一维缺陷光子晶体温度的测量

采用Si和SiO₂两种介质材料构造一维缺陷光子晶体,缺陷层介质为Si,利用传输矩阵法对带有缺陷的一维光子晶体的传光特性进行了理论分析,并得到其带隙特性.由于缺陷的存在,使得光子晶体的透射谱中产生缺陷峰.当被测温度变化时,根据两种介质的热光效应和热膨胀效应,光子晶体介质和缺陷层的光学厚度和折射率发生变化,透射谱缺陷峰产生漂移,由缺陷峰的中心波长漂移量得到被测温度的大小.构建了一维缺陷光子晶体测量温度的实验系统,实验结果表明缺陷峰中心波长与光子晶体所受的温度呈线性关系,测量灵敏度为0—2 关键词： 温度测量 一维光子晶体 传输矩阵法 缺陷峰     

一维缺陷光子晶体温度的测量

采用Si和SiO₂两种介质材料构造一维缺陷光子晶体，缺陷层介质为Si，利用传输矩阵法对带有缺陷的一维光子晶体的传光特性进行了理论分析，并得到其带隙特性.由于缺陷的存在，使得光子晶体的透射谱中产生缺陷峰.当被测温度变化时，根据两种介质的热光效应和热膨胀效应，光子晶体介质和缺陷层的光学厚度和折射率发生变化，透射谱缺陷峰产生漂移，由缺陷峰的中心波长漂移量得到被测温度的大小.构建了一维缺陷光子晶体测量温度的实验系统，实验结果表明缺陷峰中心波长与光子晶体所受的温度呈线性关系，测量灵敏度为0—2     

一维向列相液晶光子晶体的研究

从理论和实验相结合的角度,研究了一维液晶光子晶体透射谱特性.实验给出了不同液晶缺陷层电压下的透射谱,电压范围在0～10 V内,透射峰的相对透过率变化为48%～18%,禁带宽度290 nm调谐范围88 nm,透射峰半峰全宽7 nm.理论计算和实验结果比较接近,这些特性可以使一维液晶光子晶体用于调谐光滤波器和光开关.     

RTCM算法在一维光子晶体缺陷模中的应用

利用RTCM算法研究一维光子晶体的缺陷模.研究了TE波和TM波入射时的情况,通过改变杂质层的光学厚度以及杂质层的折射率从而得出一些有重要指导意义的缺陷模特性.同时对有缺陷的一维光子晶体在窄带滤波器中的应用做了一定程度的探讨.结果表明:正入射时,TE波和TM波的透射率几乎相同,随着杂质层光学厚度的增加,透射峰数目增加,这有助于制作多道窄带滤波器.因此,有缺陷的一维光子晶体可以制作波分复用中的多道滤波器.     

光子晶体可调谐滤波特性的理论研究

用特征矩阵法研究了带缺陷的一维光子晶体的透射性质，并提出了新的可调谐光滤波器的概念.一维光子晶体(L1H1)m带有Lc-H2(L2H2)n形式的缺陷时，在光子晶体中间出现了窄的透射峰，其他级次的干涉峰则随着覆盖层H2(L2H2)n周期数的增大而减弱并消失.当耦合层Lc厚度变化时，在光子晶体禁带边缘附近出现两个高透射率区域.高透射率区域透射峰的特性由光子晶体和覆盖层的性质决定.当光子晶体禁带宽度较小时，两个高透射率区域接近，形成具有约150nm调谐范围的区域，因此可制备以一维光子晶体为基础的新型可调谐光滤波器. 关键词： 光子晶体 可调谐光滤波器 特征矩阵     

含复合缺陷层的光子晶体的光学特性

运用传输矩阵法研究了在一维光子晶体中插入缺陷层的透光特性。在无缺陷层的一维光子晶体中能产生467~510 nm、1 279~1 715 nm两处明显的光子带隙。重点研究了插入缺陷层后,在1 279~1 715 nm的光子带隙中缺陷层厚度和入射角度大小分别与透射光谱变化的关系。研究发现：缺陷模的位置对入射角变化很敏感;出现缺陷模的数量和插入缺陷层的数量相同;一维光子晶体厚度的增大不会改变缺陷模的数量和位置,只改变透射峰的宽度和透射率。     

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.     

光子晶体中缺陷的色散导致的群速度降低

利用传输矩阵方法计算了包含色散媒质缺陷的一维光子晶体的复透射系数，其中色散媒质用洛仑兹振子模型描述。计算了由复透射系数定义的等效复折射率并由此研究了频谱位于缺陷模频率附近的光脉冲的群速度。结果发现，由于缺陷模附近的透射谱敏感地依赖于缺陷层的光学厚度，而缺陷层的色散使缺陷层光学厚度随频率变化而改变，从而使包含缺陷的光子晶体的等效色散性质明显地依赖于缺陷的色散行为。由于光脉冲是由多种频率成分的单色场迭加构成的，透射脉冲由各单色场透射后重新迭加构成，因此波包的传播由介质的等效色散性质决定。与包含无色散缺陷的光子晶体相比，缺陷的色散可导致极慢的群速度。通过改变振子强度，群速度可从极慢光速转变为超光速(superluminal)。     

各向异性介质缺陷单负媒质光子晶体的新型缺陷模

电负媒质和磁负媒质组成的一维光子晶体中存在一种几乎不受电磁波入射角和极化影响的零相位能隙.为了能够调节这种能隙的频率,通过在此类光子晶体中心插入一层各向异性媒介,构造出两层电负扣磁负媒质交替的一维光子晶体.采用Berreman 4×4矩阵法计算了该结构的透射谱,结果显示:调节双轴晶体主轴围绕实验坐标系z轴的旋转角度可以改变缺陷模频率的大小,并且该缺陷模的频率不随入射角度的变化而改变.该特性可以用于光波频率可调的单通道窄带滤波器的制作.     

基于一维光子晶体的全光逻辑门研究

考虑光场分布的影响,利用传输矩阵法研究了含有非线性缺陷的非对称一维光子晶体的透射特性,得到一种新的全光逻辑门的实现方法.由于光场在缺陷层中有着很强的局域,光子晶体的非线性效应得到增强.基于此,分析了场分布和缺陷层折射率的相互作用对光子晶体透射特性的影响,结果表明：通过合理设计,透射特性完全可以达到稳定状态.在此基础上设计了基于一维光子晶体的异或、与等全光逻辑门     

Low group velocity in a photonic crystal coupled-cavity waveguide

A two-dimensional photonic crystal coupled-cavity waveguide is designed and optimized, the transmission spectrum is calculated by using the finite-difference time-domain method, and the group velocity of c/1856 is obtained. To our knowledge, this value of group velocity is the lowest group velocity in a photonic crystal waveguide calculated from its transmission spectrum so far. The result is confirmed by the photonic band structure calculated by using the plane wave expansion method, and it is found that the photonic crystal waveguide modes in a photonic band structure are in accordance with those in the transmission spectrum by using the finite-difference time-domain method. The mechanism of slow light in the coupled-cavity waveguide of photonic crystal is analysed.     

液晶调制的光子晶体可控偏光片和光开关

与介质柱型光子晶体相比，空气孔光子晶体更易于制作和集成而更有应用价值.采用平面波展开法证实了填充液晶的二维三角形分布的空气孔光子晶体方向能隙的可调节性.数值模拟结果表明：1)通过外界电场控制空气孔中所填充的相列液晶的方向可以对光子晶体的方向能隙进行调节，这种可调节性可用于制作场敏偏光片.这与Liu等人研究介质柱型光子晶体的结论相类似；2)用phenylacetylene型液晶替代5CB液晶作为填充物质所得到的空气孔光子晶体偏光片可使用的频率范围显著增大.在此基础上，还研究了填充液晶的光子晶体波导传输谱线的可调节性对特定波长的光切断和开通控制的原理，实现了与以往光开关原理不同的光子晶体光开关. 关键词： 光子晶体 液晶 可调节性 平面波展开法 场敏偏光片     

Theoretical study of the Smith-Purcell effect involving photonic crystals

The Smith-Purcell radiation spectrum is calculated for the trajectory of a running charge parallel to the surface of a photonic crystal of dielectric spheres. Analysis is given for the dependence of the spectrum on the velocity of the running charge, the distance of the trajectory from the photonic crystal, and on the light absorption of the photonic crystal. It is shown that all the characteristic features of the radiation spectrum are satisfactorily explained by treating a direct light emitted by the charge as an incident light on the photonic crystal.     

二维光量子阱共振隧穿光谱特性的改善

用时域有限差分法研究了光子晶体量子阱中的量子化能态.研究发现,开腔与闭腔光量子阱结构共振透射峰的数目相同,位置几乎不变,但闭腔光量子阱出射光强更强,透射率更大,频率选择性更好,品质因子Q值更高.同时计算了开腔和闭腔光量子阱光场分布,结果表明,开腔光量子阱为行波阱,闭腔光量子阱为驻波阱,充分证实了闭腔光量子阱更能束缚光场的设想,对其作用机理进行了探讨.     

光子晶体光纤非线性光谱特性的理论与实验研究

光子晶体光纤具有特殊的导光机制和结构可调性,可以产生奇异的色散特性及高非线性,为非线性光纤光学领域的研究提供了新的条件。受多种非线性光学效应的共同作用,在不同泵浦光脉冲参数条件下,不同结构参数及传输特性的光子晶体光纤能产生丰富的非线性光谱。利用分步傅里叶方法求解非线性薛定谔方程,模拟飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的传输过程,获得输出光谱与入射光脉冲参数(泵浦光峰值功率P、泵浦光波长λ、光脉冲形状、光脉冲宽度T_FWHM)、光纤结构参数(孔间距Λ、空气填充比d/Λ、光纤长度z)、传输特性(色散、非线性系数)的关系,分析拉曼孤子、色散波、自相位调制等非线性效应产生的光谱特性。利用光子晶体光纤包层节区进行非线性光学实验研究,获得了孤子波和色散波的宽带光谱输出。理论分析与实验测量的光谱中都包括了波长0.5 μm附近可见光波段的蓝移色散波、0.82 μm波段的剩余泵浦光、1.1 μm波段的孤子波、2 μm附近的红移宽带色散波。理论分析与实验测量结果一致,阐明光子晶体光纤中非线性光谱产生的物理原理,实现了对宽带光谱的可控输出,为高非线性光子晶体光纤的结构设计、制备及非线性光谱的应用研究奠定基础。     

Control of the transmission spectrum of a photonic crystal with lattice defects

The transmission spectrum of a one-dimensional photonic crystal with structural defects is investigated. An anisotropic layer of a nematic liquid crystal is considered as a defect. The possibility of effective external control of the transmission spectrum of the photonic crystal by changing either the orientational state of the defect liquid crystal layer (for example, using an electric field) or the angle of incidence of light is shown. It is established that the spectral properties of the photonic crystal change radically with a change in the optical characteristics of the defect layer in the vicinity of the temperature phase transition of the nematic liquid crystal to the isotropic state.     

染料掺杂液晶可调谐光纤荧光光源的研究

本文提出了染料掺杂液晶填充空心光纤构造荧光可调谐光源.基于染料分子能级结构理论分析B4400荧光光谱依赖温度的变化特性,采用脉宽8 ns,波长为532 nm YAG倍频脉冲激光器抽运,向列相液晶作基体,实验分析染料B4400掺杂液晶填充空心光纤荧光光谱选择性荧光放大规律及温度调谐特性.结果表明:通过控制染料浓度可控制荧光输出功率水平;当温度升高时,中心波长发生红移,中心波长调谐范围为590—605 nm;荧光谱宽呈单调展宽,调制范围为228—236 nm;染料掺杂液晶填充空心光纤荧光光源可实现一定范围内的温度调谐.     

Slow light transmission in a photonic crystal power splitter with parallel outputs

In this paper, we investigate coupling of light to slow modes in a photonic crystal power splitter composed of a Y-junction and two 60° bends. First, a combination of two cascaded bends which is commonly used in integrated photonic crystal circuits is studied in slow light frequency regime. We propose a structure that its transmission spectrum covers the high group-index frequencies near the band edge. Also, by structural modifications, high transmission near to 95% is achieved in slow light bandwidth. Next, we study the complete structure of a photonic crystal power splitter with parallel outputs based on a Y-junction integrated with two 60° bends. Using modified bends and reducing sharpness of Y-junction, the efficiency of splitting increases in both high and low group-index frequency bands. The optimized structure has an average efficiency of 82% in slow mode regime. This structure can be used in photonic crystal based slow light devices, such as Mach-Zehnder interferometers.     

光子晶体光纤中自相位调制效应对超高斯脉冲传输的影响

为了研究光子晶体光纤的微结构对其非线性光传输特性的影响,利用超格子法和光子晶体光纤中的光传输方程,计算了光子晶体光纤中的高斯光脉冲和超高斯脉冲的自相位调制谱.计算结果表明：高斯光脉冲和超高斯光脉冲的高频端比低频端均有较大的频谱展宽,而高斯光脉冲的频谱比超高斯光脉冲的频谱具有更大的中心峰值；超高斯光脉冲较高斯光脉冲有较广的频谱范围,它们的自相位调制展宽范围均随着传输距离的增加而增大.这些现象均可以利用自陡峭效应的理论加以解释.与传统光纤相比,高斯光脉冲在传统光纤中所受自相位调制效应的影响较小.     

Logic gate based on a one-dimensional photonic crystal containing quantum dots

The feasibility of using quantum dots as a dense resonant medium with large transition dipole moments is analyzed. The possibility of creating one-dimensional photonic crystals containing quantum dots is examined on the basis of published experimental and theoretical data and the basic parameters of such systems are discussed. A numerical solution of the generalized Maxwell–Bloch equations is used to show that the interaction of coherent light pulses with a photonic structure containing quantum dots can be used to create optical logical operations of types that will depend on the spectral properties of the crystal.