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。     

Archimedes 32,4,3,4结构光子晶体中与偏振无关的自准直分束器

通过等频图分析并结合时域有限差分法法模拟, 在Archimedes 3²,4,3,4结构排列的二维光子晶体中同一频率下同时实现了电磁波两种偏振态的自准直. 研究发现,在该结构光子晶体中引入缺陷,当线缺陷宽度改变时, TE和TM两种偏振态光束的分束效果将会随之变化.由此通过控制缺陷宽度,分别实现了两种偏振态光束的50% ∶50%分束以及90°大角度光折弯,分束和折弯的效率都较为理想,为未来设计基于光子晶体的新型光子学器件提供了一种新的思路.     

光子晶体光纤的纤芯等效半径分析

应用有限差分光束传播法和平面波展开法分别计算得到光子晶体光纤的基模有效折射率和包层有效折射率，结合阶跃折射率光纤的模色散方程解出该结构的等效芯半径. 通过对不同结构下光子晶体光纤的研究，找到其等效芯半径随结构参数的变化规律，并根据计算结果将此规律以近似公式的形式给出. 该分析和结果可为利用有效折射率法分析光子晶体光纤时等效芯半径的选取提供一定的理论依据.     

二维光子晶体的特殊色散特性研究

为了研究光场在二维光子晶体中的传播特性,本文应用平面波展开法,得到了二维三角晶格光子晶体的能带结构,在此基础上,运用时域有限差分法,分析了在一定入射角度下,特定频率的光束在光子晶体中的负折射现象,由于应用光子晶体的自准直效应,光束束腰在传播过程中展宽较小。研究了由于能带交折、重叠而产生的特殊色散特性和超棱镜效应,给出了光子晶体内外的磁场强度的分布,得到了极高的角色散度。文章的研究结果对研究基于光子晶体超棱镜效应的波分复用器,具有指导意义。     

串联光子晶体磁控滤波偏光器

为了研究基于旋磁材料的一维光子晶体一正一斜地放置串联结构的传输属性,利用适合旋磁材料一维层状结构的传输矩阵计算公式,计算了串联结构的透射谱。在对结构施加相同方向的外磁场时,得到窄带透射峰,实现了滤波功能。改变右侧光子晶体磁场方向,从左侧光子晶体入射的光束将在右侧斜放的光子晶体表面产生全反射,光束方向偏转90°。通过磁场方向的调制实现了器件的滤波和偏光双功能。     

基于正方和六角排列结构光子晶体对发光二极管出光效率的研究

采用时域有限差分（finite-difference time-domain, FDTD）方法计算正方和六角排列圆形光子晶体的能带结构,研究了光子晶体占空比对能带的影响,找到一组获得带隙个数最多的二维光子晶体的几何结构参数;采用FDTD方法计算具有该参数的光子晶体的发光二极管（LED）出光效率,模拟表明该结构参数的正方和六角排列圆形光子晶体提高了GaN基蓝光LED出光效率5—6倍,六角排列优于正方排列;利用禁带理论、等效介质理论分析了增透机理. 关键词： 光子晶体 能带 出光效率 发光二极管     

加偏压中心对称双光子光折变晶体中多变量空间灰孤子

 为了得到有偏压的中心对称双光子光折变晶体中存在多变量空间灰孤子的结果,基于中心对称双光子光折变晶体中空间灰孤子的基本理论,采用数值方法推导出了中心对称双光子多变量空间灰孤子归一化包络解的积分形式,并对其特性进行研究。结果表明：这种多变量空间灰孤子是由多束偏振方向和波长都相同的互不相干光束耦合形成的。当多变量空间灰孤子只包含有1个或2个光束分量成分时,它自动退化到中心对称双光子空间灰孤子或中心对称双光子非相干耦合灰 灰空间孤子对的情况。当这一多变量空间灰孤子在有偏压的中心对称双光子光折变晶体中传播时,各分量成分光束都能稳定传播。     

光子晶体几何结构设计对LED出光效率影响的研究

利用禁带理论、等效介质理论分析了增透机理,研究了一种参数设计方法.采用FDTD方法计算了表面覆盖ITO层的六角排列圆形光子晶体出光效率.计算该结构参数的光子晶体的LED出光效率,结果表明加入ITO层的光子晶体能提高GaN基蓝光LED出光效率2倍,该参数设计思路也为光子晶体设计提供了参考依据.     

光子晶体定向耦合三波长功分器

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以一行耦合介质柱为间距的平行单模线缺陷波导.通过分析和研究光子晶体波导耦合结构的耦合和解耦合特性,发现在不同频率下耦合波导的耦合长度不同.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,缺陷波导间耦合波导的耦合长度,设计了一种新型超微光子晶体波导耦合型三波长功分器,实现了归一化频率分别为0.369、0.394、0.435的光波的分束效果.采用时域有限差分法验证了该功分器具有很好的功率分配效果.本文结果有助于光子晶体新型滤波器、定向耦合器、波分复用器、偏振光分束器以及光开关等光子器件的研究.     

高功率光子晶体光纤激光器实验研究

 利用F-P谐振腔实验研究了高功率掺Yb³⁺光子晶体光纤激光器。使用915 nm和976 nm两种波长的泵浦源进行双端泵浦,在23 m长的双包层光子晶体光纤中获得了552 W的连续单模激光输出。该激光器的斜率效率约为76%,光-光转换效率为56%,光谱中心波长为1 078 nm,光束质量平方因子为1.2。     

基于金属狭缝阵列的各向异性偏振分束器

在金属-电介质结构的基础上提出了一种基于金属狭缝阵列的各向异性偏振分束器,并采用有限元法研究了横磁(TM)和横电(TE)偏振光入射后结构所表现出的负反射和镜面反射等特性.计算结果表明,当偏振光的入射角设定在20?—70?时,入射的TM光发生强烈的负反射,而TE光的负反射很弱,并随着波长的增加而急剧下降.分析可得偏振分束光栅的理想负反射点和反射面的完美对称响应效果.通过仿真得到了理想负反射点的取值范围.结合严格耦合波法软件,计算不同偏振光入射时负反射和镜面反射条件下的反射率,其消光比高达10~6.     

金属薄膜亚波长微结构的光束集束器件设计

利用时域有限差分方法,模拟了P偏振光高斯光束入射到金属银亚波长细缝与光栅结构的透射情况.由于表面等离子激元波的影响,对称光栅结构透射光呈现对称出射,而非对称结构可以实现小角度定方向的光束集束现象.借助公式推导法及Helmholtz互易定理,可设计出平行入射P偏振光的光束集束器件.由于高斯光束本身的发散性及近场分布的需要,针对高斯光束的器件在结构参量上缩小了12%.在对其他结构参量的优化的基础上,实现了针对633 nm高斯光束的对称出射及光束集束器件的设计.     

Comparative Analysis of the Sensitivity of Optical Sensors Based on Surface Waves Excited in the Kretschmann Scheme

Optics and Spectroscopy - Based on the theory of reflection of a limited light beam from a plane-layered structure, a surface plasmonic wave excited on the free surface of a gold film and, for...     

Leaky photorefractive surface waves in Bi12TiO20 and Bi12SiO20 crystals

Consistent experimental and numerical simulation studies of photorefractive surface wave propagation in Bi₁₂TiO₂₀ and Bi₁₂SiO₂₀ crystals are presented. We induce the photorefractive surface wave with a Gaussian beam of small diameter and show that light leakage from the surface wave takes the form of multiple beam reflection from the crystal surface. The efficiency of surface wave excitation is proved to be much higher for the divergent Gaussian beam than for the convergent one.     

金属-光折变材料复合全息结构对表面等离激元的波前调控

表面等离激元(surface plasmon polaritons, SPPs)控制具有重要意义.表面电磁波全息法是在金属表面设计能有效控制SPP传输的凹槽阵列结构.本文提出一种新的SPP传输的控制方法,利用金属-光折变材料复合全息结构控制SPP传播.在金属表面覆盖一层光折变材料,两束SPP波在光折变材料内干涉生成全息结构,利用此全息结构能够控制SPP的传播.通过时域有限差分法模拟验证,结果显示,通过金属-光折变材料复合全息结构可以有效地控制SPP波束的传输,实现SPP平面波束的单点聚焦、两点聚焦,以及生成零阶和一阶高斯SPP波束.经过优化发现,光折变材料的最佳厚度为3.3μm,最佳折射率调制度为0.06.现有SPP控制器件主要是通过离子束刻蚀,而金属-光折变材料复合全息结构不需要刻蚀,从而扩展了SPP控制的器件的制作方法,为SPPs的全光控制提供了新的思路,使SPP全光控制成为可能,进一步实现了SPP全光开关等功能.     

散射光彩色数字全息光学系统及波面重建算法研究

令物体表面为散射面,参考光及重建光为球面波,详细研究了离轴数字全息物光场重建平面的光波场.导出物光、共轭物光及零级衍射光分布与光学系统参数的关系.根据彩色数字全息的特点,提出抑制零级衍射干扰的光学系统设计方法,并且对一种能够避免插值误差的波面重建算法进行了优化研究,给出了相应的实验证明.     

Low voltage electro-optic polymer light modulator using attenuated total internal reflection

An improved electro-optic (EO) polymer light modulator based on attenuated-total-internal-reflection (ATR) is demonstrated. The modulator consists of a prism–metal–EO-polymer–metal multilayer structure. An applied electric field across the EO polymer layer electrically modulates the energy coupling efficiency of incoming light into guided wave resonance at fixed angles. Compared with conventional ATR modulators based on surface plasmon resonance, the driving voltage for this modulator has been greatly reduced because of the newly chosen working interior angle. It also offers advantages in terms of insertion loss and aperture size over other techniques for the amplitude modulation of a collimated light beam.     

Analysis of directional emission via surface modes on photonic crystals

Directional emission of light exiting a photonic crystal waveguide by a coherent action of radiative surface modes was recently demonstrated [E. Moreno et al., Phys. Rev. B 69 (2004) 121402], and subsequently the substantial enhancement of the directional emission was achieved by engineering the surface and adjusting relevant parameters [S.K. Morrison et al., Appl. Phys. Lett. 86 (2005) 081110]. Here we present the analysis of surface modes causing directional emission by the plane wave expansion method and the finite-difference time-domain method. Then we numerically investigate the effects of surface termination on directional emission. We find another surface termination condition with a positive surface displacement. Our surface termination is more effective than the original structure, and nearly as effective as the termination for the enhancement. Besides, our termination is simpler than that for the enhancement. We confirm its effectiveness in the far-field beam profile and radiation intensity distribution of directional emission from our termination.     

Beam Displacement in a Layered Configuration due to Formation of Standing Waves

We obtain a large positive lateral shift of a light beam reflected from a layered configuration due to the formation of the unusual standing wave, which acts like the forward surface wave. An explicitly analytic condition to obtain the large lateral shift is presented. Finally we present a numerical simulation for the lateral displacement of a Gaussian beam.     

Plasmonic Airy beam generated by in-plane diffraction

We report an experimental realization of a plasmonic Airy beam, which is generated thoroughly on a silver surface. With a carefully designed nanoarray structure, such Airy beams come into being from an in-plane propagating surface plasmon polariton wave, exhibiting nonspreading, self-bending, and self-healing properties. Besides, a new phase-tuning method based on nonperfectly matched diffraction processes is proposed to generate and modulate the beam almost at will. This unique plasmonic Airy beam as well as the generation method would significantly promote the evolutions in in-plane surface plasmon polariton manipulations and indicate potential applications in lab-on-chip photonic integrations.