表面微腔光子晶体LED的光提取特性EI北大核心CSCD

提出并研究了一种基于表面微腔光子晶体的发光二极管(LED),利用多个谐振腔出射光之间的相干耦合作用产生束流准直效应,从而在提高光提取效率的同时,也改善了出射光的空间指向性。通过对表面光子晶体LED结构进行优化设计,使得表面微腔光子晶体LED的光提取效率较完整光子晶体LED提高了77.3%,而较普通平板LED提高了1.8倍以上。同时,微腔光子晶体LED相对普通平板LED和完整光子晶体LED来说具有更加明显的远场能量汇聚效应,让出射光具有更好的空间指向性。     

表面微腔光子晶体LED的光提取特性

提出并研究了一种基于表面微腔光子晶体的发光二极管(LED),利用多个谐振腔出射光之间的相干耦合作用产生束流准直效应,从而在提高光提取效率的同时,也改善了出射光的空间指向性。通过对表面光子晶体LED结构进行优化设计,使得表面微腔光子晶体LED的光提取效率较完整光子晶体LED提高了77.3%,而较普通平板LED提高了1.8倍以上。同时,微腔光子晶体LED相对普通平板LED和完整光子晶体LED来说具有更加明显的远场能量汇聚效应,让出射光具有更好的空间指向性。     

一维边发射有机半导体光子晶体激光器设计

基于有机共轭聚合物聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔](MEH-PPV)的脊形波导,利用光子晶体特殊的光调制特性,模拟设计了一维边发射有机光子晶体激光器。利用光子晶体的带隙结构和带边效应构建了由光子晶体全反镜和透反镜形成的谐振腔,在谐振腔内的脊形波导上引入一维缺陷型光子晶体,利用光子晶体缺陷模特性抑制了多纵模竞争,并在此基础上分析了复合结构所导致的边界模效应,得出此类非金属微腔激光器腔长设计的经验公式。模拟结果表明该一维边发射有机光子晶体激光器可实现中心波长为588nm、半峰全宽为0.131nm的单纵模激光输出。     

光子晶体滤波特性分析

采用时域有限差分(FDTD)方法,研究光在含点缺陷(即微腔)和线缺陷(即波导)的光子晶体中的传输特性.计算结果表明,处于光子晶体禁带的光能被局域在光子晶体波导中传输.而具有特定本征共振频率的光子晶体微腔可将在其附近波导中传播的相应频率成份的光下载到微腔中,不同结构的腔可以“下载”不同频率成份的波.以上计算结果,可用于光子晶体上/下载滤波器的设计.     

二维硅基平板光子晶体器件

硅材料在红外通讯波段具有低损耗和高折射率的特性,使得其成为集成光学领域中应用最广的材料之一.主要介绍了本课题组在二维硅基平板光子晶体中实现微纳尺度上光调控的研究进展,讨论了利用光子晶体的缺陷态实现各种集成光学器件,包括光子晶体波导、微腔和利用光子晶体波导和微腔形成的滤波器.还介绍了光子晶体中特殊的光折射现象,包括红外波...     

一维光子晶体微腔的光放大和耦合腔的滤波特性研究

用传输矩阵法(TMM)研究了由SiO2和TiO2组成的一维光子晶体微腔的放大特性和耦合腔光子晶体的滤波特性.结果表明:在微腔光子晶体的缺陷层中掺杂一定浓度的Er+3,则对中心波长λ0=1.532μm,可以实现光放大;而二耦合腔或三耦合腔光子晶体可以作为二波长或三波长的滤波片.     

基于宽度可调节的线缺陷平板型光子晶体的空气槽微腔

研究了一种空气槽光子晶体微腔,这种腔是由在平板型光子晶体上引入一条宽度可以调节的线缺陷空气槽形成的,腔模的电场被强烈局限在空气槽中,由于介电常量的不连续性,电场得到很大的提高,同时模体积被大大地降低.数值模拟与分析了微腔的能带结构和场分布,考虑到腔模的谐振频率和对称性,发现一阶偶膜同时具有较高的品质因子和较小的模体积;应用有限时域差分法,得到腔模的品质因子可以高达106,模体积仅为0.02(λ/n)3.计算了一阶偶模谐振波长随空气槽宽度以及空气孔半径的变化,发现随着宽度的增加,波长越来越短.而随着空气孔半径的增加,波长近似线性地减小;当空气孔半径为170 nm时,可以获得最高的腔品质因子.     

构成环形谐振腔的光子晶体微镜设计

研究了光子晶体作为陀螺谐振腔空间微镜的应用,基于平面波展开法计算了光子晶体能带结构和带隙分布图,利用时域有限差分方法对三角晶格介质柱结构微反射镜的传输特性进行了研究,讨论介质柱半径和晶格周期对反射率的影响,并给出优化结果和参量.对输入输出镜进行了初步探索设计,初步给出优化结构.基于介质柱光子晶体微镜的环形谐振腔不仅能实...     

具有二维光子带隙结构的太赫兹谐振腔的谐振特性

采用数值计算方法,模拟了具有二维光子带隙结构的太赫兹频段谐振腔的谐振模式场分布,计算了这种谐振腔的品质因数,详细分析了光子晶体结构、缺陷腔几何参量对谐振特性的影响.计算得到频率落在光子晶体禁带内的单一、高阶谐振模式,且缺陷腔横向尺寸越大,谐振模式的阶数越高.这种谐振腔具有很高的品质因数,腔体的纵向长度对品质因数的影响较大.     

光控液晶光子晶体微腔全光开关

设计了一种缺陷模迁移光子晶体微腔全光开关. 两条二维三角晶格空气孔光子晶体波导由一个光子晶体微腔连接, 在微腔的点缺陷中填充掺有少量偶氮聚合物的苯乙炔类液晶. 通过调节控制光的偏振态, 使偶氮聚合物发生顺-反异构化反应, 带动液晶分子重新取向, 从而改变光子晶体微腔的谐振波长, 进而实现光的通过与截止. 运用时域有限差分法和平面波展开法分析 了二维光控液晶光子晶体微腔全光开关的光学特性. 数值计算结果表明: 对于1.55 μ通信波段通过外界偏振光控制所填充的向列相液晶 的折射率可以实现对光波的导通与截止. 分析结果显示, 此开关具有阈值低, 消光比较大, 体积小等优点. 关键词： 二维光子晶体微腔 波导 时域有限差分(FDTD) 液晶     

Electrically injected quantum-dot photonic crystal microcavity light sources

The design, fabrication, and characterization of an electrically injected quantum-dot photonic crystal microcavity light source are described. The optical gain in the GaAs/AlGaAs-based device is provided by self-organized InGaAs quantum dots with ground-state room-temperature emission at 1.1 microm. The carriers are injected directly into the photonic crystal microcavity, which contains approximately 50 dots, avoiding surface state recombination in the photonic crystal pattern. The spectral characteristics of a single-defect photonic crystal microcavity show a single 2 nm broad microcavity resonance. The output power is of the order of a few tens of nanowatts.     

All-optical tunable photonic bandgap microcavities with a femtosecond time response

An all-optical tunable photonic bandgap microcavity made from a two-dimensional polystyrene photonic crystal is fabricated by focused ion beam etching. The pump and probe scheme is adopted to measure tunability based on the femtosecond optical Kerr effect. An ultrafast response time of less than 120 fs is achieved for the tunable photonic bandgap microcavity. The microcavity resonant wavelength shifts 3.1 nm under excitation of 9.4 GW/cm2 pump intensity, which is in agreement with the theoretical prediction.     

Microcavity filters based on hexagonal lattice 2-D photonic crystal structures embedded in ridge waveguides

Two-dimensionally periodic photonic crystal microcavity filters in a ridge waveguide format have been designed and fabricated. Transition mode-matching features were added to increase the optical throughput by more than a factor of two. An increase of Q-factor (more than 100%) was achieved by the addition of two further rows of photonic crystal holes to the microcavity filters. Attempts have also been made to tailor the filter response by applying design concepts used in other Bragg-grating optical filter technologies.     

二维三角晶格光子晶体波导的出射光集束传播

为了解决光子晶体波导出射端光场控制, 同时解决二维三角晶格光子晶体波导出射光辐射困难的问题。利用二维三角晶格光子晶体设计了一种新型光子晶体波导出射口结构。在二维三角晶格光子晶体波导出射端引入两个微腔, 通过光波与微腔发生共振, 形成类似于三个点光源干涉的出射光, 同时进一步提出波导出射端喇叭口干涉出射光定向辐射的设计。通过这种微腔喇叭口设计, 利用时域有限差分法分析结果表明光波实现很好的定向辐射, 并且辐射距离显著提高。     

优化电激励光子晶体单缺陷激光腔结构

设计和制作电激励光子晶体微腔激光器的一个困难是电流的注入问题,而且电流的路径时常会导致微腔的Q值降低。将三维并行时域有限差分方法用于电激励光子晶体单缺陷激光腔研究,给出了微腔的本征模式分布。根据模式特点,选择单极子模式作为研究对象。数值模拟表明,在保持C_(6v)对称性条件前提下,微调最靠近微腔中心的6个空气孔的位置使得单极子模式的光场分布在腔边缘发生缓慢变化可以将单极子模的Q值和Purcell因子提高大约7倍。即激光器阈值可以降低7倍。     

Bloch oscillations in one-dimensional photonic crystal coupled microcavity composed of single-negative materials

We have studied the propagation properties of electromagnetic waves in one-dimensional photonic crystal coupled microcavity structure composed of single-negative materials. Two Wannier-Stark ladders can be obtained by employing only one type of microcavity. The dynamics behavior of a Gaussian pulse transmitting through the structure is simulated theoretically. We demonstrated for the first time that even in this multilayered structure completely made of single-negative materials, the optical Bloch oscillations and Zener tunneling can also be attained.     

Dipole-induced grating in a waveguide-coupled photonic crystal microcavity embedding a driven three-level emitter

We study optical transmission characteristics of a waveguide-coupled photonic crystal microcavity embedding a driven three-level dipole emitter. By spatially modulating the control field, alternating regions of high transmission and absorption can be produced in two waveguide channels which can be used for an amplitude grating.     

Ion detection with photonic crystal microcavities

We have experimentally demonstrated a cation and anion sensor by using short linear photonic crystal microcavities with an embedded quantum dot active region. The photonic crystal microcavity covered with an ion-selective polymer forms a submicrometer optical detection system sensitive to small changes of perchlorate anion (ClO4(-)) and calcium cation (Ca2+) concentrations.     

Fabrication of Two-Dimensional Organic Photonic Crystal Microcavity

A two-dimensional polystyrene photonic crystal microcavity is fabricated by the method ot tocused ion Oeam etching. The scanning electron microscopy and the transmittance spectrum are used to characterize the properties of the photonic crystal microcavity. The quality factor and the transmittance of the photonic crystal microcavity is more than 530 and 90%, respectively. The measured results are in agreement with the theoretical predictions.     

基于一维光子晶体微腔的全吸收器件

将具有高本征吸收的极化材料SiC引入到一维光子晶体中间,形成一维光子晶体微腔。利用传输矩阵方法,研究了这种含SiC材料的一维光子晶体微腔的光学特性:包括透射率、反射率和吸收率。研究结果表明该结构在波长λ=12.6μm处存在一个全吸收峰,该吸收峰在0°～50°的入射角度范围内不随角度和偏振模式的影响。该结构可以用来制作宽角度窄带全吸收器件,有望在热发射、太阳能光伏电池中得到应用。