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     

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     

异质双周期结构光子晶体光学特性

利用传输矩阵法研究了异质双周期结构一维光子晶体的带隙结构和光学传输特性。此光子晶体能形成512~960 nm的含5个极窄透射峰的光子带隙。重点研究了一种材料为复折射率时的光学传输特性,以及当结构发生轴向应变时的"介观压光效应"。结果表明:当复折射率虚部为负时,透射峰随虚部绝对值的增大先增大后减小,甚至出现衰减;虚部为正时,发生吸收现象。当光子晶体发生轴向应变时,透射峰随应变量的增加呈现近似L形变化,应变量很小时透射率几乎线性减小,波长越大透射峰变化越缓慢。     

含色散介质的一维光子晶体微腔的透射谱

研究了含色散介质的一维光子晶体微腔的透射谱,对色散介质采用Lorentz振子模型,腔模的频率设置在光子晶体带隙中心。发现当吸收可以忽略时,色散效应将导致在腔模附近有很高的态密度,与此相应地在透射谱中出现一个较宽的透射带。当吸收存在时透射带中心的透射峰消失,但带尾的透射峰依然存在。     

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。     

含有吸收材料对称结构一维三元光子晶体的透射谱

利用传输矩阵法理论,研究含吸收材料对称结构一维三元光子晶体的光传输特性。结果表明:当各层介质无吸收时,在较宽的禁带范围内出现一条透射率为100%的透射峰;当介质的折射率为带有正虚部的复数,即介质存在吸收时,禁带中的透射峰出现明显的透射衰减,且随着复折射率虚实比β的增大透射率出现单调衰减规律;当单个介质存在吸收时,随着各介质折射率虚实比的增大,透射率的衰减速度存在各异,其中以C介质的折射率虚实比βc对透射峰透射率的影响较大,其次为B,A的影响相对较小;当所有介质同时存在吸收时,透射衰减最为明显。这些特性为光学衰减器的设计提供理论指导意义。     

一维光子晶体缺陷模偏振特性的研究

利用一维光子晶体的透射率公式,计算出一维光子晶体掺杂后TE波和TM波缺陷模的波长随入射角的响应曲线、缺陷模透射峰随入射角的响应曲线、缺陷模透射峰随入射波长的响应曲线.研究发现,TE波和TM波的缺陷模透射峰均随入射角的增加而向短波方向移动；TE波缺陷模透射峰的半高宽度(FWHM)和峰值随入射角的增加而减小,而TM波缺陷模透射峰的半高宽度(FWHM)和峰值确随入射角的增加而增加；对TM波其波长为λ0的缺陷模也存在明显的“广义布儒斯特角”现象, TE波的缺陷模不存在“广义布儒斯特角”现象.     

一维光子晶体带隙结构研究

在考虑介质色散的基础上,研究了介质层厚度对光子晶体带隙结构的影响.利用传输矩阵法,计算了以LiF和Si两种材料组成的一维光子晶体带隙结构.结果表明,介质层厚度的增加会引起禁带的红移,厚度减小会引起蓝移.分析了含空气缺陷层、金属缺陷层的光子晶体结构,发现空气缺陷层对带隙结构的高反射区域变化不大,而在低反射区域,反射系数为零的波带之间出现了两边反射系数增加,中间反射系数减小的情况.在金属缺陷层的带隙结构中,金属对整个波长范围光的吸收作用不同,金属对低反射区1.6 μm、1.85 μm处透射率较大的透射光吸收作用明显,而在1.28~1.38 μm处透射率波长区间,几乎无吸收.     

单轴应力对一维镜像光子晶体光子局域态透射峰的影响

利用传输矩阵法研究了镜像异质三周期一维光子晶体中的光子局域态随单轴应力发生变化的特性. 对于镜像异质三周期光子晶体, 由于其镜像结构, 破坏了光子晶体的有序性, 产生了一个缺陷态, 使其在较宽的光子禁带中心有一个光子局域态透射峰. 研究表明: 当对镜像异质三周期光子晶体施加单轴应力时, 其中的光子局域态透射峰会随着应力的改变而发生剧烈的变化. 当外部微弱的机械应力施加到光子晶体上时, 对光子晶体形成一个拉伸应变, 拉伸应变引起光子晶体结构的变化, 进而大幅度影响光子局域态透射峰的透射率.结果表明: 透射峰的透射率明显受单轴应力的影响. 这些特性可为用此结构的光子晶体设计超高灵敏度压力传感器提供理论参考. 关键词： 光子晶体 单轴应力 光子局域态 传输矩阵     

激活材料对镜像对称一维光子晶体透射谱的影响

利用传输矩阵法理论,研究了激活杂质材料对镜像对称结构一维光子晶体（ABCB）m（BCBA）m的透射谱的影响。结果表明：当介质无掺入激活杂质,即介质的介电常量为一实数时,禁带中心出现一条透射率为100%的透射峰;当在镜像对称结构的任一介质中掺入激活杂质,即介质的介电常数为一带有负虚部的复数时,透射峰的透射率均出现增益现象,且随着各介质复介电虚部大小的增大,透射增益出现一极大值后又减小;各介质复介电虚部大小的变化对光子晶体透射谱的影响存在各异,其中介质A掺入激活杂质时增益幅度最大,其次为C,B相对较小,但透射率的增益对B介质的复介电虚部响应最为灵敏,其次为C,A相对较为迟钝。这些特性对新型光学器件的设计具有指导意义。     

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。     

Influence of defect mode displacement in photonic crystal band gap over light group velocity

The light group velocity of defect mode in photonic crystal is active controlled in order to gain controllable light delay by using thermo-optic effect to change the reflective index of material or changing the geometry structure of photonic crystal. From former research we know that the position of defect mode in band gap is changed with light group velocity. Our research further finds that the position of defect mode can be kept by changing more than one parameter correspondingly, and meanwhile the group velocity is not changed too. It comes to the relationship between position of defect mode in photonic band gap and light group velocity, and it is proved theoretically using the principle of plane wave expand method.     

用一维光子带隙结构增强硫化镉双光子吸收研究

用真空镀膜方法制备了含有单个CdS缺陷层的具有不同周期和结构参量的TiO2／SiO2一维光子晶体。用抽运一探测技术研究了CdS缺陷层的双光子吸收（TPA）现象。实验结果表明：一维光子晶体中CdS缺陷层的双光子吸收显著增强。不同周期和结构参量的一维光子晶体中CdS缺陷层的双光子吸收系数不同。双光子吸收的增强来源于由光局域化导致的缺陷层的电场强度的增加。缺陷层电场强度与一维光子晶体的结构有关,如周期,光子带隙的位置与宽度及缺陷模式等因素都会影响缺陷层电场强度。采用四分之一波长的高低折射率介质层和与入射波长匹配的缺陷模可以得到最大的缺陷层电场强度。     

光子晶体的相位特性在高灵敏温度传感器中的应用

对含耦合缺陷的不对称结构光子晶体的研究发现,其缺陷模频率附近的反射率接近于1,而缺陷模频率附近反射光的相移随频率迅速改变;当缺陷层为折射率的温度敏感材料时,温度的极微小变化就能使处于缺陷模频率的反射光相移发生很显著变化.根据这一原理,设计了高灵敏高分辨率的相位温度传感器.以高灵敏高分辨率的温度传感器为例,介绍高灵敏高分辨率的相位传感器的工作原理. 关键词： 光子晶体 相位 传感器     

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...     

基于表面等离子体共振和定向耦合的D形光子晶体光纤折射率和温度传感器

利用光子晶体光纤结构的灵活性和性能的优越性, 设计了一种基于D形光子晶体光纤的折射率和温度传感器. 在D形光子晶体光纤表面抛磨并镀上金纳米薄膜, 作为表面等离子体共振传感通道用来测量液体折射率; 在包层的一个空气孔中填充温敏液体甲苯, 作为定向耦合通道实现对温度的测量. 进一步的数值计算发现, 基于定向耦合效应的温度传感和基于表面等离子体共振的折射率传感相互独立, D形光子晶体光纤同时进行折射率和温度传感检测. 在各向异性的完美匹配层边界条件下利用全矢量有限元法对该传感器特性进行了数值研究, 发现D形光子晶体光纤的空气孔直径决定了定向耦合吸收峰的中心波长和温度传感的灵敏度, 金薄膜的厚度和D形结构的抛磨深度仅影响表面等离子体共振峰的相对强度. 结果表明: 该传感器在-10–80 ℃的温度范围内具有11.6 nm/℃的温度灵敏度, 在1.34–1.44折射率范围内折射率灵敏度最高可达26000 nm/RIU.     

声子晶体材料的吸收对弹性波缺陷模的影响

为了研究声子晶体材料的吸收对缺陷模的影响,引入复波数,推导出一维掺杂声子晶体的转移矩阵,计算了衰减系数和周期数对透射波和反射波中缺陷模的影响。得出:当周期数一定时,衰减系数对一维掺杂声子晶体的透射波和反射波中的缺陷模都有显著的影响,缺陷模的峰值随衰减系数的增加而迅速减小,缺陷模的宽度随衰减系数的增加而增大。当衰减系数一定时,缺陷模的峰值和宽度都随周期数的增加而迅速减小。     

光子晶体在座舱罩雷达散射截面减缩中的应用

提出一种金属 介质型光子晶体薄膜，用传输矩阵法计算这种光子晶体薄膜的反射率和透射率。计算结果表明，这种光子晶体薄膜对毫米和厘米量级的微波的反射率高达99％以上；对于波长为微米量级的可见光，平均透光率为50％。分析了介质单元厚度、金属单元厚度、金属层总厚度对透射率的影响，给出这种光子晶体薄膜的材料选择和结构设计应遵循的原则。指出这种光子晶体薄膜涂镀在飞机座舱玻璃上，可以有效地减小座舱罩的雷达散射截面。     

Phase engineering of one-dimensional defective photonic crystal and applications

It is shown in this paper that many new sensitive phase photonic crystal devices will be developed, if some existing problems can be overcome. The main problems are the rapid change of light intensity around the defect mode and the influence of the substrate. The method for overcoming these problems is to construct the defective photonic crystal in a heterostructure or an asymmetric structure. The phase properties of asymmetric one-dimensional photonic crystals with couple defects are revealed in this paper. As examples, a phase modulator and a phase switch with very high sensitivity are demonstrated. PACS 42.70.Qs; 42.79.-e; 42.60.Da; 74.62.Dh