基于全内反射光子晶体多模波导偏振无关型光分束器

研究了全内反射在光子晶体多模波导中的作用,利用常规的耦合模理论对对称入射时的多模干涉行为和自映射现象进行了讨论和分析.研究表明,输入光场依然能沿着多模导光区高效的传输,这种结构中的光场传输是由全内反射和布喇格反射的联合作用而决定的.设计了一种全内反射偏振无关型光分束器,这种分束器在集成光学中具有重大的潜在应用价值.     

基于自映像的光子晶体波导分束器的设计

通过研究2维正方晶格光子晶体波导多模干涉的自映像效应,优化设计了一种新型1×2光子晶体波导分束器,采用时域有限差分法对其传输特性进行模拟分析。设计过程中,根据多模干涉耦合区中周期出现的双重像的位置确定两个单模输出波导的位置,通过在分束器输入和输出耦合区的连结处设置介质柱,改变输入和输出耦合区中的模场分布,实现模式匹配,从而明显减小分束器的反射损耗。计算结果表明:设置的介质柱归一化半径分别为0.08和0.177时,对于波长为1.55 μm的入射光,该分束器的透射率可高达93%。     

基于自映像的光子晶体波导分束器的设计

通过研究2维正方晶格光子晶体波导多模干涉的自映像效应,优化设计了一种新型1×2光子晶体波导分束器,采用时域有限差分法对其传输特性进行模拟分析。设计过程中,根据多模干涉耦合区中周期出现的双重像的位置确定两个单模输出波导的位置,通过在分束器输入和输出耦合区的连结处设置介质柱,改变输入和输出耦合区中的模场分布,实现模式匹配,从而明显减小分束器的反射损耗。计算结果表明:设置的介质柱归一化半径分别为0.08和0.177时,对于波长为1.55μm的入射光,该分束器的透射率可高达93%。     

全内反射型三角晶格光子晶体多模波导中的光传播特性

研究了光波在没有光子带隙的三角晶格型光子晶体多模波导中的传播特性. 利用等效折射率法,将该结构等效为三层平板介质波导,基于自映像原理,数值分析和模拟了其多模干涉效应. 研究结果表明,由于全内反射和分布式布拉格反射的联合效应,光场类似于传统波导模式,能高效地传输;随着填充率的增大,高透射区域将向波长减小的方向移动,带宽和透射率也随之增加, 研究结果为实际应用中选择适当的填充率提供了理论依据. 关键词： 光子晶体多模波导 全内反射 填充率 时域有限差分法     

1×4光子晶体波导分束器的特性

在完整的二维光子晶体中引入线缺陷,形成了光子晶体波导,光子晶体波导分束器是集成化光学电路的重要组成元件。我们设计了一种线缺陷1×4光子晶体分束器,并且用有限时域差分法研究了它的特性。研究表明,输出端的透射传输特性与入射光的波长和分支的几何形状有关,并且入射波分别相等地流入四个输出端口。为了减少1×4分束器在三个Y型分支区的反射,可以通过调节在分支区的可调介质柱的半径R,使每个输出端口具有很高的透射率。     

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     

基于自准直效应的光子晶体异质结偏振分束器

基于光子晶体的自准直效应和禁带特性,提出了一种具有非正交异质结结构的光子晶体偏振分束器.无需引入缺陷或波导,可使光波在该结构中准直无发散地传输并实现分束功能,对制造工艺的要求大大降低.利用Rsoft软件,结合平面波展开法和二维时域有限差分法,对提出的偏振分束器进行了仿真研究.结果表明,该偏振分束器在一个较大的频率范围f=0.275—0.285(a/λ)内可实现横电(TE)和横磁(TM)模的大角度偏振分离,TE和TM模的透过率均在88%以上,偏振消光比分别大于26.57 dB和17.50 dB.该结构可应用到太赫兹波段的传输系统中,a=26μm,尺寸大小为572μm×546μm,在91—95μm波长范围内可实现TE和TM模的分离.利用该结构可设计用于光通信系统(n=3.48)的偏振分束器,a=426.25 nm,结构仅为9.38μm×8.95μm.本方案结构简单,易于集成,有望在集成光路的发展中发挥重要作用.     

基于1×4光子晶体波导分束器的特性研究

光子晶体波导分束器是集成光学电路的重要组成元件。设计一种线缺陷1×4光子晶体分束器,用时域有限差分法研究其特性。实验结果表明:输出端的透射传输特性随入射光的波长和分支的几何形状有关,并且入射波分别相等地流入4个输出端口。为了减少1×4分束器在3个Y型分支区的反射,通过调节分支区的可调介质柱的半径R,可使每个输出端口输出较高的透射率。     

一种新型光子晶体波导定向耦合型超微偏振光分束器

将两个二维空气孔光子晶体波导平行放置,两波导之间由三排空气孔相隔,构成一个定向耦合器.数值分析了TE(磁场平行于空气孔)和TM(电场平行于空气孔)偏振态光波在该定向耦合器中的传播行为.结果表明,减小耦合区两波导间的一排介质柱的半径,TE模的耦合长度减小,而TM模的耦合长度不变.基于此结构,设计了超微偏振光分束器,整个器件的尺寸为10.1μm,与已报道的24.2μm的结果相比,该器件具有更小的器件尺寸和更高的输出效率.     

光子晶体定向耦合三波长功分器

以二维三角晶格光子晶体为研究对象,在该光子晶体中引入两行以一行耦合介质柱为间距的平行单模线缺陷波导.通过分析和研究光子晶体波导耦合结构的耦合和解耦合特性,发现在不同频率下耦合波导的耦合长度不同.利用平面波展开法和定向耦合原理计算了在不同入射光频率下,缺陷波导间耦合波导的耦合长度,设计了一种新型超微光子晶体波导耦合型三波长功分器,实现了归一化频率分别为0.369、0.394、0.435的光波的分束效果.采用时域有限差分法验证了该功分器具有很好的功率分配效果.本文结果有助于光子晶体新型滤波器、定向耦合器、波分复用器、偏振光分束器以及光开关等光子器件的研究.     

基于光子晶体的双波长太赫兹波功分器研究

太赫兹波技术和光子晶体技术相结合为设计太赫兹波功能器件提供了新的思路和方法.本文提出了一种基于二维光子晶体的双波长太赫兹波功分器.在光子晶体中引入由三个相互平行的单模波导形成的定向耦合型分束器和Y型结构的1×2型分束器,同时,在Y型结构的分支处分别引入两个介质柱.利用平面波展开法和定向耦合原理计算了在不同入射波频率下,耦合波导的耦合长度,并采用时域有限差分法对功分器的传输特性进行了模拟仿真分析.结果表明,在频率f1=1.0THz时,实现了端口1和端口2的能量均分输出;在频率f2=0.893THz时,通过非对称改变两个介质柱的折射率,可以实现端口3和端口4输出能量的自由分配.     

二维光子晶体分束器的分频效率分析

在完整的二维光子晶体中引入线缺陷,形成了光子晶体波导.设计了一种二维光子晶体三通道分束器,采用时域有限差分方法(FDTD),从理论上计算该器件3个通道电磁波的透射率.为了提高电磁波的透射率,通过在波导附近调节介质柱半径,引入两组点缺陷.结果表明,两组点缺陷的介质柱半径选择合适的值,在3个通道中可以得到最佳的电磁波透射率...     

用级联缓变结构实现光子晶体波导和传统波导的耦合

为了提高光子晶体波导与传统介质波导的耦合效率,设计了级联缓变结构.先将传统介质波导中的光耦合进尺寸相当的光子晶体W5波导中,然后W5波导中的光被耦合进尺寸较小些的W3波导中,最后光被耦合进尺寸最小的W1波导.各级波导之间由半径逐渐增大的空气孔连接,空气孔半径逐渐变化相当于波导有效折射率在变化,所以各级波导可以看作是被折射率缓变结构连接起来.由于折射率的缓变,使得光从前一级波导耦合进相邻的后一级波导时反射很小,从而能有效地提高耦合效率.数值计算表明,在光子晶体禁带范围内,除了波导有限长度和波导微小禁带造成的微小不通带外,耦合系数一般能达80%左右,最高可达到95%.     

光在一维光子晶体中的全反射贯穿效应

为了研究一维光子晶体中光波的全反射贯穿效应,利用传输矩阵法计算了TE波和TM波在大于全反射角入射一维光子晶体的透射率.在透射波中发现了全反射贯穿效应,得出了全反射贯穿效应随入射角的变化规律、全反射贯穿效应的波长特性以及全反射贯穿效应随介质光学厚度的变化规律.利用波的量子理论和渐逝波的理论对一维光子晶体的全反射贯穿效应作出了理论解释.     

半无限周期光子晶体全反射隧穿效应的共振机理

建立了一维半无限周期光子晶体的谐振腔模型.利用谐振腔的共振条件推导出全反射隧穿导带波长满足的解析公式,从理论上解释了一维半无限周期光子晶体的全反射隧穿效应产生的物理机理.利用波长的解析公式对全反射隧穿导带的波长随导带级数、腔光学厚度以及入射角的变化规律进行了研究,解释了一维半无限周期光子晶体的全反射隧穿效应的变化规律.将共振理论的结果与色散法的结果进行比较,其结果吻合.     

半无限周期光子晶体全反射隧穿效应的共振机理

建立了一维半无限周期光子晶体的谐振腔模型.利用谐振腔的共振条件推导出全反射隧穿导带波长满足的解析公式,从理论上解释了一维半无限周期光子晶体的全反射隧穿效应产生的物理机理.利用波长的解析公式对全反射隧穿导带的波长随导带级数、腔光学厚度以及入射角的变化规律进行了研究,解释了一维半无限周期光子晶体的全反射隧穿效应的变化规律.将共振理论的结果与色散法的结果进行比较,其结果吻合.