基于光子晶体带隙特性的反射式多通道滤光片设计

反射式多通道滤光片在光学通讯、光学成像、遥感高光谱等方面有着重要的应用。利用含缺陷一维光子晶体独特的带隙特性,依据其相应的能带理论,设计了一种由金属和介质组成的反射式多通道滤光片。这种滤光片通道的工作范围由光子带隙理论计算得到,通道个数由"光子晶体"缺陷的周期数决定,通道的位置利用等效相位厚度的方法确立。相对于传统的以经验为主的反射式多通道滤光片设计方法,这种基于光子晶体的带隙理论的设计能够从"光子"的角度给出此类反射式滤光元件的设计思路和理论解释。     

量子阱结构一维光子晶体的能带特性研究

通过构造量子阱结构一维光子晶体,利用光学传输矩阵法对这种光子晶体进行了数值模拟计算,对其光子能带特性进行了分析。计算结果表明,这种量子阱结构光子晶体能有效地拓宽光子能带带隙。适当调整参数获得了多通道滤波特性,并用量子理论对多通道滤波进行了解释。     

THz波段的F-P光子晶体滤波器

理论上设计了一系列一维非周期光子晶体，这些光子晶体具有超窄带滤波的特性.并利用成熟的半导体工艺制备出了具有此性能的滤波器.通过比对理论和实验上的透射光谱，得到了两者符合较好的结果. 关键词： THz波段 F-P滤波器 非周期 光子带隙     

含双负缺陷的一维光子晶体耦合腔的杂质带特性

利用转移矩阵方法研究了含双负缺陷的一维光子晶体耦合腔的透射谱.计算结果表明，如果改变缺陷的折射率，缺陷模之间的耦合作用将发生改变，使得能隙中的杂质带也随之改变.若这个折射率取适当值，则可以在禁带中同时出现几个尖锐的透射峰和较宽的通带，这种结构可同时用于多通道窄带滤波和宽带滤波. 关键词： 光子晶体 缺陷模 杂质带 滤波     

异质结构对多通道滤波器禁带的展宽

采用光学传输矩阵法首次研究了掺有缺陷的一维三元异质结构光子晶体的传输特性。研究显示,三元异质结构光子晶体与三元周期结构光子晶体相比光子禁带显著扩大。在异质结构光子晶体中引入缺陷并调整缺陷的数目可以实现多通道滤波现象。本文主要讨论了在该结构产生一、二、三通道滤波现象。     

超窄带和多通道窄带光子晶体滤波器

构造了形如(AB)^mB^n(BA)^m的一维光子晶体，并利用光学传输矩阵法对这种光子晶体进行了数值模拟计算，对其光子能带特性进行了分析。计算结果表明，当m=6、m=4，而n变化时，在一定的波段范围内，在这种结构光子晶体的禁带区内分别获得了一个和多个很窄的透过峰：这种结构的光子晶体可以用来制作超窄带滤波器和多通道窄带滤波器，有望在光通信超密度波分复用技术和光学信息精密测量技术中获得广泛应用.     

光子晶体多通道可调谐滤波器的理论研究

为了实现光子晶体的多通道滤波,对设计出的一维掺杂光子晶体进行了数值计算和理论分析。结果表明：多通道透射峰的波长与空气膜厚度呈线性变化,不同厚度的空气膜可以截到数目不同的透射峰,多通道透射峰的半高宽随光子晶体折射率n₂的增加而减小。以此为基础,设计出滤波通道波长的可调范围达60nm,滤波通道半高宽的可调范围为1nm～5nm,滤波通道透射峰值大于0.98的一维光子晶体三通道可调谐滤波器。     

圆柱光子晶体全反射隧穿的梳状滤波特性

研究一维圆柱光子晶体的全反射隧穿的梳状滤波特性,利用传输矩阵法计算光在大于全反射角入射一维圆柱光子晶体的透射率.在透射波中发现全反射隧穿效应,全反射隧穿峰具有优良的梳状滤波特性.得到圆柱光子晶体的全反射隧穿随周期数、模式量子数以及圆柱半径的变化特征,为设计性能优良的梳状光子晶体滤波器提供理论依据.     

GCLM缺陷光子晶体带隙结构及滤波特性

研究了以GCLM（the generalized Cantor-like multilayer）结构作为缺陷的光子晶体带隙结构和滤波特性.通过调整缺陷结构参量,可以得到通信波段1 300 nm~1 550 nm附近的窄带滤波窗口.滤波窗口透过率接近100%,而窗口以外的透过率在0.01以下.缺陷结构产生的Cantor分布,对光子晶体的透射特性产生很大影响,通过调整GCLM的结构,可以控制带隙的宽度及带隙中滤波窗口的数量和位置.和其他一维光子晶体相比,这种滤波特性能更好地应用在CWDM中.     

实现多共振模的一维异质结构光子晶体

用两种正折射率材料设计了一维光子晶体异质结构模型,并利用传输矩阵法对该光子晶体的透射谱进行了理论研究。结果发现:光通过光子晶体时,在较宽的禁带范围内出现透射率为100%的多条共振模,且共振模的数目与光子晶体结构周期数m相对应;当入射角一定时,共振模的位置可以通过介质的折射率、厚度来调制;当入射光入射角度增大时,多共振模出现整体蓝移,同时共振模宽度变窄。这些特性有望应用于多通道窄带滤波器的设计。     

多层光子晶体滤波器研究

从双层结构出发研究了一种由多块不同的单周期光子晶体组合而成的多层结构的滤波器，论述了这种滤波器的工作原理，研究表明这种结构适于制作带通、窄带通过、带阻、宽带带阻、高通以及其它各种性能的滤波器。实验和理论研究的结果相一致。     

Multi-channel and sharp angular spatial filters based on one-dimensional photonic crystals

A photonic heterostructure with multi-channel and sharp angular defect modes by combining two different one-dimensional defective photonic crystals is proposed. The filters designed on the basis of this heterostructure possess both functions of multi-channel narrow band filtering and sharp angular filtering.The channels, channel interval, and number of channels can be tuned by adjusting the geometric and physical parameters of the heterostuctures. This kind of filters will benefit the development of multi-channel interstellar or atmosphere optical communication.     

超窄带和梳状多通道光子晶体滤波器设计

 设计了一种因掺杂而具有超窄带滤波特性的光子晶体滤波器和一种复周期结构的梳状多通道光子晶体滤波器。在两种均匀介质交替分布的周期结构中间插入一层折射率不同的介质膜后，通过传输矩阵法的数值计算，发现采用前后不对称的周期结构并调节参数，可以在1 550 nm处找到一个透射率接近100%的极窄的透过峰，因而可得到一种超窄带光子晶体滤波器。另外，在以高低两种折射率的介质交替分布，并以两种单独的单元周期合并组成一个复周期，然后进行周期重复构成的光子晶体中，利用通道数等于复周期数减1的规律，并配合各层厚度的调节，设计出在1 550 nm附近梳状8通道和16通道的光子晶体滤波器，各通道透过峰的透射率均接近100%，由此设计出一种梳状多通道光子晶体滤波器。     

Different kinds of band-pass filters based on one-dimensional photonic crystal heterostructures

Three kinds of band-pass filters (BPFs), termed a TE BPF, a TM BPF and a BPF at oblique incidence, are designed by crossing the band edges of two different one-dimensional (1D) photonic crystals (PCs). The TE BPF, fulfilling the function of high reflectivity for p-polarization and high transmittance in a narrow pass-band for s-polarization, is constructed by two subPCs, one of which is obtained by decreasing the lattice constant of the other one while the other parameters keep the same. The TM BPF also comprises two subPCs, but the materials of one subPC are quite different with those of the other one. Similarly, the BPF at oblique incidence, from which both polarization waves can transmit in a narrow pass-band at oblique incidence, is composed of two different subPCs. Note that, the distribution of the wave impedance of material in each BPF should be periodic to prevent unexpected defect modes. The new filters not only provide narrow pass-bands and wide non-transmission bands, but also have simple structures. This is a result of the fact that the wave impedance ratio between composites is enlarged by introducing magnetic materials. The new designs have potential applications in optical filters and optical integrated circuits.     

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     

光子晶体超窄带滤波器

本文利用光学传输矩阵法研究了一种类似于谐振腔结构的光子晶体.研究发现在这种光子晶体的光子带隙的中央存在一个极窄的透光窗口,窗口的宽度在红外波段1500nm附近可以做到0.0001nm以下,窗口内的透光率峰值可以接近100%,窗口以外的区域的透光率可以做到0.01%以下.通过改变所研究结构中的周期厚度、中间夹层厚度、两边光子晶体的周期重复数和波的入射角可以改变窄带透过窗口的位置和窄带的宽度.这种光子晶体可以用来制作超窄带滤波器,有望在光通信超密度波分复用技术和光学信息精密测量技术当中获得应用.     

空间与频率双性能的薄膜光学滤波器

通过耦合两个掺杂的一维光子晶体，提出了同时兼具频率和空间光学滤波双性能的一维光子晶体异质结结构.在一个宽的频带范围内, 该结构只允许法向入射的确定的一种中心频率光透过，偏离法向此中心频率光全反射; 而在这宽频带范围内其他频率所有的光在任何角方向都全反射. 关键词： 一维光子晶体 光学滤波器 光学薄膜 光通信     

Light propagation properties of two-dimensional photonic crystal channel filters with elliptical micro-cavities

Light propagation through a channel filter based on two-dimensional photonic crystals with elliptical-rod defects is studied by the finite-difference time-domain method. Shape alteration of the defects from the usual circle to an ellipse offers a powerful approach to engineer the resonant frequency of channel filters. It is found that the resonant frequency can be flexibly adjusted by just changing the orientation angle of the elliptical defects. The sensitivity of the resonant wavelength to the alteration of the oval rods' shape is also studied. This kind of multi-channel filter is very suitable for systems requiring a large number of output channel filters.     

铁电液晶缺陷光子晶体调谐滤波器的设计

将铁电液晶作为缺陷层引入一维光子晶体中,用电场改变液晶分子的取向,形成光子晶体快速可调谐滤波器.用传输矩阵法研究了铁电液晶缺陷光子晶体的可调谐滤波特性,计算了电压和液晶材料参量对滤波器透射谱的影响.结果表明:改变电压能容易改变光子晶体滤波器透射峰的位置、强度、个数和带宽,实现良好的调谐滤波功能.