光子晶体波导定向耦合器

在完整二维光子晶体中引入线缺陷后，就形成了光子晶体波导；将时域有限差分方法(FDTD)用于光子晶体波导耦合研究，计算了不同耦合长度情形下的波导各个出口处的透过率，结果表明：光子晶体波导耦合遵循普通介质波导耦合的一般规律，也有定向耦合的功能。进一步的研究表明：对于不同的频率，光子晶体定向耦合器耦合系数是不同的，并且耦合系数和对应的频率之间近似直线关系。     

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。     

基于光子晶体波导定向耦合的光子晶体分/合频器

在完整二维光子晶体中引入线缺陷后,就形成了光子晶体波导。将时域有限差分法(FDTD)和平面波法作为光子晶体理论研究的工具。研究结果表明,光子晶体波导之间的耦合遵循普通介质波导耦合的一般规律,有定向耦合的功能;将两个具有不同耦合长度的光子晶体波导定向耦合器顺序集成在一起,可以组成一个三波长的光子晶体分/合频器。     

光子晶体耦合波导实现光开关效应的研究

提出了一种基于光子晶体耦合波导实现光开关效应的方法:将线缺陷引入二维光子晶体以形成两平行的邻近波导,两邻近波导及其中间的两排介质柱构成了光开关模型耦合区;利用平面波展开法计算了不同介质填充率情况下的色散特性.结果发现:减小介质填充率可以实现波导耦合长度的减小;分段调整中间介质柱的填充率和选择不同的耦合搭配长度,定向耦合...     

耦合腔光子晶体慢光波导结构

在单线缺陷结构中引入两个附加的相邻介质柱,构成一种新型的光子晶体耦合腔波导结构.通过平面波展开法对波导结构的的慢光特性进行了仿真分析,研究了平移线缺陷上下两侧介质柱,以及改变腔体的长度对器件色散特性和群速度的影响.结果表明:与平移缺陷上下两侧介质柱相比,通过改变腔体的长度,不仅可将光群速度低到0.03c(c为真空下的光速),而且器件的有效波长范围接近20nm.利用时域有限差分法得到波导结构的传输场分布图,研究波长的选取对入射激励光在光子晶体耦合腔波导中传输场的影响,发现结构参量优化后的光子晶体耦合腔波导仍然具有良好的传输特性.     

基于光子晶体的双波长太赫兹波功分器研究

太赫兹波技术和光子晶体技术相结合为设计太赫兹波功能器件提供了新的思路和方法.本文提出了一种基于二维光子晶体的双波长太赫兹波功分器.在光子晶体中引入由三个相互平行的单模波导形成的定向耦合型分束器和Y型结构的1×2型分束器,同时,在Y型结构的分支处分别引入两个介质柱.利用平面波展开法和定向耦合原理计算了在不同入射波频率下,耦合波导的耦合长度,并采用时域有限差分法对功分器的传输特性进行了模拟仿真分析.结果表明,在频率f1=1.0THz时,实现了端口1和端口2的能量均分输出;在频率f2=0.893THz时,通过非对称改变两个介质柱的折射率,可以实现端口3和端口4输出能量的自由分配.     

二维正方晶格光子晶体三光波导方向耦合器

光子晶体是以介电常数呈周期性排布且在光波长量级构建的人工微结构,利用其具有光子禁带这一特性可实现对光子的控制。引入线缺陷可形成光子晶体波导。以1.55μm的TE偏振光作为光源,用时域有限差分法计算并分析了二维正方晶格光子晶体三光波导方向耦合器在不同波导间距下的耦合长度及耦合效率分别与介质柱折射率和介质柱半径的变化关系。研究结果为1.55μm耦合器的结构设计及制备提供一定的理论指导。     

平行光子晶体波导的传输特性及应用

采用时域有限差分法研究两平行光子晶体波导的传输特性及模场分布,利用耦合模理论计算光子晶体波导的耦合系数。计算结果表明,在不同的频率范围内两平行光子晶体波导之间表现出不同的耦合特性:在高频段(0.32~0.44)(ωa/2πc)的范围内两直波导表现出相互的能量交换,实现光耦合,耦合系数随入射波 频率增加而减小;而在低频段(0.29~0.32)(ωa/2πc)的范围内,两波导的传输谱图几乎重合。最后,提出一种采用固定波导耦合长度同时实现光分束及光均分器的方案,当耦合长度取34a时,可将频率为0.333 (ωa/2πc)和 0.357(ωa/2πc)的两入射波分束传播,同时将低频段中的任意频率波进行能量均分。     

跑道型结构光子晶体波导定向耦合器

鉴于波导定向耦合器在集成光路以及光电集成方面的广泛应用,提出了一种基于光子晶体波导间高效耦合的光子晶体定向耦合器。通过主波导和耦合波导间的耦合,可以实现对波长为1 490 nm和1 550 nm电磁波的高效分光。在将器件长度控制在30 μm左右的同时,其总效率高达93.05%。另外,发现主波导和耦合波导间介质柱结构参数对电磁波的耦合周期有着极大的影响。并通过将介质柱沿z方向拉伸0.1a(a为晶格周期),设计了工作波长为1 530 nm和1 540 nm的光子晶体定向耦合器,器件长度仅为60 μm。通过拉伸介质柱的纵向长度,可以大幅减小耦合周期,这对缩小器件体积以及实现更为密集的波分复用有着重要的意义。     

条形耦合波导对光子晶体耦合缺陷模的影响

光子晶体的耦合缺陷模可以通过透射谱形状来表征,而透射谱形状则与连接缺陷的条形耦合波导相关.不同于直接耦合时信号相移只依赖于缺陷模的共振频率,当存在耦合波导时信号相移也决定于波导的长度和色散关系.随着波导长度的增加,透射谱形状发生从三峰到两峰,再到平项,最后又回到三峰的周期性变化.时间耦合模的分析表明,在缺陷模频率附近理论结果与时域有限差分法的计算结果完全一致,表明在此复杂情况下理论模型依然有效.     

基于波导间能量耦合效应的光子晶体频段选择与能量分束器

基于波导间能量耦合效应的光子晶体功率分束器具有结构紧凑、带宽较宽、弯曲损耗低、分光角度大和不受外界电磁场干扰等优点.本文利用时域有限差分方法,理论研究了二维三角晶格光子晶体耦合波导的功率分束特性,设计得出了一种能够在宽频谱范围内针对不同频率区间实现不同分光比的功能器件.在此基础上通过改变耦合区介质柱形状以及输出分支波导与能量耦合波导的连接位置,最终针对三个相邻频率范围内的入射光信号,较好地实现了三均分、二均分、单一输出通道这3种能量分配输出模式.该功能器件具有透过率对比度高、结构紧凑等特性,对于发展全光功能器件在大规模全光复杂集成领域内的实际应用具有一定的促进作用.     

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。     

Emissions of Photonic Crystal Waveguides with Discretely Modulated Surfaces

Transmission properties of photonic crystal （PC） waveguides with discretely modulated exit surfaces are investigated numerically using the finite-difference time-domain （FDTD） method. Unlike the case of periodically modulated surfaces, where the transmission beam tends to be a single and directional beam, when the exit surfaces are modulated only at several discrete points, the emission power tends to split into multiple and directional beams. We explain this phenomenon using a multiple point source interference model. Based on these results, we propose a 1-to-N beam splitter, and numerically realized high efficiency coupling between a PC sub-wavelength waveguide and three traditional dielectric waveguides with a total efficiency larger than 92%. This simple, easy fabrication, and controllable mechanism may find more potential applications in integrated optical circuits.     

Photonic Crystal Polarizing and Non-Polarizing Beam Splitters

A polarizing beam splitter （PBS） and a non-polarizing beam splitter （NPBS） based on a photonic crystal （PC） directional coupler are demonstrated. The photonic crystal directional coupler consists of a hexagonal lattice of dielectric pillars in air and has a complete photonic band gap. The photonic band structure and the band gap map are calculated using the plane wave expansion （PWE） method. The splitting properties of the splitter are investigated numerically using the finite difference time domain （FDTD） method.     

光子晶体环形谐振腔异质结构超微多路光分束器

基于直波导和环形谐振腔的耦合特性,设计了一种新型、高效的二维光子晶体异质结构光分束器.时域有限差分法模拟表明,该设计仅仅通过改变介质柱的折射率,使光场发生重新分布,便可实现输出能量的均分或自由分配.在通信波长范围,该设计结构尺寸小、分束角度大、分束率高,这些特性使其在光通信领域具有重要的应用前景.     

Design of a compact polarization beam splitter based on a deformed photonic crystal directional coupler

In this paper a compact polarization beam splitter based on a deformed photonic crystal directional coupler is designed and simulated. The transverse-electric （TE） guided mode and transverse-magnetic （TM） guided mode are split due to different guiding mechanisms. The effect of the shape deformation of the air holes on the coupler is studied. It discovered that the coupling strength of the coupled waveguldes is strongly enhanced by introducing elliptical airholes, which reduce the device length to less than 18.Sttm. A finite-difference tlme-domain simulation is performed to evaluate the performance of the device, and the extinction ratios for both TE and TM polarized light are higher than 20 dB.     

Dispersion-based beam splitter in photonic crystals

A novel implementation of a dispersion-based beam splitter in a photonic crystal (PhC) is proposed. The beam splitter consists of two periodic structures: a nonchannel dispersion-guiding region and a splitting structure operating inside the photonic bandgap. The dispersion-guiding PhC structure is used to route the optical wave by exploiting the dispersion properties of the lattice. An arbitrary power ratio between the output beams can be achieved by varying the parameters of the splitting structure. Within the studied range of splitting structures, high output power was observed and verified experimentally.     

一种实现光子晶体波导定向耦合型多路光均分的新方法

将多光子晶体单模波导平行、邻近放置构成定向耦合器. 依据自映像原理,数值分析了输入光场对称入射时,该系统中光的传播行为. 基于此结构,以三、四通道为例,设计了超微多路光分束器,并仅通过对称地改变耦合区中两个介质柱的有效折射率,使光场在横向发生重新分布,实现了输出能量的均分或自由分配. 和已报道结果相比,此调制方法更为简单易行而且效率更高,并可以推广到具有更多输出通道的光分束器中,在未来的集成光回路中具有广泛的应用价值. 关键词： 光子晶体波导 定向耦合器 分束器 能量均分