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。     

基于纳米线波导和一维光子晶体纳米梁腔的模分-波分混合解复用器

设计了一种基于纳米线波导和一维光子晶体纳米梁腔的模分-波分混合解复用器,该器件由波分解复用(WDM)和模分解复用(MDM)两部分组成。其中,波分解复用部分由两个一维光子晶体纳米梁腔构成,模分解复用部分采用硅基纳米线波导结构。利用三维时域有限差分法,计算分析了该混合解复用器的性能参数。结果表明,该器件可以在波长1570.0 nm和1573.2 nm处实现基模(TE_0)和一阶模(TE_1)四个信道的解复用功能,插入损耗小于0.37 dB,信道串扰小于-18.4 dB,自由光谱范围可以达到400 nm。该混合解复用器可以应用于模分-粗波分复用系统中。     

用于密集波分复用系统的光子晶体光分插复用器

提出一种用于密集波分复用系统的光子晶体光分插复用器，该器件为由一个光子晶体Aubry-André-Harper(AAH)谐振腔、一个光子晶体AAH反射腔以及两个光子晶体波导组成的三端口反射腔型光分插复用器。基于耦合模理论建立该结构模型，推导理论谱线并分析决定其传输性能的关键参数，根据理论结果指导基于三维时域有限差分法的仿真设计，得出器件的性能参数。仿真结果表明，该器件可以在1556.2 nm和1555.4 nm的工作波长下实现光波的上/下载功能。光子晶体AAH反射腔和锥形结构减小了光波在主波导上的泄漏和端口处的模式失配损耗，使得插入损耗与各端口串扰分别小于0.51 dB和-29.54 dB。所使用的AAH腔具有高Q值的特性，输出谱线的线宽仅为0.2 nm，尺寸仅为19.35μm×13.33μm。该器件结构紧凑且简单，支持双信道分插复用，易扩展信道，可应用于密集波分复用/解复用器件，在大规模集成的高容量光通信系统领域中具有重要的应用价值。     

光子晶体滤波特性分析

采用时域有限差分(FDTD)方法,研究光在含点缺陷(即微腔)和线缺陷(即波导)的光子晶体中的传输特性.计算结果表明,处于光子晶体禁带的光能被局域在光子晶体波导中传输.而具有特定本征共振频率的光子晶体微腔可将在其附近波导中传播的相应频率成份的光下载到微腔中,不同结构的腔可以“下载”不同频率成份的波.以上计算结果,可用于光子晶体上/下载滤波器的设计.     

基于三角晶格光子晶体谐振腔的双通道解波分复用器

提出了一种基于三角晶格二维光子晶体解波分复用器。该器件主体由线缺陷波导、环形谐振腔及点缺陷微腔构成。使用平面波展开法研究了线缺陷波导的特性,给出了线缺陷波导的能带图,对局部器件微调后进行大量的性能仿真以及对整体器件进行性能仿真,选择合适的器件参数,并使用时域有限差分法研究了不同波长的光在解波分复用器中的传输特性,并给出了电场分布图。仿真结果表明,该种结构可以实现波长分别为1271nm和1291nm两种光波的解波分复用。采用6个额外的介质柱,提高了环形腔的透射率;并通过在入射波导的入射口处增加三对介质柱,提高了波导的出射效率,从而整体上提高了双通道解波分复用器的输出效率。     

高效光子晶体太赫兹滤波器的设计

提出了一种新型光子晶体太赫兹(THz)滤波器,该滤波器包括利用线缺陷实现的波导部分和利用微腔实现的频率选择部分.应用平面波法(PWM)分析其带隙结构,然后应用时域有限差分法(FDTD),研究THz波在此滤波器中的传输特性,结果表明,通过改变点缺陷的结构和增大某些介质柱的半径,可以使该滤波器实现高耦合效率的单信道单频率滤波. 关键词： 光子晶体 THz波 平面波法 时域有限差分法     

光子晶体耦合缺陷波导两通道解波分复用器

提出了一种新型两通道光子晶体解波分复用器.首先使用平面波展开法分析了耦合缺陷波导的特性.接着对双耦合缺陷波导之间的耦合效应进行分析.然后,利用耦合效应设计了一种高效的解波分复用器,使用有限时域差分法研究了不同波长的光在解波分复用器中的传输特性,并计算出了电场分布图.仿真结果表明,该种结构可以实现波长分别为1 266nm和1 311nm两种光波的解波分复用.由于耦合缺陷波导具有更小的群速度,此种结构较基于线缺陷波导耦合的解波分复用器具有更小的耦合长度,从而减小了系统的体积.     

光子晶体微腔稀疏波分解复用器的设计与模拟

针对城域网与接入网对稀疏波分复用系统的应用需求,提出了一种基于光子晶体微腔的稀疏波分解复用器.利用平面波展开法计算了二维正方晶格圆柱形硅介质柱型光子晶体的带隙,在此基础上,引入五点缺陷构造了光子晶体微腔,并用时域有限差分法系统分析了微腔共振波长与缺陷介质柱半径及折射率的关系,理论上设计了一种符合ITU G.694.2标准的四信道解复用器.结合Rsoft软件的仿真分析,结果表明:五点缺陷微腔共振波长与缺陷介质柱半径呈非线性关系,与缺陷介质柱折射率差呈线性关系,解复用器四信道的中心波长接近目标波长,峰值半高全宽均小于5.7nm,串扰均在-15.66dB以下,输出谱相对强度均大于90%,输出功率均衡,为解复用器的深入研究提供了理论基础.     

二维硅基平板光子晶体器件

硅材料在红外通讯波段具有低损耗和高折射率的特性,使得其成为集成光学领域中应用最广的材料之一.主要介绍了本课题组在二维硅基平板光子晶体中实现微纳尺度上光调控的研究进展,讨论了利用光子晶体的缺陷态实现各种集成光学器件,包括光子晶体波导、微腔和利用光子晶体波导和微腔形成的滤波器.还介绍了光子晶体中特殊的光折射现象,包括红外波...     

光子晶体异质结耦合波导光开关

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平行的单模线缺陷波导,以一行耦合介质柱为间距,通过调节部分耦合介质柱的折射率,构筑了光子晶体异质结耦合波导光开关结构。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,缺陷波导间耦合介质柱的折射率不同时的耦合长度,确定了合适的光子晶体异质结耦合波导光开关的结构参数。利用时域有限差分法研究了该光开关中耦合介质柱的折射率变化及异质结构介质柱的位置分布对光信号输出路径的影响。结果表明,通过改变该结构中耦合介质柱的折射率可以改变光的输出路径,可实现光的开关行为。并且异质结构介质柱位置的随机分布对该光开关的影响不大,有助于光子晶体新型滤波器、定向耦合器、波分复用器以及光开关等光子器件的研究。     

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.     

二维三角晶格光子晶体三通道解波分复用器

为了实现结构紧凑、高透射率的解波分复用功能,在二维三角晶格光子晶体平板上设计了一个ψ形的三通道解波分复用器.通过在该光子晶体结构中引入合适的线缺陷和点缺陷,使得在光子禁带中出现了局域缺陷态.利用该缺陷态模式,可以控制波的传播和耦合,从而实现解波分复用的功能.通过用平面波扩展法和时域有限差分法对此解波分复用器进行了能带和传输特性分析,找到了具有合适缺陷态频率的光子晶体结构参量,实现了透过率高达80%的解波分复用功能.     

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。     

Multi-channel biosensor based on photonic crystal waveguide and microcavities

An ultrasensitive two-dimensional photonic crystal biosensor is theoretically demonstrated in this paper. Such device consists of a waveguide and high Q-value microcavities which are realized by introducing line and point defects into the photonic crystal respectively. The band structures and the transmission spectra are obtained from the Finite-Difference –Time-Domain (FDTD) method. The simulation results showed that such device is strongly sensitive to the refractive index of the analyte injected into the point defect. The designed device can be applied for measurements of the refractive index and detection of protein-concentrations.     

基于二维光子晶体点缺陷可调谐光功率分配器

在二维矩形阵列结构硅光子晶体中去除中间一排硅柱形成线波导,在线波导右侧引入点缺陷。利用时域有限差分法(FDTD)模拟仿真以及数值分析研究线波导中光耦合特性,计算出两个通道的分光比,发现改变光子晶体的温度可以明显改变这两个通道的光功率比。基于此结构,提出了一种新的光功率分配器,可以获得大范围的光功率比值,从1∶1～90∶1都可以通过改变光子晶体的温度来实现,并且当温度从0℃～200℃就可以实现这一功能,最后设计了一款三通道可调谐光功率分配器,通过调节两个点缺陷区域内温度来实现光功率的分配。     

The study of electro-optical sensor based on slotted photonic crystal waveguide

A compact and sensitive electro-optical sensor based on slotted photonic crystal waveguide (S-PhCW) is demonstrated. The electro-optical sensor can be realized in photonic crystal (PhC) slabs of silicon in Silicon-on-Insulator (SOI). Nonlinear optical polymer is used as infiltration. By applying three-dimensional finite difference time domain (3D-FDTD), the sensitivity and quality factor of electro-optical sensor with different slotted waveguide width are calculated. In addition, sensitivity and the optical properties such as transmission spectrum and field distributions are compared between electro-optical sensor based on line defect photonic crystal waveguide (W1-PhCW) and that based on slotted photonic crystal waveguide (S-PhCW). Simulation results demonstrate that, compared with electro-optical sensor based on line defect photonic crystal waveguide, the sensitivity and quality factor is improved by 30 times and 6.6 times respectively in sensor based on slotted photonic crystal waveguide. Besides, the proposed PhC sensor devices have the advantage of a compact structure with the potential for monolithic integration with optical-to-electrical on-chip conversion and detection.     

T-shaped optical circulator based on coupled magneto-optical rods and a side-coupled cavity in a square-lattice photonic crystal

We propose and numerically investigate a kind of high-efficiency T-shaped optical circulator in a two-dimensional square-lattice photonic crystal. In the T-shaped structure, the single-direction light transmission for 90° light-bending is achieved by coupling two magneto-optical rods. And aided with a side-coupled cavity, two paths of single-direction 90° light-bending are effectively combined, which realizes the nonreciprocal light transmission for two waveguides arranged and linked along a straight line. The optical properties of the system are investigated by finite element method. The circulator considered here can be used for isolating light reflections and improving system stabilization in designing photonic crystal integrated circuits.     

Observations of defect propagation in [100]-oriented opal-type photonic crystals

Charged colloidal suspensions have been used as experimental models for the study of crystal nucleation. Here we propose that the technique of template-assisted colloidal self-assembly can be used to visualize the effects of defect propagation in atomic crystal films produced using epitaxial growth. Templates with periodic line defects were used to grow [100]-oriented three-dimensional photonic crystals by means of the template-assisted colloidal self-assembly method, aided by capillary and gravitational forces. The defect propagation in the [100]-oriented photonic crystal was observed using scanning electron microscopy, both at the surface of the crystal and on cleaved facets. This method is useful in the understanding of defect propagation in the growth of colloidal films on templates - and the same approach may also prove useful for the understanding of atomic crystal growth on substrates with defects. Additionally, the deliberate incorporation of line defects may prove valuable as a way of introducing waveguide channels into three-dimensional photonic crystals.