基于光子晶体自准直环形谐振腔的全光均分束器

通过等频图分析并结合时域有限差分法模拟,在一个与偏振态无关的自准直光子晶体环形谐振腔中,研究发现当环形谐振腔内的光传输距离改变时,横电波(TE)和横磁波(TM)两种偏振态的光在通过环形谐振腔之后的输出将会随之变化并呈现出不同的周期性.通过选择适合的传输距离,实现了TE,TM自准直的情况下同时分束50%的结果,构成了一种基于光子晶体自准直环形谐振腔的全光均分束器.全光均分束器扩大了分束器的运用范围,也会在高密度集成光路中发挥重要的作用. 关键词： 光子晶体 环形谐振腔 自准直 分束器     

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     

单材料各向异性一维光子晶体缺陷态的局域特性研究

运用光学传输矩阵理论,深入研究了由一种各向异性材料组成的一维光子晶体中TE模式和TM模式中缺陷态的频率分布与缺陷层宽度之间的关系。与布拉格带隙相比,这种新型的光子晶体可以通过改变偏振方向实现缺陷态密度的改变。得出将高折射率层与外界接触时态密度最低并最适合于滤波特性的结论。对制作偏振变化滤波器方面和缺陷宽度控制滤波频率方面有重要的指导意义和应用价值。     

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.     

一维光子晶体带隙结构对不同偏振态的角度和波长响应

用传输矩阵法计算了一维光子晶体带隙结构对不同偏振态入射光的角度和波长响应. 结果表明，对P偏振态，带隙的宽度明显小于S偏振态. 对于角度响应，两种偏振态有相同的变化趋势，但变化量不同. 而对于波长响应，两种偏振态表现出不同的变化趋势. 引入了“广义布儒斯特角”的概念. 理论分析表明，当光以此角射入光子晶体时，S偏振态入射光的禁带完全保留，而P偏振态入射光的禁带完全消失，从而可以在S偏振态入射光的禁带背景中用P偏振态入射光获得受主掺杂模式. 同时还给出了实验验证结果. 关键词： 体积全息图 光子晶体 偏振     

计算机模拟偏振对激光全息的影响

通过计算机对多束激光相干产生的空间干涉光场进行模拟,归纳出光束偏振态改变时,激光相干产生光学晶格效果的变化规律,提供了激光全息技术中激光束偏振态的最佳组合,使激光全息技术制作理想的亚微米单晶结构更方便快捷.还通过实验验证了理论模拟结果,实验结果与计算机模拟结果完全一致 关键词： 激光全息技术 偏振态 光学晶格 光子晶体     

基于数字全息及复用技术的全场偏振态测试方法

提出了一种在数字全息记录系统中利用偏振和角分复用技术对光场进行偏振态检测的方法. 将全息系统中的一束参考光分为偏振方向相互正交、初相位相同的两束光, 并分别与物光相同偏振方向的两个分量干涉, 形成两幅子全息图, 同时记录在一帧画面中. 为了分开记录到的物光两个分量, 系统中利用了角分复用技术, 即在两束参考光中引入不同载频, 使物光两分量的频谱位于全息图频谱面的不同区域. 通过滤波、逆傅里叶变换和衍射计算, 获取距离全息图不同位置处物光两正交分量复振幅信息. 利用复振幅信息, 可以构建被测物光的斯托克斯参量和琼斯矢量, 从而表征物光的偏振态. 实验中, 通过对一束椭圆偏振光进行偏振态测量以及对该光束在不同空间位置处的偏振态进行表征, 表明该方法可以实现光束偏振态全场测试, 并且具有较高的可靠性. 关键词： 数字全息 偏振态 琼斯矢量 斯托克斯参量     

基于一维金属光子晶体平凹镜的柱矢量光束亚波长聚焦

柱矢量光束具有柱对称性的偏振分布,其独特的光场分布和聚焦特性被广泛应用于光学微操纵及光学成像等领域,并迅速向亚波长尺度拓展.通常,亚波长尺度聚焦采用等离激元透镜实现,但存在光场调控的偏振态局限性.而借助光子晶体的负折射效应,不仅能够实现亚波长聚焦或成像,而且应对正交偏振态同时有效.采用对电磁波具有更强调控能力的一维金属光子晶体结构,计算得到的能带结构和等频曲线表明其负折射效应在特定波段对正交偏振态同时有效.在此基础上设计出一维金属光子晶体柱对称平凹镜结构,通过有限元算法模拟显示了可见光波段的径向和旋向偏振光的同时亚波长聚焦行为.进一步的结果表明,改变柱矢量光束的偏振组分能够直接有效地调节焦场空间分布及偏振分布特性.所提出的平凹镜结构能够实现对任意偏振组分的柱矢量光束的亚波长尺度聚焦,且该结构的设计对于各波段情况均有参考意义.该研究结果对小尺度粒子的光学微操纵、超分辨率成像等相关领域具有潜在的应用价值.     

单块晶体2×2光开关

利用晶体的双折射和全内双反射现象以及晶体的电光效应 ,设计了一种单块晶体集成的 2× 2光开关 ,将一个电光调制器和两个光束分束器集成到一块铌酸锂晶体上 ,实现了光束合束、偏振态调制和光束分束三种功能。根据这种光开关的工作原理 ,给出两种开关结构 ,一种是易于级联的垂直入射结构 ,另一种是有较低操作电压的倾斜入射结构 ,并对倾斜入射结构的光开关进行了制作和测试。实验结果表明 :这种集成结构的 2× 2光开关操作电压低 ,串扰小 ,能量损耗小 ,抗干扰 ,稳定可靠 ,适用于各种光学互连网络。     

级联一维光子晶体全方位反射器的带宽最大化

理论研究了由级联一维光子晶体构成的光子异质结构的全方位透射(反射)特性.其中各级联光子晶体的高低折射率介质相同、光学厚度比不同.以两个光子晶体级联的结构为对象,利用传输矩阵方法系统研究了不同偏振态光在不同入射角时光子帯隙的变化,得出实现全方位光子带隙的最大展宽条件,即前一光子晶体的帯隙上限要和后一光子晶体的带隙下限在最大入射角时重合.分别给出了满足和不满足该最大展宽条件的级联结构的全方位带隙参量,通过对全方位带隙宽度的比较说明了满足最大展宽条件的级联结构具有最大的全方位带隙宽度.     

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     

Photonic crystal beam splitters

In this work, the beam splitter with two input ports and two output ports in two-dimensional photonic crystals is studied through the finite-difference time-domain method. The beam splitter consists of two orthogonally cross line defects. The diameter of the two diagonal air holes at the intersection of the two line defects was modified. The input light can be identically divided into the two output ports. The beam splitters can be applied in the photonic crystal Mach-Zehnder interferometers or photonic crystal optical switches.     

New type of Y-branch power splitter and beam expander based on eliminating anomalous reflection effect

We propose a new type of Y-branch power splitter and beam expander with scales of microns in two- dimensional （2D） photonic crystals （PCs） by drilling air holes in a silicon slice. Its functionality and performance are numerically investigated and simulated by finite-difference time-domain （FDTD） method. Simulation results show that the splitter can split a TE polarized light beam into two parallel sub-beams and the distance between them is tunable by changing the parameters of the splitter, while the expander can expand a narrow beam into a wider one, which is realized in an integrated optical circuit. The proposed device is based on the avoiding of anomalous reflection effect and the coupling transmission of defect modes of the interfaces.     

Self-collimation and beam splitting in low-index photonic crystals

We study self-collimation and beam splitting in low-refractive-index photonic crystals created within chalcogenide glass. We propose a beam splitter structure that allows direct experimental verification of photonic-crystal effects at optical wavelengths in a straightforward and definitive manner. The beam splitter provides angular separation of 90° using a highly compact spatial footprint, thus delivering direct application in highly integrated photonic devices.     

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.     

1 × 3 Beam splitter based on self-collimation effect in two-dimensional photonic crystals

The analysis and simulation result of a 1 × 3 beam splitter in a two-dimensional square-lattice photonic crystal is presented in this paper, where the light is self-collimated as dictated by the self-collimation effect. The frequency and the direction of propagation of the self-collimated beam are obtained by the equal-frequency contours (EFCs) plot which is calculated by plane wave expansion method. Then a line defect is introduced by simultaneously varying the radii and the dielectric constant of the rods along the proper direction, the self-collimated beam propagation in such structure is simulated by the two-dimensional finite-difference time-domain (2D FDTD) method with perfectly matched layer absorbing boundary conditions. The simulation results show that the self-collimated beam can be split into three beams. With the same principle, a 1 × 7 beam splitter is realized by introducing different line defects along (X direction. Such devices can greatly enhance photonic crystals for usage in high-density optical integrated circuits.     

Polarization beam splitters based on a two-dimensional photonic crystal of negative refraction

A two-dimensional metallo-dielectric photonic crystal of negative refraction was designed for the application of polarization beam splitters. To match the refractive index of air, the effective refractive index of the designed photonic crystal is -1 for TE polarization and +1 for TM polarization. Two types of polarization beam splitter are presented.     

Polarization-independent self-collimating bends and beam splitters in photonic crystals

Polarization independent bends and beam splitters for transverse electric (TE) and transverse magnetic (TM) polarizations have been demonstrated in two-dimensional (2D) photonic crystals (PhCs). In virtuel of equi-frequency contour analysis and finite-difference time-domain calculations, self-collimation behaviors for TE- and TM-polarizations are achieved at the same frequency. Simulation results show a 90-degree bend with 90% efficiency and beam splitters with about 96% total efficiency for both TE- and TMpolarizations, where the light is self-guided by the self-collimation effect. Such bends and beam splitters are expected to play important roles in optical devices where polarization insensitivity is needed.     

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.     

基于光子晶体自准直和带隙效应的马赫-曾德尔干涉仪设计

结合能带图和等频图分析,基于光子晶体自准直和光子带隙效应,设计了一种紧凑、高效的全光子晶体马赫-曾德尔(MZ)干涉仪.相应的光分束器和反射镜均由缺陷结构的光子晶体实现.讨论了干涉仪的输出机理,并与时域有限差分法(FDTD)模拟结果进行了比较.结果分析表明可以把MZ干涉仪作为一种气体、液体微型探测器.可在集成光学中起到重要的作用. 关键词： 光子晶体 自准直 MZ干涉仪