梳状光子晶体滤波器的设计

选用常见的LiF和Si为介质,并在考虑其色散关系的基础上,针对2000 nm的特定波长设计了一普通光子晶体,并将其串联成梳状光子晶体滤波器.数值计算表明该滤波器具有以下特征:在1800~2200 nm的波长范围内有多个滤波通道,普通光子晶体周期N增加,滤波通道数增加,间距变小.串联数M增加,通道位置和其透射率峰值均不变,透射谱原准禁带的底部逐渐下降.N或M增加,滤波通道对应的透射峰的半峰全宽变窄,滤波性能改善.入角度θ>10°时,各通道中心都有蓝移,原特定波长处的移动量较小,而两侧的移动量较大.入射角越大,这些变化越明显.     

一种基于光子晶体的糖溶液检测仪的设计

为设计糖溶液浓度检测仪,由LiF和Si介质组成了一含缺陷层的光子晶体.在考虑两介质色散关系的基础上,利用传输矩阵法对其透射特性进行了研究,计算表明,此光子晶体在400～ 700 nm的范围内出现了一个透射率为1的缺陷模,此缺陷模有如下特征:缺陷层中糖溶液浓度变化,不影响缺陷模的透射率和半峰全宽度,只改变缺陷模的中心位置,且糖溶液浓度与缺陷模的中心波长呈线性关系.两介质几何厚度分别或同时增加,缺陷模的透射率和半峰全宽度均不变,但其中心位置红移,移动率分别保持不变;LiF单独变化时,中心位置的移动率最小,LiF和Si同时变化时,移动率最大.不同介质几何厚度变化时,糖溶液浓度与缺陷模的中心波长呈不同的线性关系,但可通过重新定标来确定.     

基于含掺杂半导体复合光子晶体的太赫兹多通道滤波器

用n型掺杂GaAs和TiO2组成两个相同的光子晶体,并把它们串联成一个复合光子晶体.数值计算表明,复合光子晶体在0.1～6 THz的频段出现了数个相同的透射峰,这些透射峰有如下特征:当n型掺杂GaAs的掺杂浓度＞1020/m3并继续增加时,从高频到低频各透射峰的透射率依次下降直至消失.当周期数变化时,透射峰的个数M和周期数N间满足关系式M=N-1,且N一定时,各透射峰的形状和中心间距相同.入射角增加时,各透射峰中心的移动很小,且入射角越大,各透射峰的半峰全宽度越窄.介质的几何厚度增加时,各透射峰的透射率和半峰全宽度不变,仅是其中心位置红移.这些现象为此复合光子晶体实现太赫兹频段的多通道滤波提供了理论指导.     

一种基于光子晶体的雾霾检测仪的设计

为设计雾霾检测仪,由Si和LiF介质组成了一含缺陷层的光子晶体.在考虑两介质色散关系的基础上,利用传输矩阵法对其透射特性进行了研究.计算表明,此光子晶体在580 ～ 720 nm的范围内出现了一个透射率为1的缺陷模,此缺陷模有如下特征:缺陷层中折射率变化时,不影响缺陷模的透射率,只改变缺陷模的中心位置,且缺陷模的中心波长与缺陷层中的折射率有线性关系.两介质几何厚度分别增加时,缺陷模的透射率不变,但其中心位置红移.缺陷层的几何厚度单独变化时,仅影响缺陷模的中心位置,几何厚度增加,缺陷模中心红移,且移动率一定.缺陷模的以上特征为利用此类光子晶体设计雾霾检测仪提供了有益的指导.     

一种基于复式光子晶体的多通道红外滤波器

用LiF和Si构成了一(ABBA)N型光子晶体,考虑到材料的色散关系,对其透射特性进行了研究,结果表明:在44~46μm的范围内出现了若干透射峰,透射峰的数目k与结构周期数N间满足k=N-1的关系。入射角增加,各透射峰的位置红移,长波端透射峰的红移量比短波端的稍大,当入射角θ≥45°时,短波端透射峰的透射率有所下降。两介质的几何厚度同时增加时,各透射峰的中心蓝移,对应的透射率不变;反之,其中心红移,且长波端透射峰的透射率下降。透射峰的以上特征为其实现多通道的红外滤波提供了理论指导。     

一维光子晶体结构参数的随机扰动对其光学特性的影响

用特征矩阵法研究结构参数存在随机扰动的情况下一维光子晶体的光学特性, 无论是加工过程中介质层几何厚度的误差, 还是介质层折射率的随机波动都会影响一维光子晶体的光学特性.随机扰动对一维光子晶体带结构高频部分影响较大, 造成带结构消失, 甚至全部变成禁带; 随机扰动对光子晶体缺陷模式的影响是使缺陷模的位置发生随机平移, 平移的程度与随机度有关, 介质层折射率的随机变化要比介质层厚度的随机变化对缺陷模位置的影响要大; 周期数目的增加可以部分地减小缺陷模的平移, 但同时会使缺陷模透射率减小,增加缺陷层厚度可以有效降低随机扰动对光子晶体缺陷模式的影响. 本文的研究将对一维光子晶体的设计工作提供有价值的参考.     

含磁单负材料一维光子晶体的隧穿模特性

构造了由磁单负材料A、普通材料B( SiO2)和C(TiO2)组成的(AB)NC(BA)N型一维光子晶体,数值计算结果表明在3100～3700 nm的波长范围内出现了6个隧穿模.这些隧穿模有不同于传统缺陷模的特征:入射角θ、C介质层的位置、光子晶体的周期数N和A、B两层介质的几何厚度都不影响各隧穿模的位置.在θ＞46θ时,长波段的隧穿模消失.磁单负材料的介电常数变化,不影响隧穿模的个数和透射率.A、B两层介质的几何厚度变化量小于5;时,不影响各隧穿模的透射率,而C介质层的几何厚度对隧穿模的位置有影响.C介质层移动的单元数相同,隧穿模的变化也相同.     

含左手材料的——维“啁啾”光子晶体的偏振特性

把“啁啾”函数引入含左手材料的一维光子晶体中,且左手材料的介电常数和磁导率采用Lossy Dryde model,利用传输矩阵法研究了其透射谱.结果表明:在“啁啾”函数对材料几何厚度调制较小时,该光子晶体有完整的禁带,随着调制的加强,禁带宽度增加,但底部逐步抬高.在相同的调制下,磁、电等离子体频率的比值越大,禁带宽度越宽.入射角增加,TE模的禁带宽度不变而TM模的禁带宽度变窄,TE模和TM模均产生了角度隙,此角度隙的宽度随入射角增加而变宽,且TM模的变化大于TE模的.周期数N变化时,角度隙基本不变.nR的变化对禁带和角度隙的位置没有影响,但nR越小,禁带底部越高且圆,角度隙中透射峰峰值越大.     

材料色散对渐变结构一维光子晶体带隙的影响

运用传输矩阵方法及对色散材料采用洛伦兹振子模型,研究了由色散材料构成的介质层厚度为渐变结构的一维光子晶体的带隙特性,并与不考虑材料色散时的光子带隙进行了比较.计算结果表明,考虑色散后的光子带隙既可能变窄也可能增宽,即可能发生红移也可能发生蓝移.光了带隙的改变与色散材料的色散强度和谐振频率及色散前后两介质材料折射率相关.此外,介质材料折射率的变化形式对光子带隙也存在一定的影响.这些为相关光子器件的设计提供了参考.     

吸收条件下光子晶体介观压光效应的研究

在考虑材料吸收的情况下利用传输矩阵的方法研究光子晶体介观压光效应.研究表明:当在光子晶体的轴向方向施加应力产生应变时,光子晶体缺陷模将向左(波长小的方向)移动;缺陷模透射峰的峰值和半高宽不随应变的变化而变化;当消光系数和有效弹光系数增大时,介观压光系数的绝对值将会减小,即缺陷模透射率对应力的变化越来越不敏感.这为高灵敏应力传感器的设计提供了理论参考.