基于掺杂电光材料一维光子晶体的光开关

设计了新型的光开关器件,该器件建立在掺杂电光材料的一维光子晶体上.运用传输矩阵法研究掺杂电光材料的一维光子晶体的传输特性.结果发现对特定缺陷模频率的光波,可以通过加在掺杂电光材料的电场来控制光信号的通断.当外加交变电场时,一维光子晶体周期性地输出脉冲.输出脉冲的间隔周期是外加电场的一半.     

一维光子晶体的偏振特性研究

本文采用光子晶体带隙结构计算的Pendry理论研究了一维光子晶体的偏振特性,由Pendry理论导出的传输矩阵法计算了TE模和TM模的透射谱,不同入射角时基频PBG(Photonic band gap)分布,固定入射角及入射光频率时透射率随介质a的填充率因子变化曲线.     

用各向异性介质构造的一维光子晶体的特性分析

本文根据单轴晶体的传输矩阵，研究了一种由各向异性介质周期排列构成的一维光子晶体，分析了在不同入射角度和折射率条件下，该周期结构的反射和偏振的光学特性。分析结果表明，各向异性介质在折射率比值较大或与高折射率同性介绍结合使用，可获得较宽的禁带，并可实现在可见光范围内的全偏振全角度反射。     

掺杂一维光子晶体的杂质态

阐述了无缺陷光子晶体与掺杂光子晶体的结构,用光学特征矩阵方法,通过数值模拟计算具体讨论了一维光子晶体的一个实例。计算结果表明,掺杂光子晶体的禁带出现了极窄的、高透射率的尖峰,即光子杂质态,类似于半导体材料中的杂质能级。杂质层的引入增宽了原来光子禁带的宽度,杂质态的特征与杂质层的光学厚度、折射率及在晶体中的位置等因素有关。     

传输矩阵法分析一维光子晶体的传光特性

利用传输矩阵方法研究了光在一维周期性介电材料中的传播特性，并通过计算机进行数值计算得出，两种材料的介电常数相差越大，禁带宽度越宽。     

一维液晶缺陷光子晶体温度传感器的研究

将向列相液晶作为缺陷层引入一维光子晶体中,利用液晶折射率对温度变化敏感特性,设计了一维液晶缺陷光子晶体温度传感器。用传输矩阵法研究了传感器的温度特性,并用Matlab编程进行了模拟计算。结果表明,当温度升高时,液晶排列沿平行介质表面的传感器,缺陷峰波长向长波长方向漂移,缺陷模透射峰的宽度减小;而液晶排列沿介质表面法向的传感器,缺陷峰波长则向短波长方向漂移,缺陷模透射峰的宽度增大;传感器的温度灵敏度大于普通材料缺陷的光子晶体,与液晶材料和温度有关,温度接近液晶相变点而增大迅速;传感器缺陷峰波长的漂移与温度成非线性关系。设计了温度传感器探头结构和实验测量系统,测量结果与理论计算值符合。     

一维光子晶体光传输特性的TLM方法分析

传输线矩阵（TLM）方法是一种强有力的时间－空间域内电磁场数值仿真算法。本文在简单介绍TLM方法的原理后，首次用此方法对由两种介电常数不同的材料构成的周期性复层一维光子晶体结构进行了分析。数值模拟结果表明，TLM是分析光子晶体传输特性的有效算法；在可见光波段范围内，光子带隙确定存在，且受电介质材料，空气部分大小等各因素的影响。本文还讨论了在一维结构中引入缺陷时的局域态。     

含负折射率材料一维掺杂光子晶体的缺陷模特性研究

采用光学传输矩阵给出了含负折射率材料一维掺杂光子晶体的特征矩阵,研究了缺陷模的相关特性,经数值模拟计算得出：改变负折射率的大小、杂质的吸收系数和厚度,缺陷模的中心频率位置不变,缺陷模透射率随负折射率的减小而降低,透射谱的频率宽度也逐渐减小,同时缺陷模的半高宽度随消光系数和杂质厚度增大而增宽。光子晶体的这些特性将为光的传输控制、全反射镜和滤波器的设计等提供理论依据。     

一维缺陷光子晶体的模式特性研究

利用光学传输矩阵方法研究对称和非对称一维缺陷光子晶体的缺陷模式特性。研究发现：1个缺陷可以导致光子禁带中出现多个缺陷模式；缺陷夹层厚度为零时，非对称结构中缺陷模消失，而对称结构中仍然存在缺陷模；两种结构的缺陷模式数目以及每个缺陷模的位置波长值均与缺陷夹层的光学厚度按正比例关系增加；两种结构的模式移动速度基本相等，并且与缺陷模式的阶数按反比例规律下降。     

一维光子晶体透射率的数值模拟

根据光子晶体的电磁特性,求解麦克斯韦方程,应用传输矩阵法求解一维光子晶体中电磁波传播的透射率特性,通过改变构成一维光子晶体的层数、材料折射率和材料厚度,得到层数变化对禁带宽度变化影响不大,折射率差值增大时带隙宽度也逐渐增大,两介质厚度有一定厚度差比厚度一样时形成较宽带隙。     

基于液晶光子晶体波导耦合的光开关特性分析

提出了一种基于液晶光子晶体波导耦合的光开关结构。采用平面波展开法(PWE)分析了光开关耦合区域的色散关系,分析表明可以通过设计适当的耦合区域长度使该结构对不同波长的光实现2×2光开关的功能。以工作波长1550nm和1565nm为例,用时域有限差分法(FDTD)对光开关的性能进行了仿真分析,结果表明开关具有低的插入损耗和高的通道隔离度,开光响应时间在毫秒量级。     

用一维多元光子晶体实现光学梳状滤波的数值研究

把传输矩阵方法推广应用于研究一维多元光子晶体实现光学梳状滤波.数值结果指出,要实现光学梳状滤波,首先要找到合适的组元个数,并通过调节组元位置和厚度找到所需要的禁带中心位置与宽度;其次根据梳状滤波的梳齿数目、位置和透过率等具体要求,通过调节缺陷组数、缺陷组相对位置、缺陷组各组元厚度而达到梳状滤波设计的目的.     

一维光子晶体全角度反射镜

在分析金属反射镜和多层周期反射镜优缺点的基础上，介绍了一维光子晶体出现全偏振全角度反射的原理。讨论了增加禁带宽度的方法及一维光子晶体全角度反射镜中存在的问题。     

二维非线性光子晶体波导全光开关

利用非线性折射率系数较大且非线性时间响应较快的CdSxSe1-x玻璃为材料,设计了一种二维非线性光子晶体波导全光开关.采用非线性时域有限差分法(NFDTD)模拟了波长为1 550 nm的信号光,在波长为860 nm泵浦光控制下的开关行为,并给出了相应的仿真结果.结果表明,该器件的开关时间约为420 fs,阈值功率密度为1.2×1011 W/m2,消光比约为30 dB.     

含负折射率材料的一维光子晶体掺杂后的滤波特性

利用转移矩阵法,研究了含负折射率材料的一维光子晶体掺杂后的滤波性质。结果表明,这种结构可以同时实现窄带滤波和大范围宽带滤波的双重功能,宽带滤波的频率范围可以通过改变材料的折射率进行调节。研究还发现,结构的透射谱对入射角的变化很敏感,入射角增大时,通带向高频区移动;当负折射率材料具有色散时,宽通带的高度降低。     

含激活介质的一维光子晶体缺陷模特性研究

首先研究了(AB)6A(BA)6型一维光子晶体带隙特征,然后将激活介质C替代中间位置的A,构成(AB)6C(BA)6型光子晶体,并用数值模拟法研究了缺陷层C的厚度和折射率对光子晶体带隙的影响.结果显示这种含有激活介质的光子晶体具有一些新的特征,在原来的禁带位置出现了透射率大于1的透射窄带,并且透射窄带的数目和透射率可以通过改变缺陷层的相关参数调节.这些现象都可以用布拉格散射和法布里一珀罗共振原理得到解释.     

一维光子晶体禁带反射率随结构的变化

用特征矩阵方法得出了一维光子晶体的反射率计算公式,以/4波片堆为例,计算了当两种介质采用不同折射率的物质时,在第一光子禁带TE波及TM波的反射率随入射角的变化。结果显示,TE波与TM波的情况不完全相同。总的来说,增大两种介质折射率的差别,或者同时提高两种介质的折射率,或者增加周期数都有利于制造出具有完全光子禁带的一维光子晶体。     

光在一维光子晶体中的传播特性分析

利用转移矩阵法分析具有线性和非线性缺陷层的一维光子晶体的传递函数并进行了数值模拟。由于缺陷层对周期性介质层的周期性破坏,带隙中产生了缺陷模。通过模拟仿真的结果,发现多缺陷层和非线性层都能够使带隙展宽,变得更加平坦。相比较之下,非线性层缺陷对带隙的作用更加强烈。