无序光子晶体提高GaN基蓝光发光二极管光提取效率的研究

亚波长尺度光子晶体结构可有效提升发光二极管(LED)的光提取效率(LEE),然而在制造过程中会存在缺陷或无序.利用时域有限差分法对理想方形光子晶体结构进行了优化,在此基础上对三种无序光子晶体结构进行了仿真,研究了光子晶体结构参数的无序变化对GaN基蓝光LED LEE的影响.结果表明,光子晶体空气孔位置和半径的无序变化使优化的80 nm光子晶体LED的LEE下降,而可使非优化的60nm光子晶体LED的LEE增加;当光子晶体空气孔位置和半径的无序变化量从0到士20 nm之间变化时,LEE最大会产生53.8％的浮动;光子晶体刻蚀深度的无序变化对LEE影响较小,一般可以忽略,研究结果为高性能蓝光光子晶体LED的设计制作提供了重要的理论参考.     

等离子体光子晶体的FDTD分析

等离子体光子晶体是等离子体和介质（真空）构成的人工周期性结构.用分段线性电流密度 递归卷积时域有限差分（PLCDRC-FDTD）算法分析了等离子体光子晶体和缺陷等离子体光子 晶体.从时域的角度分析了高斯脉冲在等离子体光子晶体中的传播过程，给出了时域反射和 透射波形.然后，从频域的角度分析了等离子体光子晶体和带缺陷的等离子体光子晶体的电 磁反射系数和透射系数.计算表明，等离子体光子晶体对频率小于等离子体频率的低频电磁 波几乎完全反射，而透射的电磁波则为频率高于等离子体频率的电磁波.在高频，等离子体 光子晶体则出现类似一般光子晶体的光子带隙特性. 关键词： 等离子体 光子晶体 时域有限差分法 等离子体光子晶体     

磁化等离子体光子晶体的FDTD分析

磁化等离子体光子晶体是磁化等离子体和介质(真空)构成的人工周期性结构.本文用磁化等离子体的分段线形电流密度卷积(PLCDRC)时域有限差分(FDTD)算法分析了磁化等离子体光子晶体特性.分析了磁化等离子体参数对电磁带隙的影响.从时域的角度分析了高斯脉冲在磁化等离子体光子晶体中的传播过程，给出了时域反射和透射波形.从频域的角度给出了磁化等离子体光子晶体的电磁反射系数和透射系数，并对结果进行了分析. 关键词： 磁化等离子体 光子晶体 时域有限差分法     

光子晶体共振现象研究

完整二维光子晶体中引入点缺陷后，在光子晶体禁带中会有共振模出现；将时域有限差分方法(FDTD)用于光子晶体共振特性研究中，给出共振频率的位置，直观地给出共振现象发生的过程。     

二维光子晶体异质结构的带隙分析

提出异质结构的二维光子晶体模型,用时域有限差分法计算其带隙,数值计算结果表明,其带隙宽度变大.     

时变磁化等离子体光子晶体的禁带特性

采用磁化等离子体的分段线形电流密度卷积(Piecewise Linear Current Density Recursive Convolution,PLCDRC)时域有限差分(Finite-Different Time-Domain, FDTD)算法研究了一维时变磁化等离子体光子晶体的禁带特性。以高斯脉冲为激励源,用算法公式所得的电磁波透射系数来讨论了等离子体上升时间、密度、周期常数对其禁带特性的影响。结果表明,改变等离子体上升时间和密度可以实现对禁带的控制。     

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。     

基于表面波的新型光子晶体分束器

通过激发光子晶体-光子晶体表面波的方法,设计出了一种由表面修饰光子晶体组成的新型复合结构。利用平面波展开法结合超原胞技术对该结构的耦合表面波色散关系进行了研究,在此基础上利用时域有限差分法对光束在该结构中的传输特性进行了数值模拟,并分析了其物理机制。研究结果表明,所提出的新型结构,对一定频率范围内的传输光,能够实现输出光的分束,此特征可以用来制作光束分束器。     

基于表面波的新型光子晶体分束器

通过激发光子晶体-光子晶体表面波的方法,设计出了一种由表面修饰光子晶体组成的新型复合结构。利用平面波展开法结合超原胞技术对该结构的耦合表面波色散关系进行了研究,在此基础上利用时域有限差分法对光束在该结构中的传输特性进行了数值模拟,并分析了其物理机制。研究结果表明,所提出的新型结构,对一定频率范围内的传输光,能够实现输出光的分束,此特征可以用来制作光束分束器。     

高效多信道光子晶体滤波器的设计与仿真

利用二维光子晶体仿真设计了四信道光滤波器.首先根据时域耦合模理论导出了实现100％信道耦合的条件;然后根据该条件设计了四信道滤波器,并利用时域有限差分法进行了仿真.仿真结果显示,四信道耦合效率均超过96％,当晶格常量取570 nm时,四信道的中心频率在1 520 nm到1 580 nm之间,信道间隔均小于20 nm,信道间窜扰很小.     

光子晶体波导的设计与特性

设计了Y型和回型二维光子晶体波导,基于时域有限差分法模拟了传输特性,并得出Y型结构对应的TE模、TM模的带隙结构。为此可以根据具体情况设计满足不同要求的波导结构。     

基于三角晶格光子晶体多模波导1×2分束器的优化设计

依据自映像原理,设计了一种基于三角晶格光子晶体多模波导的1×2分束器.采用时域有限差分法模拟了光波在分束器中的传播行为,并计算了分束器的传输效率.结果表明,仅仅通过改变多模波导与输出波导联结处的介质柱的位置对结构进行优化,便可大大提高分束器在工作点频率处的传输效率和带宽,其多模耦合区的长度可低至3.1 μm.因而本文所设计的分束器具有更小的器件尺寸和更高的传输效率,易于大规模集成的实现,在未来的集成光路中具有广泛的应用价值.     

中红外波段硅基两维光子晶体的光子带隙

利用电化学腐蚀的方法制备了大多孔硅两维光子晶体.结构图形对称性为正方格子，其结构参数为正方形晶格周期a=44μm，正方形空气柱的边长l=2μm.并用显微红外光谱仪表征了光谱性质，揭示了所制备两维光子晶体样品的中红外波段光子的反射特性. 关键词： 光子晶体 光子带隙 反射谱 时域有限差分法     

二维点缺陷三角晶格光子晶体的微腔结构

通过平面波展开法对二维点缺陷三角晶格光子晶体的微腔结构进行研究,计算得出其色散图以及缺陷模分布.结果表明:缺陷模波长与微腔谐振波长基本吻合.利用FDTD模拟谐振波长波段的电磁波在光子晶体中传播的动态演化过程,并计算出局域模的空间分布图.最后在有规律地改变缺陷周围介质柱半径的情况下实现谐振中心波长的可调性.     

一维微波光子晶体带隙的仿真和实验研究

利用MPB软件和MEEP软件对一维光子晶体带隙结构及透射谱进行了仿真与实验研究.讨论了不同介质填充比和介质相对介电常数对光子晶体带隙结构的影响.仿真结果表明,当高相对介电常数介质的填充比增大时,或高相对介电常数增大时,光子晶体带隙的中心频率缓慢减小,带隙宽度呈先增大后减小的趋势,存在一极大值点.采用高相对介电常数介质薄板[钛酸钡(BaTiO<,3>)粉末混合聚二甲基硅氧烷(PDMS)胶体]和泡沫薄板周期性排列组成一维光子晶体.实验上制得了高低介质相对介电常数分别为4.5和1,填充比为1:1,晶格常数为10 mm,周期数为5的光子晶体,并测量出该光子晶体的微波透射谱.测量结果表明,在8～12 GHz的微波频段,该光子晶体的带隙中心频率为9.3 GHz,带隙宽度为500 MHz.     

双折射光子晶体光纤传输特性分析

采用时域有限差分法对光子晶体光纤导模的传输特性进行数值分析,通过该法可得到任意横向结构光子晶体光纤的色散特性和双折射特性。为提高精度,在计算中应用了各向异性完全匹配层作为吸收边界条件。光子晶体光纤的传输特性完全由其横向结构决定。用时域有限差分法对一类对称结构和两类非对称结构光子晶体光纤进行了数值分析,计算结果表明经合理设计的非对称结构光子晶体光纤中可存在较高的双折射(其双折射可达0．07)。表明时域有限差分法可有效应用于分析和设计具有特定色散和偏振特性的光子晶体光纤。     

光子晶体四信道波分复用器的研究

提出了一种由2-D光子晶体构成的四信道波分复用系统。该系统包括利用光子晶体的线缺陷实现的波导部分和利用光子晶体微腔实现的频率选择部分。采用时域有限差分(FDTD)方法,研究了光在含点缺陷(即微腔)和线缺陷(即波导)的光子晶体中的传输特性,并给出了仿真结果。计算结果表明,该结构可以实现波长为λ=1550nm附近的四信道波分复用。     

一维无序结构光子晶体的能带特性研究

通过引入结构参数a，深入研究了具有无序结构的一维二元光子晶体的能带特性。研究发现，无序结构有效拓宽了光子带隙，与均匀结构相比，拓宽率达到200％以上；无序一维光子晶体表现出从可见到红外很宽区域的高反射特性。本文还计算和分析了入射角和无序度D对光子晶体带隙的影响。     

时变磁化等离子体光子晶体光子局域态分析

采用磁化等离子体的分段线形电流密度卷积(Piecewise Linear Current Density Recursive Convolution,PLCDRC)时域有限差分(Finite-Different Time-Domain,FDTD)算法研究了具有单一缺陷层一维时变磁化等离子体光子晶体的光子局域态特性。以高斯脉冲为激励源,用算法公式所得的电磁波透射系数来讨论了等离子体上升时间对其缺陷模的影响。结果表明,改变等离子体上升时间和密度可以获得不同的缺陷模。