单轴应力对一维镜像光子晶体光子局域态透射峰的影响

利用传输矩阵法研究了镜像异质三周期一维光子晶体中的光子局域态随单轴应力发生变化的特性. 对于镜像异质三周期光子晶体, 由于其镜像结构, 破坏了光子晶体的有序性, 产生了一个缺陷态, 使其在较宽的光子禁带中心有一个光子局域态透射峰. 研究表明: 当对镜像异质三周期光子晶体施加单轴应力时, 其中的光子局域态透射峰会随着应力的改变而发生剧烈的变化. 当外部微弱的机械应力施加到光子晶体上时, 对光子晶体形成一个拉伸应变, 拉伸应变引起光子晶体结构的变化, 进而大幅度影响光子局域态透射峰的透射率.结果表明: 透射峰的透射率明显受单轴应力的影响. 这些特性可为用此结构的光子晶体设计超高灵敏度压力传感器提供理论参考. 关键词： 光子晶体 单轴应力 光子局域态 传输矩阵     

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.     

多通道可调TM偏振滤波特性研究

基于光子晶体的光子局域特性,并利用液晶的电控双折射效应,设计了一种新型的多通道可调滤波器。采用传输矩阵法对该滤波器的光学传输特性进行了数值模拟,分析了透射谱与晶体结构参数的关系,讨论了大角度入射光子晶体时电控双折射效应对透射谱的影响。结果表明:当入射角为89°时会出现多个间距不等的高透射率的透射峰。随着各液晶层折射率的增加,缺陷模发生红移。当向光子晶体施加电压时,透射峰的位置发生蓝移,但透射峰峰值大体不变,从而验证了此滤波器的可调节性。该光子晶体滤波器结构简单,可调谐性好,在波分复用系统光源、光谱分析仪和信道监测中有一定的应用价值。     

含单负材料一维光子晶体局域场的研究

利用光学传输矩阵法对含单负材料的一维光子晶体的光学传输特性进行了数值计算.结果表明,选择合适参数,使得双缺陷满足ε和μ为零的条件,该缺陷就不会影响光子带隙.而传统的一维光子晶体,由于缺陷的加入,会在光子带隙中出现缺陷模.当满足ε和μ为零的条件时,双缺陷中传输矩阵相当于一个单位矩阵,相当于一层透明材料;当双缺陷厚度增加时,其中的场强度成指数增加,与放在真空中双缺陷相比,带边的场局域效应更加明显.     

材料的吸收效应对光子晶体温感特性的影响

利用传输矩阵法对含有缺陷层光子晶体缺陷模的透射率进行计算,主要讨论了材料的吸收效应对光子晶体温感特性的影响。以波长为800nm处缺陷态的透射峰作为研究对象,通过MATLAB数学软件数值模拟仿真发现:随着温度逐渐增加,缺陷模的透射率随之减小,说明光子晶体对温度变化有一定的灵敏度;介质材料的吸收效应会使透射峰随温度变化的速度减小,即光子晶体的缺陷模对温度变化的灵敏度减小;介质材料的消光系数越大,光子晶体的缺陷模对温度变化的灵敏度则越小。     

二维非晶光子材料的缺陷态

应用多重散射方法计算了二维介质柱构成的非晶光子材料的缺陷态。在非晶光子材料中抽掉不同位置的圆柱会产生频率不同的缺陷模，但缺陷模的能量都是非常局域的，能量基本上集中在以缺陷波长1／3为半径的圆内。这表明非晶光子材料中形成的缺陷模不仅具有周期性光子晶体的缺陷模的强局域化特征，同时缺陷模更富于变化。     

双缺陷模一维光子晶体的双光子吸收增强研究

采用真空镀膜工艺制备了具有762 nm和800 nm双缺陷模的含两个CdS缺陷层的TiO2/SiO2一维光子晶体,运用抽运探测技术测量了其双光子吸收。对于两个缺陷模,双光子吸收均得到很大的增强,其中缺陷模为800nm时的双光子吸收系数307 cm/GW要大于缺陷模为762 nm时的116 cm/GW,分别为单层CdS薄膜的48倍和18倍。这种双光子吸收的增强是由于光局域化导致一维光子晶体缺陷层内的电场强度增大而形成的。通过传输矩阵法计算了一维光子晶体的内部场强,发现800 nm波长光入射时缺陷层内的电场强度要大于762 nm波长光入射时的电场强度值。     

二维点缺陷正方光子晶体的微腔结构

通过平面波展开法对由Al₂O₃介质棒在空气背景介质中构成含有点缺陷的二维正方光子晶体微腔结构进行研究,计算得出缺陷态能带以及缺陷态模场分布。缺陷模对应的电磁波波长为470~476nm。对该微腔结构的品质因数的求解,得出缺陷态光谱曲线。在光谱曲线中,随着传输波长的增大,将产生几个峰值,并且在475nm处的波动最为明显,反映出在475nm附近的电磁波段在缺陷处的光强较大。进一步利用全矢量等效折射率法研究该结构缺陷模频率的稳定性,得出等效折射率的变化曲线。从等效折射率变化曲线可以看出,当传输波长达到475nm时,该结构已经达到稳定传输的区域。含缺陷模的二维光子晶体微腔结构在光子晶体发光二极管以及高阈值半导体激光器等方面有着重要的应用价值。     

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.     

一维非线性光子晶体全光开关的数值研究

在光子晶体的缺陷层内掺入Kerr介质,基于Kerr非线性效应导致的缺陷态迁移原理,设计了两种一维光子晶体全光开关结构.应用时域有限差分(FD-TD)法,编制Matlab计算程序,对全光开关进行数值特性分析.讨论频率混合效应对全光开关的影响.观察光子局域效应增强光子晶体非线性的现象,验证了光子局域效应与光子晶体完整周期结构的层数有关,层数太少光子局域效应不明显.     

高双折射光子晶体光纤中均匀布拉格光栅的特性

研究了具有高双折射的光子晶体光纤(HB PCF)中均匀布拉格光栅(FBG)的光谱特性。利用紧凑的超格子模型,对光子晶体光纤的传输特性进行分析,研究正向传输和反向传输的模式之间的耦合规律,从而研究写入光子晶体光纤中的均匀布拉格光栅的特性。首先给出具有C6v对称性的零双折射光子晶体光纤中光纤布拉格光栅的布拉格波长λB随光纤结构参量的变化规律;然后分析一种高双折射光子晶体光纤中的光纤布拉格光栅的光谱特性,高双折射使两个不同偏振态的反射峰分开较大;最后分析了一种常用的双模双折射光子晶体光纤中光纤布拉格光栅的光谱特性,LP01模和LPe11模的两个偏振态对应的反射谱都由于高双折射而分开。     

一维光子晶体中多缺陷耦合导致的杂质带

利用传输矩阵方法研究了包含多个周期性分布的缺陷的一维光子晶体的透射谱.以33个周期的1/4波堆存在5个缺陷的光子晶体为例作了数值计算.结果表明,在周期性光子晶体中加入多个缺陷时,将在截止带中产生多个缺陷模.这些缺陷模构成的杂质能带依赖于缺陷在晶体中的分布.当缺陷密集时,缺陷模耦合较强,杂质带中透射峰相距较远,它们对应禁带中许多分立定域的杂质能级;当缺陷稀疏时,缺陷模耦合较弱,透射峰相距较近,分立的杂质能级趋于简并,由此形成一个很窄的通带.     

DOUBLE PERIODIC PHOTONIC CRYSTAL WITH METAMATERIAL

In this paper, the reflection and transmission coefficients of multi-layer dielectric and metamaterial media are derived by transmission-line method. Then, it is applied to double periodic photonic crystal structure, which is composed of two thin dielectric layers sandwiched by two thin metamaterial layers. The results show the structure has a large passband and a monotonous symmetric rising band edges compared with that for a conventional photonic crystal structure. If a defect layer is introduced, the localized modes appear. Furthermore, the number of transmission peaks in the photonic crystal structure can be tuned by changing the thickness of the defect in the structure. This photonic crystal may find application to broadband reflectors and the multi-wavelength narrow band optical filters.     

双带型光子晶体中双V型四能级原子自发辐射谱中的黑线研究

研究了双带型光子晶体中双V型四能级原子自发辐射的辐射谱.双V型四能级原子同时与真空热库和双带型光子晶体热库耦合.研究发现双V型四能级原子自发辐射谱中有三种不同原因可能引起的黑线：第一种是由于量子干涉效应;第二种是由于各向同性光子晶体带边处态密度具有奇异性;第三种是真空场中的量子干涉和光子晶体禁带内态密度为零共同作用的结果.通过移动光子晶体的带边位置,在各向同性光子晶体带边引入光滑因子,以及在光子晶体中引入缺陷等对这三种黑线的影响,对上述结果进行了分析和讨论. 关键词： 双带型光子晶体 双V型四能级原子 黑线     

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。     

渐变折射率光量子阱对束缚态能级的调整

在对称的均匀电介质材料光子晶体体系中插入另一折射率渐变的光子晶体可构成光量子阱结构.利用时域有限差分法计算了不同折射率分布光量子阱结构的传输谱.研究表明：束缚态是对处于垒光子晶体禁带中的阱光子晶体导通带的离散化,束缚态能级个数等于阱光子晶体结构单元的重复周期数；以渐变方式调整阱区折射率分布,可在特定频率范围内得到新的互不交叠的束缚态.这样在有限的禁带区域可以成倍增加光子束缚态而无需增大光量子阱结构的尺寸,使信道密度最大化、光波有效带宽的使用最优化.这种量子阱结构可用于制作超窄带滤波器和多通道窄带滤波器,有望在光通信超密集波分复用和光学精密测量技术中获得广泛应用. 关键词： 光量子阱 光子束缚态 渐变折射率 光子晶体     

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.     

含双负缺陷的一维光子晶体耦合腔的杂质带特性

利用转移矩阵方法研究了含双负缺陷的一维光子晶体耦合腔的透射谱.计算结果表明，如果改变缺陷的折射率，缺陷模之间的耦合作用将发生改变，使得能隙中的杂质带也随之改变.若这个折射率取适当值，则可以在禁带中同时出现几个尖锐的透射峰和较宽的通带，这种结构可同时用于多通道窄带滤波和宽带滤波. 关键词： 光子晶体 缺陷模 杂质带 滤波