波状膜层全角度偏振分束特性的分析

从能带结构和等频面两方面完整阐述了利用光子晶体实现全角度偏振分束的条件，分析等频面目的在于确保波矢的切向分量保持连续，采用时域有限差分(FDTD)方法模拟了高斯光束在波状膜层中的传播过程，通过对比TE模与TM模在0°—89°不同入射角情况下的振幅透射系数，理论上验证了波状膜层的全角度偏振分束效应. 关键词： 光子晶体 偏振分束 等频面     

填充率渐变型波状结构二维光子晶体

填充率渐变引起的能带结构和等频面结构的变化是填充率渐变型波状结构二维(2D)光子晶体(PC)产生光路转弯现象的根本原因,由于TM模和TE模在能带结构上存在差异,光路转弯现象就具有明显的偏振选择特性,能够实现归一化频率a/λ为0.29~0.33的偏振分束。利用时域有限差分(FDTD)法模拟了TM模的U型转弯波导,发现出射光位置对入射波长和入射角的变化很敏感,位移变化量分别达到0.38μm/10 nm和0.29μm/(°)。利用TM模的U型转弯波导构建了新型的平行平面谐振腔,并指出由填充率渐变型波状结构二维光子晶体和一维多层薄膜构成的混合结构在光分束和抑制光束发散方面的作用及其在平行平面谐振腔中的潜在应用。     

宽波段波状多层膜结构偏振分束器的设计与优化

本文基于二维光子晶体波状多层膜结构,提出了叠加两种不同膜厚的周期膜堆来拓宽偏振分束器有效带宽的方法.采用粒子群优化算法,建立偏振分束特性的评价函数,优化结构和薄膜厚度等参数,获得了中心波长565 nm,带宽220 nm,平均消光比大于30 dB的宽波段偏振分束器.采用时域有限差分方法分析了膜层顶角的角度敏感性和波状结构的电场分布.结果表明,两个周期膜堆组合的结构解决了禁带不连续的情况,而粒子群优化算法的使用加快了结果收敛,有效地扩展了偏振分束带宽.     

光子晶体偏振分光镜的优化设计

提出了一种二维光子晶体偏振分光镜的设计方法,介绍了光栅基板上用Ge/BaF₂ 多层膜实现二维光子晶体偏振分光镜的优化设计.结果表明，TE模式的光子禁带宽度为0083(2πc/a, a是光栅的周期),设计的偏振波长从172μm到24μm，相对带宽为331％.此光子晶体偏振器件制作简单,具有实用性. 关键词： 偏振分光镜 光子晶体 光子禁带     

基于磁光效应的二维三角晶格光子晶体模分复用器

随着全光通信的快速发展, 波分复用传输系统已不能满足高容量光网络的需求, 而模分复用技术利用有限的稳定模式作为独立信道传递信息, 可以成倍地提高系统容量和频谱效率, 是构建未来光网络的关键技术之一. 本文基于掺Bi复合稀土铁石榴石的磁光效应, 设计了1.55 μm波段的二维三角晶格光子晶体模分复用器. 在该光子晶体结构中引入缺陷, 形成模式分束波导, 通过外加磁场改变其在不同偏振模式下的磁导率, 从而控制TE, TM模式的传输, 实现了1.55 μm波段的模分复用. 利用平面波展开法和时域有限差分法对此模分复用器进行了能带和传输特性分析, 结果表明: TE和TM模式的透射率均高于92%, 信道隔离度分别为19.7 dB和42.1 dB. 这些特性在未来的大容量光传输系统中有着重要的应用前景.     

基于自准直效应的光子晶体异质结偏振分束器

基于光子晶体的自准直效应和禁带特性,提出了一种具有非正交异质结结构的光子晶体偏振分束器.无需引入缺陷或波导,可使光波在该结构中准直无发散地传输并实现分束功能,对制造工艺的要求大大降低.利用Rsoft软件,结合平面波展开法和二维时域有限差分法,对提出的偏振分束器进行了仿真研究.结果表明,该偏振分束器在一个较大的频率范围f=0.275—0.285(a/λ)内可实现横电(TE)和横磁(TM)模的大角度偏振分离,TE和TM模的透过率均在88%以上,偏振消光比分别大于26.57 dB和17.50 dB.该结构可应用到太赫兹波段的传输系统中,a=26μm,尺寸大小为572μm×546μm,在91—95μm波长范围内可实现TE和TM模的分离.利用该结构可设计用于光通信系统(n=3.48)的偏振分束器,a=426.25 nm,结构仅为9.38μm×8.95μm.本方案结构简单,易于集成,有望在集成光路的发展中发挥重要作用.     

红外区二维光子晶体偏振分光镜透射谱分析

采用时域有限差分（Finite-Difference Time-Domain,FDTD）法模拟了垂直入射红外波段二维光子晶体偏振分光镜的透射谱,从而验证了用平面波展开方法计算的二维光子晶体能带结构.用电子束蒸发方法在光栅基板上制备了Ge/BaF2多层膜,实现了二维光子晶体偏振分光镜.实验初步证明了这种光子晶体在垂直入射时具有偏振特性,分析了实验结果与理论计算之间偏差的产生原因.     

二维光子晶体分束器和偏转器

针对二维光子晶体在光束调整和光束偏转中的应用,采用平面波展开法、二维有限时域差分法和完全匹配层吸收边界条件,从理论上研究了二维方形光子晶体结构中TM模式的自准直现象.通过分析光子晶体的能带结构和等频图,基于二维光子晶体的自准直效应和光子带隙,对光波在二维光子晶体中的传播特性进行了讨论.数值计算表明,通过在合适的方向引入不同的线缺陷,可以实现自准直光束的1×2和1×3分束以及光束偏转.最后讨论了透射光束和偏转光束的能量随线缺陷半径的变化关系.所设计的器件极大地扩展了光子晶体在高密度光学集成电路中的应用.     

基于各向异性介质的偏振分束器

利用各向异性介质与各向同性介质构造了一维光子晶体,利用传输矩阵方法分析了它的能带结构,指出利用各向异性介质可以构造高消光比,全角度的偏振分束器件,并分析了它的理论基础.对影响偏振分束带宽的因素进行了分析.为进一步改进设计提出了方向.     

基于太极形介质柱六角光子晶体禁带特性研究

提出了一种新型的非对称性散射体的二维六角晶格光子晶体结构–-太极形介质柱光子晶体. 利用平面波展开法从理论研究这种光子晶体结构的能带特性以及结构参数对完全禁带的影响. 研究表明:散射体对称性的打破, TE模和TM模能带宽度和数目都会有所增加, 有益于获得更宽的完全禁带以及更多条完全禁带.通过参数优化, 发现在ε = 17, R=0.38 μm, r=0.36R, θ = 0° 时, 获得最大完全带隙宽度0.0541(ωa/2πc); 在ε = 16, R=0.44, r=0.2R, θ = 0°时, 光子晶体完全带隙数目最多达到8条. 关键词： 光子晶体 禁带 平面波展开     

淀积在不同小倾角蓝宝石衬底的n型GaN的研究

采用金属有机物化学淀积技术在不同倾角（0°—03°）的蓝宝石衬底上外延n型GaN.通过原子力显微镜观察到n型GaN均呈台阶流生长模式,02°和03°倾角衬底的n型GaN表面台阶朝向相同、分布均匀,明显地看到在0°倾角衬底的n型GaN表面由台阶重构直接导致的台阶朝向随机分布、疏密不匀的形貌.电子背散射分析表明,在0°倾角衬底的n型GaN外延层的应力随外延厚度增加而增加,而02°和03°倾角衬底的n型GaN外延层的应力没有明显的变化.电学和光学特性研究表明,02°和03°倾角衬底的n型GaN有较高的电子浓度和较低的黄光带与近带边强度之比. 关键词： 金属有机物化学淀积 氮化物 原子力显微镜 光致发光     

光子晶体自准直光束偏振分束器

结合能带图和等频图分析,基于光子晶体自准直效应和光子带隙,设计了一种紧凑、高效的偏振分束器.时域有限差分法(FDTD)模拟表明,该设计可以在一个较大的频率范围f=0.268—0.278(c/a) 内实现TE模和TM模的高效(85%)、大角度(90°)分离.在光通讯波长λ=1.55 μm,该设计尺寸仅为9 μm×9 μm.这些特性使其在光通讯领域中具有重要的应用前景. 关键词： 光子晶体 偏振分束器 自准直     

Reflective polarization conversion Fabry–Pérot resonator using omnidirectional mirror of periodic anisotropic stack

A reflective Fabry–Pérot (FP) etalon is demonstrated exhibiting resonance peaks with a total 90°, polarization rotation. The resonator is based on the use of anisotropic alternating dielectric layers stack at wavelengths near the edge of the photonic band gap in where it acts as omnidirectional mirror. Tunability is shown to be possible by variation of the polar tilt angle of the dielectric ellipsoid.     

Design of Ultra Compact Polarization Splitter Based on the Complete Photonic Band Gap

A novel design of polarization splitter based on the complete photonic band gap has been proposed in this paper. The proposed Photonic Band Gap (PBG) polarization splitter is formed by two photonic crystal waveguides composed of dielectric rods in air in honeycomb structure for which complete photonic band gap is obtained using the plane wave expansion (PWE) method. The splitting properties (i.e. coupling length, extinction ratio and insertion loss) of PBG polarization splitter have numerically been investigated using the finite difference time domain (FDTD) method. It has been shown that polarization splitter of length as small as 32 μm can be designed at λ=1.55 μm. The proposed polarization splitter offers a large bandwidth of 120 nm.     

基于多层膜偏振元件的软X射线磁光Faraday偏转测量

在北京同步辐射装置(BSRF)的3W1B软X射线光束线上利用自行研制的同步辐射软X射线综合偏振测量装置对Ni的M_2,3边附近(60—70 eV)进行了软X射线磁光(magneto-optical)法拉第效应(Faraday effect)的偏转测量,实验装置主要由起偏器,检偏器,样品架,圆形钕铁硼永磁铁和MCP探测器组成,偏振元件(起偏元件和检偏元件)均采用反射式非周期性Mo/Si宽带多层膜.实验采用反射起偏和反射检偏的模式,得到一系列能量范围在60—70 eV间的法拉第偏转角结果, 关键词： 软X射线 磁光Faraday效应 综合偏振测量装置 宽带多层膜     

用激光分子束外延在Si衬底上外延生长高质量的TiN薄膜

采用激光分子束外延技术,利用两步法,在Si单晶衬底上成功地外延生长出TiN薄膜材料.原子力显微镜分析结果显示, TiN薄膜材料表面光滑,在10 μm×10 μm范围内,均方根粗糙度为0842nm.霍耳效应测量结果显示,TiN薄膜在室温条件下的电阻率为36×10^-5Ω·cm,迁移率达到5830 cm²/V·S,表明TiN薄膜材料是一种优良的电极材料.X射线θ—2θ扫描结果和很高的迁移率均表明,高质量的TiN薄膜材料被外延在Si衬底 关键词： 激光分子束外延 TiN单晶薄膜 外延生长     

用于可见光区的薄膜光子晶体全角度反射器

采用角域叠加方法可以有效地获得可见光区域的一维光子晶体全角度反射器. 4个TiO₂ /SiO₂薄膜光子晶体用角域叠加形成全角度反射的相对带宽为4133%, 而在同样条 件下用常规的频域叠加方法合成的全角度反射的相对带宽仅为1426%. 阐述了角域叠加的 基本原理，计算给出了可见光区域的全角度反射器，并提出用角域叠加方法可方便地构建频 域叠加所无法实现的紫外区域的全角度反射器. 关键词： 薄膜光子晶体 可见光区域 全角度反射器 角域叠加方法     

Omnidirectional reflectance gaps and resonant tunneling effect in a one-dimensional photonic crystal consisting of two metamaterials

We investigate the properties of electromagnetic wave propagating in a one-dimensional photonic crystal (PC) consisting of two metamaterials with different dispersive model. The reflection gaps of metamaterials multilayer system are independent of the incident angle. Not only TE wave but also TM wave, the omnidirectional reflection gaps exhibit the same behavior with different incident angle for metamaterials as double negative material. We also observed that the frequency regimes of zero-transmission bands are different for TE and TM wave with the same incident angle, when one of metamaterials is the permittivity negative (ε < 0) and the other is the double negative. Correspondingly, we show that the result can be act as an efficient polarization splitter. At last, we discuss the resonant tunneling effect. If the total reflection condition is satisfied, the resonant tunneling effect is enhanced as the incident angle increases, even though the propagation wave is evanescent wave in the single layer medium.