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.     

基于光子晶体的Kretschmann结构中自准直光束的Goos-Hänchen位移研究

利用平面波展开法和时域有限差分法, 模拟研究了基于自准直条件下的高斯光束入射光子晶体Kretschmann结构时发生的同时具有正向和负向Goos-Hänchen位移的双束反射现象. 研究表明, 反射光束中具有一束较小的正向位移, 而另一束具有较大的负向位移, 发现当Kretschmann结构支持的泄漏的表面模式被激发时才出现这一特殊现象; 表面模式的场分布说明介质波导中存在着强局域稳态场, 大的位移来自于表面模式与自准直体模式间的强耦合, 同时探讨了表面模式与光子晶体自准直体模式之间发生耦合的条件和影响参数. 本文负向位移最大达到-23.23a(a为晶格常数), 对应入射光波长的4.99倍, 是束腰半径的1.1615倍. 关键词： 光子晶体 自准直 Kretschmann结构 Goos-Hä nchen位移     

二维高效光子晶体偏振分束器

为解决透射型偏振分束器透射效率低、高入射角度依赖的缺点,利用二维光子晶体平板设计了一种高效偏振分束器.采用的光子晶体是由空气中周期性排列的蜂窝格子GaAs介质柱构成.该偏振器对一种偏振光(TE偏振)正常折射,而对另一种偏振(TM偏振)负折射,从而实现两种偏振模式在空间上分离.为提高其透射效率,在光子晶体平板表面引入了消反层,并对相关参量进行优化.二维有限时域差分模拟结果显示,在较宽的角度范围内(约20°),约化圆频率处在ω=0.20～0.23×2πc/a范围内,分束器对TE和TM偏振光的透射强度都能达到95%以上.     

基于光子晶体的Kretschmann结构中自准直光束的Goos-H¨anchen位移研究

利用平面波展开法和时域有限差分法,模拟研究了基于自准直条件下的高斯光束入射光子晶体Kretschmann结构时发生的同时具有正向和负向Goos-H¨anchen位移的双束反射现象.研究表明,反射光束中具有一束较小的正向位移,而另一束具有较大的负向位移,发现当Kretschmann结构支持的泄漏的表面模式被激发时才出现这一特殊现象;表面模式的场分布说明介质波导中存在着强局域稳态场,大的位移来自于表面模式与自准直体模式间的强耦合,同时探讨了表面模式与光子晶体自准直体模式之间发生耦合的条件和影响参数.本文负向位移最大达到?23.23a (a为晶格常数),对应入射光波长的4.99倍,是束腰半径的1.1615倍.     

李萨如图形法测浅水波波长

本文采用一种非接触光学方法对受外激励的连续变化的水表面波的波长进行实验测量，实验结果与理论曲线吻合较好。     

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     

光子晶体中基于有效折射率接近零的光束准直出射

利用平面波展开法(PWM)和时域有限差分法(FDTD)研究了二维正方格子光子晶体靠近禁带边沿附近频率光波的传输特性.研究发现,若有效折射率接近于零,可出现光束从晶体表面准直出射的现象,且光束的出射方向只与晶体表面的取向有关,而与晶格取向无关.这种现象与自准直现象有很大不同.     

基于介质环形柱结构的二维光子晶体中Dirac点的实现

利用偶然简并方法在二维正方格子介质环形柱结构光子晶体中成功实现了Dirac点, 并利用平面波展开法对实现Dirac点的过程进行了研究. 研究结果表明, 对于二维正方格子介质环形柱结构光子晶体, 在一定的外径R_O范围内(0.37a<R_O<0.5a), 当Dirac点存在时(n>1.4), 介质环内径R_I与外径R_O满足一个不随介质环折射率n变化的恒定关系式. 同时, Dirac点对应的光子约化频率f随折射率n及外径R_O的增大而减小. 利用所得的关系式对特定介质环折射率n条件下能实现Dirac点的环形光子晶体进行了预判设计.     

二维光子晶体中与电磁波偏振态无关的自准直

利用有限时域差分法(FDTD)进行数值模拟，在二维光子晶体中实现了电磁波两种偏振态的自准直——全光自准直(full-light-self-collimation).研究表明，通过对光子晶体的结构做适当的调整，可以在较宽频率范围内实现横电波(TE波)和横磁波(TM波)沿着相同方向传播，同时保持较强的能流强度.全光自准直可以显著提高光源利用率和光波导的传播效率，在高密度集成光路中有非常重要的用途. 关键词： 光子晶体 偏振 自准直     

Positive-negative birefraction phenomenon for TM polarization in annular photonic crystal

We propose a two-dimensional (2D) annular photonic crystal (APC) with dual equi-frequency contours (EFCs) in one band. The refractive behaviors of a Gaussian beam incident from air to the APC are analyzed by the EFC analysis and finite-diflerence time-domain (FDTD) method. The results show the positive-negative birefraction phenomenon for the transverse magnetic (TM) polarization in the same band occurs at the interface between air and the APC, and the surface termination of the APC has a large effect on the strength of the negatively refracted beam.