二维光子晶体耦合腔阵列的慢波效应研究

设计了一种六角晶格二维光子晶体耦合腔阵列,平面波展开法计算能带表明,处于禁带中的耦合缺陷腔模的色散曲线在光子晶体平面内所有k矢量方向更加平坦.模拟了横电波沿ΓK方向的透射谱.与光子晶体单缺陷腔相比,耦合腔阵列结构的缺陷腔模透射率提高三个量级以上,而群速度降低一个量级,得到0.007c的结果.该慢波效应在构造微型可调谐光延迟器和低阈值光子晶体激光器等方面具有潜在的应用前景. 关键词： 光子晶体 耦合腔阵列 慢波 透射率     

基于二维光子晶体耦合腔波导的新型慢光结构研究

对二维介质柱光子晶体耦合腔波导慢光结构进行了研究,发现随着缺陷腔之间晶格个数增多,群速度减小很快,选用7×7超胞单元时耦合腔波导结构的导模最大群速度ν_g-max只有光子晶体线缺陷波导的1/251.然后对7×7超胞单元的缺陷腔周围四个介质柱半径进行调整,发现新型结构导模的ν_g-max进一步减小,最小可达到589×10^-4c,约为未调整之前的1/5.最后通过比较发现,当改变缺陷腔上下相邻两个介质柱半径时得到的结构具有更好的慢光特性.     

光子晶体缺陷模的带宽与品质因子研究

利用光学传输矩阵法研究了结构参量对缺陷态光子晶体的缺陷模带宽和品质因子的影响.研究发现,当缺陷介质层厚度h₀的值较小时,缺陷模的带宽很小且基本保持不变;当h₀较大时,缺陷模的带宽随h₀的增加而快速增加.另外发现,缺陷模的品质因子在某个h₀处取最大值.但是总体上看,h₀较小时的品质因子要远大于h₀较大时的品质因子.此外,缺陷模的品质因子随光子晶体的周期数增加而急剧增加约4.788倍,而带宽则随周期数的增加而急剧减少约4.788倍.当周期数为13时就可以获得10⁹以上的品质因子值和小于10^-9的相对带宽值.     

双模腔场中具有不同耦合常数的两原子多光子辐射谱

研究了与双模腔场具有不同耦合常数的两个二能级原子的多光子辐射谱,给出了双模多光子辐射谱的一般表达式.结果表明,当双模腔场分别处于不同数态时,虽然两原子与双模腔场之间具有不同的耦合常数,但对于任意的N₁和N₂(N_i(i＝1,2,)为模i腔场被每个原子吸收或发射的光子数),辐射谱总是关于共振频率ω₀对称分布;并且,当N₁＝N₂时,对于任意的数态光子数n₁和n₂交换,辐射谱不变.上述特点用解析方法给予了解释.计算了非简并双光子情况下的辐射谱,并得到了一些新结果.双模腔场中单原子及具有相同耦合常数的两原子辐射谱可从本文结果分别做为特例而得到.     

基于宽度抛物线型和渐变孔径的超高Q低V 一维光子晶体纳米梁腔的设计

设计了基于宽度抛物线型和孔径渐变的一维(1-D)光子晶体 (PhC)纳米梁腔.通过FDTD的计算模拟, 设计的这种纳米梁腔可以实现超高Q值1.8× 10⁷, 同时拥有超小模体积V～ 0.04(λ/n)³, 在继承抛物线型和渐变孔径型纳米梁腔高Q的基础上,进一步降低了模体积V. 我们设计的这种腔具有紧凑, 低制造工艺要求以及高Q/V 值等优点,在未来应有广泛应用.     

双相干态光场与原子依赖强度耦合过程的腔场谱

研究了依赖强度耦合双模J-C模型的腔场谱,给出了激发态原子与双相干态光场双光子共振相互作用过程光谱结构的数值结果.发现腔场谱呈现出复杂的多峰结构.腔场谱的频率灵敏地受两模光子数差q的调谐.     

双模SU(2)相干态场与一个Λ型三能级原子共振相互作用的光场非经典性质

采用全量子理论和数值计算方法, 研究了初始处于SU(2)相干态的双模腔场与一个Λ型三能级原子共振相互作用的光场非经典性质,讨论了在没有对原子进行态选择测量、 直接对原子进行态选择测量和应用经典微波场并对原子进行态选择测量的三种情况下,两个腔模总光子数、配分参量和耦合系数对光场非经典性质的影响.结果表明,增加两个腔模的总光子数M或对原子进行态选择测量,双模差压缩明显增强;减小配分参量和应用经典场并对原子进行态选择测量,a模光子的亚Poisson统计分布的平均程度变浅,而b模变深;两模间的反相关特征保持不变,增加M或直接对原子进行态选择测量,反相关平均程度变浅;直接对原子进行态选择测量,违背Cauchy-Schwartz不等式.     

二维正方光子晶体波导中的慢光传输

采用平面波展开法分析了正方晶格光子晶体线缺陷波导中的慢光传输.数值模拟结果表明,介质柱光子晶体线缺陷波导中,缺陷模的群速度与填充比、缺陷处介质柱半径及与波导相邻介质柱半径有关,其中缺陷处介质柱半径对缺陷模的群速度影响最大|随着填充比和缺陷处介质柱半径的增大及与波导相邻介质柱半径的减小,缺陷模的群速度逐渐减小且最小减至0.015c.进而对比研究空气柱光子晶体线缺陷波导,发现缺陷模的群速度随着缺陷处空气柱半径的减小而减小,最小减至0.008c.     

一维新型阶梯函数光子晶体透射特性

研究了阶梯型折射率n₂₂、n₁₁(阶梯分布高度)的大小、对应的分布厚度、不同入射角以及缺陷模对阶梯函数型光子晶体透射特性的影响.由费马原理给出光在函数光子晶体中的运动方程,再由电磁传播理论给出函数光子晶体的传输矩阵,进一步推导出函数光子晶体的透射率以及电场分布的表达式.研究表明,1)随n₂₂,n₁₁大小或者厚度改变,其禁带变宽;2)随光的入射角增加,其禁带变窄;3)当加入缺陷层时,随着缺陷层介质折射率增加,缺陷模强度减小且位置发生红移;4)在函数光子晶体中,缺陷层前电场分布保持不变,而在缺陷层处以及之后的电场强度都明显增强,这不同于常规光子晶体的电场分布仅在缺陷层处局域增强.     

Kerr效应对级联型三能级原子与单模腔场相互作用系统原子占居态几率的影响

采用全量子理论,研究了充满Kerr介质的高Q腔中级联型三能级原子与单模相干光场相互作用系统原子占居态几率的时间演化规律;讨论了原子场模间的耦合系数λ、初始场的平均光子数(初始场强)n和 Kerr介质强度系数μ对原子占居态几率的影响.