二维光子晶体波导和微腔缺陷态研究

利用二维三角晶格及正方晶格介质柱光子晶体TE偏振的禁带与介质柱半径的变化关系,分析了二维光子晶体缺陷态的分布.根据光子晶体波导间的耦合作用,计算其耦合长度设计合理的定向耦合器.通过分析波导与微腔的耦合特性,选取不同的传输方向,可以设计多种基于光子晶体波导与微腔耦合的波分复用系统.     

含缺陷态的非线性介质材料的光子晶体的双稳态特性

文章报道了在具有缺陷态的二维非线性介质材料的光子晶体中光的传播特征 ,光子晶体是含有多单元层的简单和复杂周期的介质结构。事实上 ,我们感兴趣的主要是缺陷模式的传播和局域的光强的增强因素。用转移矩阵方法 ,我们计算了光子晶体的电磁场波的传播 ;从而获得局域光的增强效应 ;这种方法计算了有限厚度材料的传播特性 ,数字结果表明非线性介质材料的缺陷结构的光传播能引起输入的光强度的改变 ;这种改变表现出双稳态特征 ;对于简单和复杂的光子晶体 ,假设输入的光强度是稳定的 ;这种双稳态特征就容易出现 ;对于复杂结构的光子晶体 ,则便显出复杂的特征。总的传输量是大的情况 ,双稳态也会出现。另外 ,缺陷介质的饱和吸收系数 ,折射率比值及介质层数值确定了双稳特性的可见性     

掺杂非线性吸收介质的光子晶体的双稳态特性

从光子晶体的传输矩阵理论出发，推导了掺杂饱和吸收非线性介质的光子晶体的缺陷模的透射率，以及缺陷层中局域光的增强因子。计算表明，基于非线性介质透过率的感应变化和透过率的正反馈作用，掺杂非线性吸收介质的一维光子晶体具有双稳态特性；实现双稳态所需的入射光强阈值决定于光子晶体的折射率参数、掺杂介质的饱和吸收光强，并随光子晶体的周期数N的增大而指数减小。     

光子晶体Bragg镜的相移特性及腔模研究

研究了光子晶体Bragg镜的反射相移及透射相移,发现随着入射光频率的增大,相位均在增大。在中心频率附近反射相移和透射相移都与频率成线性关系。利用泰勒展开式的一级近似,得到了中心频率附近反射相移和透射相移的一级近似解析解,它们能很好地描述相移的变化规律。利用相移特性研究了Bragg微腔的共振模随微腔厚度的频率变化特性,同时亦给出了中心频率附近共振模频率的一级近似解析解。     

一维掺杂光子晶体的缺陷模和偏振特性研究

利用特征矩阵法研究了两种偏振光通过一维掺杂光子晶体的缺陷模特征和偏振特性,结果表明:S偏振光的缺陷模对应的入射角随着入射波长的增大而增大,而P偏振光的缺陷模对应的入射角却随着入射波长的增大而减小;P偏振光存在明显的"广义布儒斯特角"对应的允许带,其"广义布儒斯特角"随着入射波长的增大而减小,S偏振光不存在"广义布儒斯特角".     

一维缺陷光子晶体多个禁带中的窄带缺陷模

用特征矩阵法研究了一维缺陷光子晶体的透射谱。结果发现:在一维缺陷光子晶体的透射谱中的多个禁带内都有窄带缺陷模,窄带缺陷模的波长越大,其宽度越大;当入射角增大后,波长越长的窄带缺陷模的强度变化越小,位置向短波方向移动越多,且S偏振光与P偏振光的窄带缺陷模的分离越大;增大一维缺陷光子晶体中周期性介质的厚度,窄带缺陷模的波长和移动的范围都增大。本研究对一维缺陷光子晶体的窄带缺陷模的选择使用具有重要意义。     

光子晶体微腔发光二极管

光子晶体微腔因其具有增强自发辐射、定向输出和单模工作的能力而受到广泛关注。介绍了光子晶体微腔发光二极管的基本原理、设计、特性、制作及其典型器件。     

光子晶体二元缺陷微腔的光传输特性

构造和研究了光子晶体插入式二元缺陷和替代式二元缺陷微腔的光学传输特性,结果表明:随着二元缺陷自身周期数增大,微腔透射谱中分立缺陷模的数目增加,且替代式二元缺陷微腔分立缺陷模多于插入式二元缺陷微腔;随着缺陷高折射率介质厚度的增大,二元缺陷微腔的缺陷模向中间靠拢呈现简并趋势,同时禁带两侧出现多组双缺陷模,且高频一侧出现双缺陷模多于低频一侧,但替代式二元缺陷微腔出现的双缺陷模数目多于插入式二元缺陷微腔;随着缺陷低折射率介质厚度增大,插入式二元缺陷微腔的缺陷模向低频方向移动同时呈现耦合分开趋势,且透射率逐渐降低,而替代式二元缺陷微腔的缺陷模则向中间靠拢呈现简并趋势,同时缺陷模整体向高频方向缓慢移动,而透射率保持100%不变。光子晶体二元缺陷微腔的光传输特性为光学滤波器、光学开关和激光器等的设计提供了参考。     

腔模红移对非线性微腔双稳态阈值的影响

影响非线性微腔双稳态阈值的因素很多,例如电介质折射率、周期数、缺陷层厚度、谱线宽度等.但是腔模红移起到了十分重要的作用.从理论上分析了红移对双稳态阈值的影响,并作了数值模拟.红移是研究双稳态阈值首先要考虑的问题.     

含非线性缺陷的光子晶体异质结构中的光学响应

为了得到非线性介质中的光学响应,考虑了光通过含有非线性缺陷的一维光子晶体异质结构的情况,对缺陷层的介电函数采取δ函数近似的方法,得到了具有非线性缺陷的一维光子晶体异质结构中的光学响应表达式。结果表明,非线性缺陷存在时,在光学响应中会出现双稳态、多稳态等特性。讨论了双稳态及其多稳态的形成条件,并与考虑缺陷层厚度时的结论进行了比较,为构造零阈值的激光器和非线性光学器件的初步设计提供了有益的理论参考。     

光子晶体缺陷模的偏振特性研究

为了了解光波在一维光子晶体的传输特性,利用传输矩阵方法进行了数值模拟,并研究了缺陷层厚度对缺陷模偏振特性的影响.结果表明,入射角的变化对光子晶体的禁带及缺陷模影响较大,它们都随入射角的增大向高频(短波)方向移动,s偏振的禁带宽度逐渐增宽而p偏振的禁带宽度变化不明显,p偏振的缺陷模频移较s偏振的稍大.随着入射角的增大,s偏振的缺陷模越来越细、品质因子逐渐增大,而p偏振的缺陷模变化趋势则刚好相反.     

平板掺杂光子晶体中电磁波的缺陷模

为了研究1维平板掺杂光子晶体中电磁波的模式及其缺陷模特性,推导出1维平板掺杂光子晶体中电磁波的各个模式满足的条件,利用特征矩阵法计算出TE波和TM波各模式的缺陷模随模式量子数和平板厚度的变化规律,得出了一些不同于1维非受限掺杂光子晶体缺陷模的新特征。结果表明,电磁波的模式由模式量子数确定,缺陷模与模式量子数和平板厚度有关。     

非线性微腔的光学双稳态

基于F-P腔理论,通过引入有效折射率概念,研究了非线性微腔的光学双稳态,给出了相应的解析表达式。理论曲线与其它文献的数值模拟结果相吻合。研究表明,系统要产生双稳态现象,必须对入射光预置一定的偏移量。若介质是聚焦型Kerr介质,入射光波必须红移;反之则蓝移。临界的偏移量是腔共振模线宽的0.866倍。     

高非线性光子晶体光纤

用有效折射率方法,设计了掺钛蓝宝石（Ti ：sapphire）飞秒激光器工作波长0．800μm附近的高非线性光子晶体光纤。     

缺陷层厚度对1维光子晶体孪生缺陷模的影响

为了研究由1维特定掺杂光子晶体生成的孪生缺陷模与缺陷层厚度的关系,采用特征矩阵的方法进行了理论分析。结果表明,当整体改变这种缺陷层厚度时,孪生缺陷模低频和高频模位置的变化情况各不相同;当仅改变缺陷层的正折射率材料的厚度时,随着厚度增加,孪生缺陷模红移;当仅改变缺陷层负折射率材料的厚度时,随着厚度增加,缺陷模蓝移;并且孪生缺陷模透射率的变化也很复杂。这一结果为设计有特殊用途的光子晶体器件提供了理论依据。     

一维光子晶体缺陷模光场分布的色散效应

利用特征矩阵的方法推导出光在一维掺杂光子晶体中光场的分布公式,利用光场的分布公式和材料的色散公式研究了杂质色散对一维掺杂光子晶体缺陷模和禁带光场分布的影响。研究表明:杂质色散对一维掺杂光子晶体缺陷模的光场的分布会产生明显的影响,杂质色散会使缺陷模的光场的峰值明显降低,会使光场分布的半高宽明显减小。     

光子晶体缺陷模随缺陷结构变化规律及其双模特性的数值研究

本文利用光学传输矩阵理论,对一维光子晶体缺陷层存在和不存在时光子晶体缺陷模进行了研究。计算表明:在计算模型中缺陷层存在与否,都可以产生缺陷模,并从产生机理上给予了解释。计算了不同周期厚度与光的入射角对光子晶体缺陷模的影响,得到了单缺陷层时,双模产生的条件及随缺陷层光学厚度变化的规律,得到的一些结论将有助于我们更好的理解和进一步开发光子晶体的应用。