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。     

金属银掺杂光子晶体的缺陷模

引入消光系数并利用特征矩阵法,研究了一维银掺杂光子晶体的反射光和透射光中TE波和TM波的缺陷模随入射角和银的光学厚度的变化规律.得出:在反射光中TE波和TM渡都出现了明显的缺陷模,缺陷模随入射角的增加而减弱,而缺陷模不随银的光学厚度的变化而变化.在透射光中TE波和TM波出现了很弱的缺陷模,缺陷模随银的光学厚度的增加而迅速消失.

Abstract：

By leading into the extinction coefficient and making use of the characteristic matrix method,the defect mode of TE wave and TM wave of Ag doping photonic crystal are studied in reflected light and refracted light.In reflected light,there are obvious defect modes of TE wave and TM wave,and the defect modes decrease with the increment of incident angle,but does not change with the optical thickness of Ag.In refracted light,there are very weak defect modes of TE wave and TM wave,and they decrease quickly with the increment of the optical thickness of Ag.     

杂质吸收对光子晶体缺陷模偏振态的影响

引入复折射率并利用特征矩阵法,研究了杂质的吸收对TE波和TM波缺陷模透射峰的影响.得出:杂质的消光系数对TE波和TM波的缺陷模透射峰都有显著的影响,但对TE波缺陷模的影响比对TM波缺陷模的影响更为明显.当消光系数一定时,TE波的缺陷模透射峰随入射角的增大而迅速减小,而TM波的缺陷模透射峰随入射角的增大而增大.利用这一特性可以设计光子晶体偏振滤波器.     

对称双缺陷光子晶体的缺陷模规律

为了了解对称双缺陷光子晶体的传输特性,采用传输矩阵法进行了数值模拟研究。当两缺陷层中间的介质层数目大于缺陷两外侧介质层总数时,在禁带中只出现单一的缺陷模,且其透射率随它们的差异的增大而迅速减小;但当中间的介质层数目小于两外侧介质层总数时,在禁带中将会出现两个透射率为1的缺陷模,且两缺陷模的间距随它们的差异的增大而增大。结果表明,缺陷层的位置对缺陷模的影响较大,要使缺陷层中的局域电场得到有效提高,必须使缺陷层靠近光子晶体的正中心。     

杂质吸收对光子晶体滤波器设计的影响

为了研究杂质的吸收对光子晶体滤波器设计的影响,引入复折射率并利用特征矩阵法,计算了滤波透射峰的峰值和半峰全宽。滤波透射峰的峰值随杂质的消光系数增加而迅速减小,滤波通道透射峰的半峰全宽随消光系数增加而增大,滤波透射峰的峰值和半峰全宽都随吸收杂质的光学厚度的增加而减小。结果表明,设计光子晶体滤波器时,必须考虑杂质吸收这一重要因素,应选择消光系数小于0.002的掺杂材料,并且杂质的光学厚度应设计在2(λ0/4)左右。     

光子晶体的吸收对光子晶体滤波器设计的影响

引入复折射率并利用特征矩阵法,研究了光子晶体的吸收对滤波通道峰值和半高宽的影响.得出:滤波通道的峰值随光子晶体的消光系数增加而迅速减小.滤波通道的半高宽随消光系数增加而增大.滤波通道的峰值和半高宽都随有吸收的光子晶体的周期数增加而迅速减小.设计光子晶体滤波器时,应选择消光系数尽可能小的材料,并且光子晶体的周期数不宜大.     

含负折射率光子晶体缺陷模偏振态的吸收特性

为了研究含负折射率掺杂光子晶体各缺陷模偏振态的吸收特性,引入复折射率并利用光学特征矩阵法进行分析,结果表明：杂质的消光系数对TE波和TM波的缺陷模均有影响,但对TE波的影响更为明显;当消光系数一定时,对TE波而言,中心波长相对较大的两个缺陷模透射峰值均随入射角的增加而迅速减小,而TM波的三个缺陷模透射峰均随入射角的增加而增加。利用这一特性可以设计双（多）通道光子晶体偏振滤波器。     

吸收对光子晶体能带结构的影响

引入复折射率并利用特征矩阵法,研究了光子晶体的吸收对光子晶体能带的影响.得出:在反射波中,禁带的反射率随消光系数的增加而迅速降低,当消光系数增加到0.05时,已经不存在明显的能带.在透射波中,随着消光系数的增加,禁带宽度逐渐扩大,禁带边缘逐渐模糊,当消光系数增加到0.02时,已经不存在明显的能带.     

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。     

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。     

入射角和杂质吸收对一维光子晶体反射镜的影响

利用复折射率的方法和膜系设计软件TFcalc分别研究了入射角和杂质吸收对一维光子晶体反射镜反射谱和透射谱的影响.结果表明:随着入射角的增大,一维光子晶体反射镜的禁带中心位置蓝移,禁带宽度减小.入射角小于60°时,带隙势阱深度几乎不变,大于60°后带隙势阱深度变化较大.当入射角无限接近90°时,P偏振光的带隙几乎消失,S偏振光的带隙几乎保留.杂质吸收对于一维光子晶体的反射谱和透射谱显著影响时的临界消光系数值分别是0.001和0.0003.高折射率介质层的杂质吸收对光谱的影响较小.     

基于表面缺陷一维光子晶体Tamm态的研究

本文基于周期结构的布洛赫原理,从电磁场理论出发,用解析和数值的方法系统地研究了基于表面缺陷的半无限一维光子晶体Tamm态的形成条件,模式特征以及与无缺陷Tamm态之间的关系。 对TE波,缺陷Tamm态的频率范围向高低两个方向扩大;而对TM波,缺陷Tamm态的频率范围只向高频扩大, 而低频范围减小。缺陷折射率较大时, 缺陷Tamm态的色散曲线近似直线, 其群速度大小也近似等于光在单层缺陷里的传播速度。 通过调节缺陷层的折射率或者厚度可以方便地把缺陷Tamm态的频率设计到我们需要的范围。     

复合周期特异介质光子晶体异质结的谐振模

一维异质结光子晶体包含两个基本单元结构,其中每个单元都由一种特异介质和常规介质层叠构成.利用传输矩阵法,通过数值模拟得出两种不同异质结光子晶体的透射谱.在1.0 ～ 10.0 GHz频率范围内,(AB)6(CD)4结构的透射谱中出现了三个光子带隙,但带隙中没有谐振模;而在(《AB)6(CD)4)2结构的透射谱中,在三个光子带隙内均出现谐振模.在第一带隙内,随着入射角的增大,TE波和TM波的谐振模数目均减少且谐振模发生频移.其中对于TE波,在2.40 GHz附近出现了全向谐振模.     

一维各向异性掺杂光子晶体的缺陷模特性

利用传输矩阵的方法给出了光波在一维各向异性掺杂光子晶体中传播的透射率,研究了缺陷模的相关特性,经数值模拟计算得出:光通过一维各向异性掺杂光子晶体后,透射波中TE波和TM波存在明显的缺陷模,缺陷模的中心波长位置随光波入射角的改变而不同,两个缺陷模能完全分开;TE波的缺陷模中心波长位置随着光学厚度的增大向短波方向移动,TM...     

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。     

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。     

实现多种通道滤波功能的一维光子晶体缺陷模

利用传输矩阵法研究一维光子晶体B(AB)m(ACB)n(AB)mB的缺陷模,结果发现:随n的增加,B(AB)8(ACB)n(AB)8B的透射谱出现与n值对应的共振缺陷模,具有超窄带多通道滤波的特性;当n=1,随着C层介质光学厚度奇数倍增加,透射谱中出现奇数条共振缺陷模,具有超窄带奇数通道滤波特性;当n=1,随着C层介质光学厚度偶数倍增加,透射谱中出现两条共振缺陷模,具有超窄带双通道滤波特性。当n=1,缺陷模频率处局域电场强度随m的增加而增强,而随C层光学厚度奇数倍增加,缺陷模频率处局域电场强度不变,但局域范围扩大。这些光学传输特性,为研究、设计新型光学器件提供指导。     

材料色散对1维光子晶体缺陷模影响的研究

为了分析材料色散对缺陷模的影响,对色散材料采用洛伦兹振子模型,利用传输矩阵法计算了含缺陷1维光子晶体的透射谱,分析了各层的色散对该结构1维光子晶体缺陷模的影响。结果表明,无论是高、低折射率介质还是缺陷层的色散都可以引起缺陷模的频移或分裂;缺陷模的频移方向与考虑色散后光学厚度的变化有关,如果光学厚度增大,则发生红移,反之则发生蓝移;低折射率介质的色散使缺陷模频移的效果最显著。这一结果对光子晶体的设计和研究有一定的参考价值。