光通信波段中基于谷霍尔效应的单向波导

提出了一种基于谷霍尔效应的单向波导,波导结构由两种不同拓扑性质的光子晶体组成.这两种光子晶体均是由Al70Ga30As和Si介质柱构成,可以实现光在通信波段中的单向通过.仿真结果表明,所提结构不仅可以实现光路的大角度转弯,还对缺陷具有良好的耐受性,为具有高效光传输特性的新型光波导设计提供了参考.     

金属-电介质复合结构实现荧光远场增强

本文提出一种大尺度的金属-电介质复合微纳结构(银-硅结构),用于提高荧光生物检测的灵敏度及解决荧光物质距离结构远场范围时荧光增强的近场局限。这种大尺度的金属-电介质复合微纳结构与之前的金属-电介质复合微纳结构不同,其通过光的散射和干涉实现了荧光物质距离结构远场范围时的荧光增强。在本文中,通过采用时域有限差分法,主要从荧光激发和荧光发射两个过程研究银-硅结构。结果表明,在激发过程中,银-硅结构的荧光强度高于玻璃结构且位于银-硅结构两柱之间的狭缝中的电场分布比金属结构(银结构)更均匀,因此在银-硅结构中可以实现荧光增强,而且分子运动行为的检测更准确。在发射过程中,当荧光纳米粒子距离结构远场范围内时,与玻璃相比,银-硅结构可以实现更好的荧光增强效果。利用银-硅结构实现荧光增强的机理是光的散射和干涉,荧光被银膜向上散射,同时,结构两侧的银/硅柱也散射一部分荧光,荧光相互干涉传播至远场实现荧光增强。此外,银-硅结构易于制备和集成。因此,其可以很好地应用于生物传感领域。     

基于全反射的波导异质结构单向传输性能研究

基于光子晶体异质结构实现光波单向传输在全光网络和光信息处理中有重要意义。基于全反射原理设计了两种由二氧化硅和锗材料构筑的三角晶格光子晶体波导异质结构,运用时域有限差分法对该结构在宽频带内的单向传输特性进行分析。通过改变正向出射端波导宽度对结构进一步优化,实现了在异质结构一中,TE模式光波在1458~1517nm波长范围内正向透射率高于0.8,透射对比度高于0.9的单向传输;在异质结构二中,TM模式光波在1498~1689nm波长范围内正向透射率高于0.8,透射对比度接近于1的单向传输。     

一维磁光子晶体实现光隔离的应用研究

采用4×4传输矩阵法研究了两种结构一维磁光子晶体的光隔离特性.结构一在外加磁场与光路光轴方向呈52.0°时,用7.96μm的总厚度在中心波长附近0.95nm范围内实现了光隔离,在此范围之内法拉第旋转角和透射率分别在45°~50.65°和97.01%~99.96%之间波动,结构仅包含43层光学薄膜,易于实际制备;结构二在外加磁场与光路光轴方向呈32.7°时,用11.54μm的总厚度在中心波长附近0.85nm范围内实现了光隔离,在此范围之内法拉第旋转角和透射率分别在45°~48.55°和98.85%~100%之间波动,结构包含73层光学薄膜,与结构一相比,该结构具有更高的透射率和更平坦的光谱.用这两种结构的一维磁光子晶体代替目前商用磁光隔离器中的块状磁光介质,可实现磁光隔离器的集成化.     

基于二维六方氮化硼材料的光子晶体非对称传输异质结构设计

二维六方氮化硼(hexagonal boron nitride,hBN)材料在产生光学稳定的超亮量子单光子光源领域有着潜在应用,有望用于量子计算和信息处理平台,已成为研究热点.而光学非对称传输设备是集成量子计算芯片中的关键器件之一.本文从理论上提出了一种基于hBN材料光子晶体异质结构的纳米光子学非对称光传输器件.运用平面波展开法研究了光子晶体的能带结构与等频特性,从理论上分析了hBN异质结构中可见光波非对称传输的可行性.同时,采用时域有限差分方法研究了可见光波段异质结构的晶格常数和半径对透射光谱的影响.研究结果显示,该结构实现了在610—684 nm波长范围内TE偏振光的非对称传输,在652 nm波长处正向透射率达到0.65,反向透射率为0.006,非对称传输透射对比度高达0.98.本文提出的结构模型为基于hBN的新型纳米光子器件设计提供了新的可能性,可用于不同功能光学器件的集成设计.     

漏斗型完全光子带隙光波导单向传输

光波单向传输器件在全光计算和信息处理方面具有重要应用.本文提出一种具有完全光子带隙的硅基空气孔光子晶体漏斗型光波导结构,在光通信波段可实现单向传输特性.漏斗型光波导可打破光波对称传输,引入点缺陷通过模式转换与失配进一步抑制反向透射,并研究了不同的点缺陷类型与位置对反向透射的影响.采用时域有限差分法进行数值计算,优化选取了最佳的点缺陷模式.结果显示,单柱型点缺陷在向左移动5a(a为光子晶体晶格常数,a=470 nm)时,横电(TE)偏振光在工作波长1550 nm处正向透射率为0.716,透射对比度为0.929,工作带宽为111 nm.另外,本文提出的光波单向传输器件结构简单、工艺要求低,有望为集成光路中单向传输器件设计提供新的解决方案.     

可用于拓宽光波单向传输带宽的光子晶体异质结构界面

基于光波单向传输的全光二极管在集成光通信、全光网络和光信息处理中有重要应用.基于方向带隙失配设计的光子晶体异质结构可实现光波单向传输,但正向透射率较低,带宽较窄.基于对光子晶体异质界面倾斜角度的研究,根据界面全反射条件,利用可集成材料硅和二氧化硅设计了一种空气孔型二维光子晶体异质结构.异质结构界面两侧的光子晶体对1550 nm波长附近的TE模光波在Γ-X方向均呈导带,避免了方向带隙失配.研究发现当异质界面满足全反射条件时,由于光子晶体的自准直效应,较宽波段的正向光波得以高效传播,而反向光波在界面由于全反射而被禁止传播.光子晶体异质结构界面的全反射效应打破了方向带隙对光波单向传输的限制,使得反向光波在光子晶体中为导带时同样可实现近零透射率,从而拓宽了光波单向传输的波长范围.基于全反射界面的光子晶体异质结构经过优化后,其正向透射率达0.64,透射对比度为0.97,单向传输带宽可达553 nm.     

基于光子晶体缺陷耦合的日盲紫外带通滤波器

提出基于光子晶体多缺陷耦合实现紫外波段高透射带通滤波的方案,采用传输矩阵法分析日盲紫外带通滤波器的光学传输特性。通过减弱光子局域和多个缺陷耦合效应,实现光子晶体通带的拓宽和边沿截止陡度的调整,可在239～280 nm日盲紫外波段实现平均透过率为90.71%的高透射,且在239 nm以下和290～360 nm的阻带波段实现高抑制。研究结果表明,弱化光子局域和不同缺陷峰耦合作用可以有效拓宽通带范围,提升通带透过率,同时该结构对光源小角度（<15°）入射不敏感。该滤光器设计方案可应用于日盲紫外探测和紫外通信系统。     

基于等效原理求解介质球极化场问题

文章利用场的叠加原理和连带勒让德多项式的性质,并结合等效偶极矩模型导出导体球在均匀电场中感应场的表达式。以此为基础,基于电磁场的等效原理分析了介质球和介质球壳在均匀电场中的极化场问题。计算结果与相关文献相一致,从而证明了该方法的正确性。最后探讨了时谐电磁场对介质球的极化可以用电偶极矩场近似的条件,并阐明介质球的极化场在电磁辐射与散射、纳米球颗粒共振及电磁隐身中的作用。对于更好地理解极化的物理本源以及应用具有指导意义。     

光子晶体双量子阱的共振隧穿

采用R矩阵法研究了二维光子晶体双量子阱的共振隧穿特性.研究发现:光子晶体双量子阱的共振频率可以通过调节双阱的耦合强度来控制;对称双量子阱中,共振峰发生双劈裂;不对称双量子阱,共振劈裂消失.但是,由改变左手介质和右手介质在双阱中的排列顺序产生的阱介质不对称阱的共振劈裂消失与阱宽不对称的双阱产生的共振劈裂消失不一样.进一步对一维光子晶体量子阱分析后发现,前者是由光在左右手介质中传播的能流方向相反产生干涉相消而引起;后者是由阱宽不同,阱的本征模不一样而引起. 关键词： 光子晶体 双量子阱 R矩阵')" href="#">R矩阵 左手介质