缩比为16.08,出射光束半峰全宽仅为0.148μm。     

二维光子晶体波导与单模平面介质波导间的喇叭波导接头

提出并优化了用于二维介质柱光子晶体波导与单模平面介质波导对接的基于分布布拉格反射波导的喇叭波导接头，提高了这两种波导之间的传输效率.二维时域有限差分仿真结果表明，在大部分光子晶体波导导模的频谱范围内，传输效率高于98％.传输效率最高可以达到99.85％. 关键词： 光子晶体波导 平面介质波导 时域有限差分     

二维介质柱光子晶体波导吸收边界条件

设计优化了用于截断二维正方格子介质柱光子晶体波导的分布布拉格反射波导的结构.二维时域有限差分数值模拟结果显示，在上述两种波导联接处的反射系数可以在大部分光子晶体波导导波的频谱范围内降到1％以下.将这种分布布拉格反射波导和通常的吸收边界条件相结合可以构成用于光子晶体波导的吸收边界条件，其反射率可以降低到-40dB以下，吸收层的厚度可取为晶格长度的1.3倍. 关键词： 吸收边界条件 光子晶体波导 时域有限差分     

光子晶体中双通道之间能量的转移

从理论和实验上分析了光子晶体中双通道之间能量的转移.在双通道之间引入复合型光子晶体波导,通过调节复合型波导的内部参数，使其满足一定的条件，就可以实现双通道之间能量的完全转移，从而实现了光的定向传输.在实验中，测得了输出端的透过谱. 关键词： 复合型光子晶体波导 能量转移 定向传输     

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     

用级联缓变结构实现光子晶体波导和传统波导的耦合

为了提高光子晶体波导与传统介质波导的耦合效率,设计了级联缓变结构.先将传统介质波导中的光耦合进尺寸相当的光子晶体W5波导中,然后W5波导中的光被耦合进尺寸较小些的W3波导中,最后光被耦合进尺寸最小的W1波导.各级波导之间由半径逐渐增大的空气孔连接,空气孔半径逐渐变化相当于波导有效折射率在变化,所以各级波导可以看作是被折射率缓变结构连接起来.由于折射率的缓变,使得光从前一级波导耦合进相邻的后一级波导时反射很小,从而能有效地提高耦合效率.数值计算表明,在光子晶体禁带范围内,除了波导有限长度和波导微小禁带造成的微小不通带外,耦合系数一般能达80%左右,最高可达到95%.     

二维三角晶格光子晶体波导的出射光集束传播

为了解决光子晶体波导出射端光场控制, 同时解决二维三角晶格光子晶体波导出射光辐射困难的问题。利用二维三角晶格光子晶体设计了一种新型光子晶体波导出射口结构。在二维三角晶格光子晶体波导出射端引入两个微腔, 通过光波与微腔发生共振, 形成类似于三个点光源干涉的出射光, 同时进一步提出波导出射端喇叭口干涉出射光定向辐射的设计。通过这种微腔喇叭口设计, 利用时域有限差分法分析结果表明光波实现很好的定向辐射, 并且辐射距离显著提高。     

Dispersionless slow light by photonic crystal slab waveguide with innermost elliptical air holes

We report a low-loss photonic crystal slab waveguide formed by deforming the innermost circle air holes in the conventional photonic crystal slab waveguide into elliptical ones. We obtain the photonic bands and group index of guided modes in this photonic crystal waveguide by guided-mode expansion method and investigate the dependence of photonic bands and group index of guided modes on the parameters of the innermost elliptical air holes. The group velocity and group velocity dispersion of this waveguide strongly depend on the innermost elliptical air holes. Photonic crystal slab waveguide with the optimum innermost elliptical air holes possesses a wider single mode region below the light line, in which light can easily propagate without intrinsic loss. At the same time, the guided mode supported by this waveguide has nearly constant group velocity and vanishing group velocity dispersion in a 3-5 nm bandwidth.     

Influence of disorder and deformation on the optical properties of two-dimensional photonic crystal waveguide

We investigate the effect of disorder and mechanical deformation on two- dimensional photonic crystal waveguide. The dispersion characteristics and transmittance of the waveguide are studied by using the finite element method. Results show that the geometric change of the dielectric material perpendicular to the light propagation direction has a larger influence on the waveguide characteristics than that parallel to the light propagation direction. Mechanical deformation has an obvious influence on the performance of the waveguide. In particular, longitudinal deformed structure exhibits distinct optical characteristics from the ideal one. Studies on this work will provide useful guideline to the fabrications and practical applications based on photonic crystal waveguides.     

Influence of disorder and deformation on the optical properties of a two-dimensional photonic crystal waveguide

We investigate the effect of disorder and mechanical deformation on a two-dimensional photonic crystal waveguide. The dispersion characteristics and transmittance of the waveguide are studied using the finite element method. Results show that the geometric change of the dielectric material perpendicular to the light propagation direction has a larger influence on the waveguide characteristics than that parallel to the light propagation direction. Mechanical deformation has an obvious influence on the performance of the waveguide. In particular, longitudinal deformed structure exhibits distinct optical characteristics from the ideal one. Studies on this work will provide useful guideline to the fabrication and practical applications based on photonic crystal waveguides.     

高透射率慢光速的光子晶体耦合腔波导的研究

将二维三角晶格光子晶体波导和微腔结构结合,优化设计了一种二维三角晶格光子晶体共振耦合腔波导,运用时域有限差分法(FDTD)模拟共振耦合腔波导TE偏振光的透射谱,通过透射谱得到传输光的透射率和群速度。结果表明,合适参数的二维三角晶格共振耦合腔波导在波长1.551μm处的群速度为c/130、透射率为20.1%,在波长1.502μm处的群速度为c/50、透射率为29.2%。运用平面波展开法(PWE)计算的该波导的能带结构对慢光特性进行了分析。这种慢光特性的光子晶体波导将在光存储、光延迟及光子集成等方面有潜在的应用价值。     

Structure design and performance simulation on monolithic integrated chaotic-optical transmitter with photonic crystal waveguide in external cavity

A novel monolithic integrated chaotic-optical transmitter structure is proposed in this paper. It consists of a distributed feedback laser, a semiconductor optical amplifier, a passive waveguide, and a photonic crystal waveguide. The length of external cavity is shorten to 1.125 mm by the slow light effect in photonic crystal waveguide. The performance of the integrated chaotic-optical transmitter is simulated. A series of dynamic states transiting from steady state, period state, and finally to chaotic laser is obtained. The size and power consumption of the chaotic-optical transmitter are both reduced by introduction of photonic crystal waveguide.     

非线性一维光子晶体波导光双稳

利用非线性折射率系数较大且非线性时间响应较快的CdS_xSe_1-x玻璃为材料,设计并制备了非线性一维光子晶体波导光双稳器件,该器件的折射率空间分布呈正弦形式。实验测得双稳开关的阈值功率密度为1.60×10⁵W/cm²,开关时间为63ps。采用时域有限差分方法讨论了光子晶体带隙随入射光强变化而移动的情况,随着入射光功率密度的增加,光子晶体的带隙中心向短波方向移动。同时计算了该器件的双稳特性,理论计算得到双稳开关的阈值功率密度为1.40×10⁵W/cm²,开关时间约为50ps。获得了理论与实验基本一致的结果。     

Design and analysis of a wideband photonic crystal waveguide with low group-velocity and low dispersion

The slow light propagation in a line waveguide in the two-dimensional triangular photonic crystal has been numerically studied, based on which a wideband photonic crystal waveguide with low group-velocity and low dispersion is proposed. The numerical simulation analysis shows that it is possible to maximize the group index and minimize the group-velocity dispersion in wide bandwidth by increasing the radius of the basic air hole and changing the position of the first two rows of air holes in photonic crysta...