光波在一维周期介质中传播的色散和反射

从光的电磁理论出发导出了光在一维周期介质中的特性矩阵的表达式. 运用特性矩阵方法对光在周期介质中的色散关系、光子带隙、反射率光谱等特性进行了数值模拟和理论分析,在此基础上还讨论了与光子带隙相应的反常折射率.     

平面电磁波在各向异性周期介质中的传输特性研究

将平面电磁波在一维介电各向同性周期介质中的传输矩阵问题扩展至一维介电各向异性周期介质,并得到了平面电磁波在此类介质中的传输矩阵.此矩阵的推导主要基于麦克斯韦方程组和电磁波在介质交界面的连续性条件,即电磁波在介质交界面的切向电场和磁场分量连续.通过此矩阵的推导可以加深学生对"电磁场与电磁波"这门课程的理解.此矩阵也是获得电磁波在一维介电各向异性周期介质中的场分布特性,色散关系和表面模式性质的基础.因此,此传输矩阵对科研和教学都有重要意义.     

一维光子晶体的基本周期结构及其禁带特征

本文采用光学导纳特征矩阵方法讨论了光波在一维分层介质的传播特性,分析了一维光子晶体的基本周期结构对光子禁带的特征的影响,指出了这种特性的应用.     

Kerr缺陷一维耦合腔光波导的双稳态方向性

本文提出一种只在一层高折射率介质层中掺杂Kerr介质的一维耦合腔光波导.利用一维传输矩阵理论和非线性传输矩阵方法研究了此结构的光学双稳态.根据一维传输矩阵理论分析了此结构的线性特性,包括低频带边模的偏移及场分布的特点,讨论了此结构实现双稳态的原理.研究发现:由于缺陷层中场分布与入射光方向密切相关,而缺陷层光场的局域,将...     

异质三周期光子晶体的光子带隙特性

利用传输矩阵法研究了由TiO₂和SiO₂两种材料构成的异质三周期一维光子晶体的传光特性,发现该结构能在波长为200~ 2 000 nm的范围内形成7处比较明显的光子带隙,并且波长越大,带隙的宽度越大。重点研究了这种结构的光子晶体的透射谱线与入射角度、介质层数及介质层厚度的关系,发现该结构形成的光子带隙的大小和位置对介质层的循环周期数不敏感,但对入射角度和介质层的厚度很敏感。     

一维超声光子晶体禁带结构分析

超声波在介质中传播时可以引起介质的折射率发生周期变化,当光波垂直于超声波的传播方向时,这种介质可以被用来作为光栅使用,称为超声光栅。当光波沿超声波的传播方向通过这种介质时,它还可以用作一维光子晶体,并称其为一维超声光子晶体(1D-USPC)。利用平面波法证明了一维超声光子晶体具有一般一维周期层叠结构光子晶体的禁带特征。同时这种光子禁带是可以通过超声波的波长和振幅来改变的,这就为控制光的行为方面提供另一种新的方法。     

Kerr缺陷一维耦合腔光波导的双稳态方向性

本文提出一种只在一层高折射率介质层中掺杂Kerr介质的一维耦合腔光波导.利用一维传输矩阵理论和非线性传输矩阵方法研究了此结构的光学双稳态.根据一维传输矩阵理论分析了此结构的线性特性,包括低频带边模的偏移及场分布的特点,讨论了此结构实现双稳态的原理.研究发现:由于缺陷层中场分布与入射光方向密切相关,而缺陷层光场的局域,将激发Kerr介质的三阶非线性效应,从而改变了缺陷层的折射率,所以不同方向的入射光具有不同的双稳态阈值.利用非线性传输矩阵方法研究了光学双稳态特性.结果表明:由于缺陷层的位置导致缺陷模正方向（由左到右）入射的场分布大于反方向（由右到左）入射的场分布,正方向的阈值低于反方向的阈值,相差一倍.     

一维缺陷光子晶体温度的测量

采用Si和SiO₂两种介质材料构造一维缺陷光子晶体,缺陷层介质为Si,利用传输矩阵法对带有缺陷的一维光子晶体的传光特性进行了理论分析,并得到其带隙特性.由于缺陷的存在,使得光子晶体的透射谱中产生缺陷峰.当被测温度变化时,根据两种介质的热光效应和热膨胀效应,光子晶体介质和缺陷层的光学厚度和折射率发生变化,透射谱缺陷峰产生漂移,由缺陷峰的中心波长漂移量得到被测温度的大小.构建了一维缺陷光子晶体测量温度的实验系统,实验结果表明缺陷峰中心波长与光子晶体所受的温度呈线性关系,测量灵敏度为0—2 关键词： 温度测量 一维光子晶体 传输矩阵法 缺陷峰     

一维冷原子晶格中相干诱导三光子带隙

基于电磁感应透明技术,将相干耦合的Tripod型原子俘获在一维光晶格中并使其呈高斯型分布,由于介质的折射率被一维光晶格周期性调制,从而实现动态调控的三光子带隙结构.通过求解光场与原子相互作用密度矩阵方程以及光波在周期性介质中散射的传输矩阵方程,计算出探测场在相干驱动介质中的稳态反射谱和透射谱.计算结果表明:光子带隙的位置、宽度以及反射率可以通过改变两个耦合场的失谐、强度和几何布拉格失谐来调谐.     

光在一维周期结构中的分布和局域化

运用传播矩阵对不同种类的一维周期结构(periodic structure, PS)中的光场分布和局域化进行了理论分析．结果表明: 当光以禁带频率入射到PS上时,绝大部分光被反射,在PS中是以衰减的驻波形式存在的．需要强调的是,当光以禁带带边频率入射时,光场在PS中有显著的局域化,在介质中引入适当的缺陷可以极大地增加这种局域化程度．另外,当光从掺杂有特定缺陷层的PS的左右两个不同界面入射时,可引起光场在PS中不同的分布,这对通过光的非线性调制实现的光学二极管非常有用.在线性吸收的PS中光强随光进入介质的厚度及消光系数的增加迅速衰减．     

一维缺陷光子晶体温度的测量

采用Si和SiO₂两种介质材料构造一维缺陷光子晶体，缺陷层介质为Si，利用传输矩阵法对带有缺陷的一维光子晶体的传光特性进行了理论分析，并得到其带隙特性.由于缺陷的存在，使得光子晶体的透射谱中产生缺陷峰.当被测温度变化时，根据两种介质的热光效应和热膨胀效应，光子晶体介质和缺陷层的光学厚度和折射率发生变化，透射谱缺陷峰产生漂移，由缺陷峰的中心波长漂移量得到被测温度的大小.构建了一维缺陷光子晶体测量温度的实验系统，实验结果表明缺陷峰中心波长与光子晶体所受的温度呈线性关系，测量灵敏度为0—2     

圆柱光子晶体全反射隧穿的梳状滤波特性

研究一维圆柱光子晶体的全反射隧穿的梳状滤波特性,利用传输矩阵法计算光在大于全反射角入射一维圆柱光子晶体的透射率.在透射波中发现全反射隧穿效应,全反射隧穿峰具有优良的梳状滤波特性.得到圆柱光子晶体的全反射隧穿随周期数、模式量子数以及圆柱半径的变化特征,为设计性能优良的梳状光子晶体滤波器提供理论依据.     

非线性光学 非线性光学概论

O437 2005010223 一维非均匀Kerr介质的传输矩阵算法=Transfer matrix algorithm of one-dimensional inhomogeneous Kerr medium [刊,中]/陈历学(哈尔滨工业大学应用物理系.黑龙江,哈尔滨(150001)),丁卫强….∥光子学报．-2004,33 (4)．-497-500 研究了一维非均匀Kerr介质的子层逆向递推传输矩阵算法,给出了数值实现方案。此方法可以方便而精确地模拟非均匀Kerr介质的传输行为。应用此算法模拟一维 Kerr缺陷光子晶体的光学双稳开关过程时,得出了和非线性时域有限差分方法相一致的结果。图2参6(于晓光)     

用特征矩阵法研究一维激光全息光子晶体的禁带特性

介质中传播方向相反的2束激光干涉可形成具有一维周期结构的体积全息图,而这种全息图可以看作一维光子晶体,称为一维激光全息图光子晶体,用特征矩阵法研究了一维激光全息图光子晶体的透射谱中的禁带随入射角、记录波长、介质折射率、折射率调制度的变化规律。结果表明：当入射角变大,激光波长、介质折射率及介质折射率调制度变小时, 禁带的位置向短波方向移动, 禁带宽度减小。     

基于数字微镜器件超像素法实现散射介质传输矩阵的自参考干涉测量

散射介质的传输矩阵系统描述了散射介质对输入与输出光场之间的变换关系,是研究与控制光在无序介质中传输特性的重要工具.本文使用数字微镜器件实现散射介质传输矩阵的自参考干涉测量,首先利用超像素法实现对入射光的复振幅调制获得同时包含参考光和信号光的复合场,进而基于四步相移法分别测量了散射介质在Hadamard基和轨道角动量(OAM)基下的传输矩阵.进一步,根据相位共轭原理实现了光透过散射介质后的单点聚焦、多点聚焦以及涡旋聚焦,验证了传输矩阵测量的准确性.该方法能够有效提高光场调制的自由度,实现散射介质传输矩阵的测量,对散射环境下的光学成像和光通信等具有潜在应用价值.     

基于对称广义Fibonacci光子晶体结构的电光可调谐滤波器

本文构建了含有电光材料LiNbO3的一维对称广义Fibonacci光子晶体结构,提出并设计了一种基于该结构的可调谐滤波器,并利用传输矩阵法对设计的滤波器的可调谐滤波特性进行了理论研究.数据模拟结果表明:保持对称广义Fibonacci光子晶体的几何结构不变,通过改变电极所在处施加在电光介质(LiNbO3)层上的外加电场,...     

金属插层对一维光子晶体中光传输特性的影响

利用传输矩阵方法,从理论上研究了金属插层对由SiSiO2组成的一维光子晶体中光传输特性的影响.结果表明:由(SiSiO2)n组成的一维光子晶体,考虑到材料的实际吸收及折射率随波长发生变化的情况,当n≥9时,该体系出现全反射带(光子带隙),在(SiSiO2)n光子晶体中的SiO2层的中间插入金属银层,构成(SiSiO2AgSiO2)n金属型一维光子晶体,光子带隙的宽度明显加宽,且在该带隙中s光和p光在0—60°入射角下均具有较低损耗,利用这一特性,可以制作出宽带反射镜 关键词： 光子晶体 金属层 传输矩阵     

一维磁光光子晶体的光学特性研究

详细推导了光在斜入射情况下通过磁光介质的4×4传输矩阵,研究了一维磁光光子晶体的光学特性.研究表明,由于光强主要局域在磁光介质层,波长位于光子禁带长波长带边的光通过磁光光子晶体所产生的法拉第旋转角比短波长带边产生的法拉第旋转角大得多.当光以TM偏振入射时,随着角度增大带边光产生的法拉第旋转角逐渐减小;而在TE偏振情况下,带边光产生的法拉第旋转角却随着角度的增大逐渐增大.     

光子晶体可调谐滤波特性的理论研究

用特征矩阵法研究了带缺陷的一维光子晶体的透射性质，并提出了新的可调谐光滤波器的概念.一维光子晶体(L1H1)m带有Lc-H2(L2H2)n形式的缺陷时，在光子晶体中间出现了窄的透射峰，其他级次的干涉峰则随着覆盖层H2(L2H2)n周期数的增大而减弱并消失.当耦合层Lc厚度变化时，在光子晶体禁带边缘附近出现两个高透射率区域.高透射率区域透射峰的特性由光子晶体和覆盖层的性质决定.当光子晶体禁带宽度较小时，两个高透射率区域接近，形成具有约150nm调谐范围的区域，因此可制备以一维光子晶体为基础的新型可调谐光滤波器. 关键词： 光子晶体 可调谐光滤波器 特征矩阵     

谐振腔提高横向光电效应的量子效率

根据位置敏感探测器的原理,设计了p-i-n型的谐振腔结构,研究谐振腔提高横向光电效应的量子效率。以一维缺陷光子晶体作为顶部光学镜,底部为分布式Bragg反射镜(DBR),中间为激活介质谐振腔。利用传输矩阵法计算了一维缺陷光子晶体的透射特性。由于顶部和底部结构的高反作用,一维缺陷光子晶体的透射谐振导模将被有效地限制在激活介质中。通过对谐振腔模型的分析,得出了激活介质的量子效率,并进行了数值仿真。结果表明,一维缺陷光子晶体的谐振导模能有效提高谐振腔中激活介质的量子转换效率。