二维光子晶体缺陷模特性研究

用时域有限差分法计算了二维光子晶体的带隙和缺陷模,结果表明:在缺陷中心位置其强度达到最大值,离缺陷中心越远,强度越小.比较了方形介质柱与圆形介质柱光子晶体缺陷模:圆形缺陷缺陷模衰减的特征长度较小,但其缺陷模的品质因数较大.缺陷模的中心频率随缺陷介电常数的增大而变小,并近似成线性关系.     

温度、密度对磁化等离子体光子晶体缺陷模的影响

采用等温近似,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-differentce Time-domain,FDTD)算法研究了具有单一缺陷层的一维磁化等离子体光子晶体的缺陷模特性;以高斯脉冲为激励源,用算法公式计算所得的电磁波透射系数,讨论了温度和等离子体层密度对其缺陷模的影响。结果表明:改变温度和等离子体层密度可以获得不同的缺陷模。     

磁化等离子体光子晶体缺陷态的研究

采用磁化等离子体的分段线性电流密度卷积时域有限差分(PLCDRC-FDTD)算法研究具有单一缺陷层的一维磁化等离子体光子晶体的缺陷模特性. 从频域角度分析得到微分高斯脉冲的透射率,并讨论该光子晶体的缺陷层厚度、位置、周期常数和等离子体参数对其缺陷模的影响. 结果表明,改变位置和周期常数不会影响缺陷模的频率,改变缺陷层的厚度可以增加缺陷模数,改变等离子体参数能同时影响缺陷模的频率和峰值. 关键词： 磁化等离子体光子晶体 光子晶体 缺陷模 时域有限差分法     

一维光子晶体缺陷模的偏振特性研究

利用周期结构的布洛赫定理推导了一维无限光子晶体缺陷模方程,研究了缺陷模的偏振特性,以及在不同入射角和缺陷层厚度下缺陷模位置的变化.利用传输矩阵方法对有限周期数光子晶体也进行了研究,分别对应一维无限光子晶体和有限周期数光子晶体给出了数值计算结果.通过比较这两者的数值结果得出了缺陷模随入射角和缺陷层厚度变化的一般规律.     

时变非磁化等离子体光子晶体缺陷态研究

采用非磁化等离子体的分段线形电流密度卷积(Current density convolution,JEC)时域有限差分(Finite-dif-ferent time-domain,FDTD)算法研究了具有单一缺陷层的一维时变非磁化等离子体光子晶体的缺陷模特性。以高斯脉冲为激励源,通过由算法公式得到的电磁波透射系数讨论了等离子体上升时间对其缺陷模的影响。结果表明,改变等离子体的上升时间和密度可以获得不同的缺陷模。     

一维光子晶体激光器中模场的空间分布及其对阈值的影响

采用有限时域差分（FDTD）法和传输矩阵法（TMM）计算了一维光子晶体微腔中模式的阈值和模场的空间分布,并用局域化长度和模面积描述了其空间分布特性.着重研究了模场的空间分布对阈值特性的影响.模拟结果显示,激光器的阈值依赖于模式的空间分布,局域化长度和模面积最小的模式具有最低阈值.通过调节包括缺陷宽度、光学厚度比、折射率比等介质参量,可以有效地调节模式的局域化长度和模面积,从而降低激光器的阈值.     

非磁化等离子体光子晶体缺陷态的研究

采用时域有限差分法中的分段线性电流密度卷积算法,研究具有单一缺陷层的一维非磁化等离子体光子晶体的缺陷模特性.从频域角度分析得到微分高斯脉冲的透射率,并讨论该光子晶体的缺陷层介电常数、厚度、位置、光子晶体的周期常数和等离子体参数对其缺陷模的影响.结果表明,改变以上参数可获得不同的缺陷模. 关键词： 时域有限差分法 非磁化等离子体光子晶体 缺陷模     

Compton散射对磁化等离子体光子晶体缺陷模密温特性的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和有限时域差分法,对Compton散射对磁化等离子体光子晶体缺陷模密温特性的影响进行了理论分析和数值模拟。结果表明,与Compton散射前的情况相比,Compton散射使低温低频处光子禁带中存在缺陷模的明显度降低,缺陷模频率增大,缺陷模和透射率峰值减小;使高温高频处缺陷模和透射率峰值、缺陷模频率显著增大,禁带宽减小,缺陷模位置向高频方向移动。随着电子密度的增大,散射减小了禁带增大效应和缺陷模减小效应,增强了缺陷模频率增大效应;随着电子密度的降低,散射增强了禁带变窄效应、缺陷模峰值增大效应和缺陷模频率减小效应。利用Compton散射,可实现对缺陷模密温特性的有效控制。     

一维三元光子晶体缺陷模的特性研究

在考虑色散关系的基础上,利用传输矩阵法讨论了一维三元光子晶体缺陷模的特征.结果表明:缺陷层几何厚度增加时,缺陷模中心红移,透射率下降,品质因子变小.三介质的几何厚度各自独立递增时,缺陷模都向长波方向移动,缺陷模的品质因子先增后降.入射角增大时,缺陷模中心蓝移,透射率不变,半峰全宽度变窄,品质因子变小.若忽略缺陷介质的色散,当其折射率减小时,缺陷模蓝移,透射率变大,半峰全宽度保持不变,品质因子增大.     

一维掺杂光子晶体缺陷模的共振理论

为了得到一维掺杂光子晶体的共振理论,建立了一维掺杂光子晶体的谐振腔模型,利用谐振腔的共振条件推导出缺陷模频率满足的解析公式,从理论上解释了产生一维掺杂光子晶体缺陷模的物理机理.利用频率的解析公式对缺陷模的频率随入射角、杂质光学厚度以及杂质折射率的变化规律进行了研究,解释了一维掺杂光子晶体缺陷模的变化规律.与特征矩阵法的计算结果相比,其结果完全吻合,从而证明了共振理论的正确性,弥补了一维光子晶体研究中数值计算方法的不足.     

含色散介质的一维光子晶体微腔的光学特性和模式调节

采用时域有限差分(FDTD)法计算了含色散介质一维光子晶体微腔的透射谱,研究了缺陷模的频移特性。通过与无色散光子晶体微腔透射谱相比较,发现了介质色散导致的缺陷模频移现象,并详细地分析了中心频率、色散强度和衰减系数等色散介质参量和缺陷模频移的依赖关系。模拟结果显示,缺陷模的频移决定于中心频率、色散强度和衰减系数等色散介质参量的大小,通过合理的调节这些参量,可以有效地调节缺陷模的频率。     

一种计算和分析二维光子晶体缺陷模式的方法

通过改进时域有限差分(FDTD)法,计算和分析了二维光子晶体的缺陷模式。运用一维时域有限差分算法和线性插值法在总场散射场(TF-SF)连接边界引入入射平面波,采用完全匹配层(PML)技术对外行波进行了有效吸收。计算和分析结果表明,在光子晶体非对称方向入射的平面波能激发所有的缺陷模式,选取合适的探测点位置收集电场值,经快速傅里叶变换(FFT)能得到所有的共振峰值。另外,采用该方法研究了二维正方介质柱光子晶体缺陷模的共振频率与缺陷介质柱半径和介电常量之间的关系。结果表明通过改变缺陷的半径和介电常量大小可以在光子晶体禁带中一定的范围内调节缺陷模式的共振频率大小。     

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。     

一维光子晶体带边激光器的阈值特性分析

采用麦克斯韦方程和速率方程相结合的模型和时域有限差分法,利用引入的有效增益分布因子概念研究了光子晶体中本征模的阈值特性。增益介质的大小以及在光子晶体中的位置直接影响光子晶体带边激光器的输出特性;有效增益分布因子描述了光子晶体中增益介质的空间分布特性。结果显示,带边本征模的激射阈值依赖于有效增益分布因子。不同的本征模具有不同的有效增益分布因子,那些有效增益分布因子较大的模式具有较低的阈值。通过调整增益介质的位置和长度,可以提高有效增益分布因子的值,从而降低激光器的阈值,这对于实现激光器的低阈值运行有指导作用。     

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。     

二维随机增益介质中局域模的模面积和放大

随机激光形成于随机介质中局域模的放大,其放大特性依赖于局域模的空间分布。通过复折射率的虚部将光学增益引入系统,采用时域有限差分(FDTD)法,分析了增益介质中局域模的放大特性,并用模面积描述了局域模空间分布,着重对比分析了模面积对局域模放大特性的影响。模拟结果显示,局域模具有不同的空间分布,直接影响了局域模的放大特性,模面积较小的模式具有较低的损耗,能够获得更多能量,在介质中被优先放大,而模面积较大的模式,由于损耗较大,将获得较少的能量。     

含复合缺陷层的光子晶体的光学特性

运用传输矩阵法研究了在一维光子晶体中插入缺陷层的透光特性。在无缺陷层的一维光子晶体中能产生467~510 nm、1 279~1 715 nm两处明显的光子带隙。重点研究了插入缺陷层后,在1 279~1 715 nm的光子带隙中缺陷层厚度和入射角度大小分别与透射光谱变化的关系。研究发现：缺陷模的位置对入射角变化很敏感;出现缺陷模的数量和插入缺陷层的数量相同;一维光子晶体厚度的增大不会改变缺陷模的数量和位置,只改变透射峰的宽度和透射率。     

多个单负材料缺陷一维光子晶体的孪生缺陷模

分析了含有多个单负材料缺陷层的一维光子晶体中缺陷模的性质。在两种单负(负介电常量或负磁导率)材料交替堆叠形成的一维光子晶体中,掺入了多个周期排列的单负材料缺陷层,得到在该光子晶体的零有效相位(zero-effective phase)带隙内存在孪生缺陷模。通过改变缺陷的数目或缺陷层的厚度,可调节缺陷模的频率间隔,但缺陷模的数目总保持为两个。计算结果显示,该孪生缺陷模的频率对入射角度的依赖较弱;随着入射角度的改变,缺陷模频率的相对改变量总保持在0.03以下。此外,对应缺陷模频率的电场在该光子晶体中传播时,将被强烈地局域在缺陷层与周期结构的交界面上。     

一维光子晶体微腔在硅基材料发光中的应用研究

硅基材料的高效发光对未来硅基光电子集成的发展极其关键,含微腔的一维光子晶体可以显著提高其发光强度、窄化其发光峰.介绍了几种硅基材料发光的一维光子晶体微腔结构,包括单缺陷模式的对称与非对称结构、多缺陷模结构及电注入结构.利用传输矩阵法计算其缺陷模透射谱,以间接分析其发光谱.