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.     

光子晶体缺陷模的带宽与品质因子研究

利用光学传输矩阵法研究了结构参量对缺陷态光子晶体的缺陷模带宽和品质因子的影响.研究发现,当缺陷介质层厚度h₀的值较小时,缺陷模的带宽很小且基本保持不变;当h₀较大时,缺陷模的带宽随h₀的增加而快速增加.另外发现,缺陷模的品质因子在某个h₀处取最大值.但是总体上看,h₀较小时的品质因子要远大于h₀较大时的品质因子.此外,缺陷模的品质因子随光子晶体的周期数增加而急剧增加约4.788倍,而带宽则随周期数的增加而急剧减少约4.788倍.当周期数为13时就可以获得10⁹以上的品质因子值和小于10^-9的相对带宽值.     

一维光子晶体缺陷模激光器的放大特性

光子晶体中引入缺陷后将形成缺陷模,这些缺陷模在增益介质中将被放大形成激光。基于麦克斯韦方程和速率方程相结合的模型,用时域有限差分法(FDTD)计算和分析了一维单缺陷光子晶体激光器中缺陷模的空间分布和频谱特性,以及这些缺陷模的放大特性,主要研究了缺陷层的厚度、晶体层数对缺陷模放大特性的影响。模拟结果显示,类似于传统激光腔的腔模,这些缺陷模能够被放大,形成激光。调整缺陷层的厚度、晶体层数等结构参量,将改变缺陷模的谐振,激射频率以及空间分布,这将直接影响激射阈值和饱和特性。增加晶体的层数,激光器的阈值将降低,饱和值将增加,但晶体层数增加到一定限度时,这种增减趋势变弱。模拟结果证明了有效层数的存在。     

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.     

引入零平均折射率材料掺杂的一维光子晶体缺陷模的特性研究

本文利用特征矩阵理论模拟了一维光子晶体引入零平均折射率材料的缺陷模特性,发现在基频带隙处出现了孪生缺陷模,并分析了组成零平均折射率材料的正负折射率材料的折射率的变化对孪生缺陷模的位置、透射率和半峰宽度的影响,为双通道窄带滤波器的设计提供了新的思路和理论依据.     

一维光子晶体缺陷模的滤波特性及应用研究

研究了一维光子晶体缺陷膜的滤波特性,重点研究了影响其滤波特性的因素及其影响规律.并对利用一维光子晶体技术开展多通道滤光片设计的可行性进行了研究.结果表明,利用光子晶体的滤波特性,可以设计出传统光学薄膜设计方法难以实现的多通道窄带滤光片,并根据实际需要,设计了一种双通道窄带滤光片.     

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.     

一种研究一维掺杂光子晶体缺陷模的方法

建立一维掺杂光子晶体的谐振腔模型并研究其缺陷模特性,采用相干叠加的方法推导缺陷模的透射率及频率,建立一种研究缺陷模的方法——相干叠加法.将相干叠加法与特征矩阵法和共振理论进行比较,结果表明:相干叠加法具有特征矩阵法和共振理论的优点,并克服了特征矩阵法和共振理论的不足.相干叠加法是一种研究一维掺杂光子晶体缺陷模的更为有效的方法.     

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.     

介质光学厚度对一维光子晶体缺陷模的影响

利用传输矩阵法理论,研究介质光学厚度对一维光子晶体（AB）5（ACB）2（AB）5缺陷模的影响,结果表明：随着介质A、B或C的光学厚度按奇数倍、偶数倍增大时,光子晶体主禁带中的缺陷模均向禁带中心移动,出现缺陷模向禁带中心简并的趋势,且光学厚度按奇数倍增加时简并的趋势更明显,同时缺陷模移动速度以A介质光学厚度奇数倍增大时为最快;当介质A、B或C的光学厚度按奇或偶倍数增大到一定数值时,均出现对称分布于禁带中心两侧的新缺陷模,而且光学厚度按偶数倍增大时出现的新缺陷模要比偶数倍增大时的快。介质光学厚度对光子晶体缺陷模的影响规律,对光子晶体设计窄带多通道光学滤波器件、高灵敏度光学开关等具有积极的参考意义。     

一维准周期光子晶体缺陷模特性研究

利用传输矩阵法,计算了含缺陷层的一维准周期光子晶体在入射角为0°和10°时的透射谱,并将其和对应的含缺陷层的周期光予晶体的透射谱进行了对比。结果表明：在上述入射角的情况下,当缺陷层介质的厚度为四分之一波片层的整数倍M时,通带中新增缺陷模的个数仍满足M-1的关系,但准周期光子晶体的透射谱散失了原来的左右对称性;当M取非整数时,中心通带顶部由原来的三峰状变成双峰状。     

含左手材料的一维三元准周期光子晶体带隙特性研究

选用LiF、Si和左手材料为介质构成了一维三元光子晶体,并在考虑其色散关系和几何厚度随机误差的基础上,利用传输矩阵法,计算了该光子晶体的带隙结构.结果表明:各介质厚度的变化率相同时,主带隙的相对宽度的变化率也相同,而折射率最大的介质厚度的变化对带隙绝对宽度的影响最大.光线入射角度的变化对主带隙的绝对宽度和相对宽度的影响较小.     

一维光子晶体的光学传输特性分析

采用等效F-P腔方法对一维光子晶体进行研究,计算并讨论不同周期数的一维光子晶体对光学传输特性的影响.计算结果表明,一维光子晶体具有光子禁带,表现为对光的高反射率;掺杂的一维光子晶体的光子禁带中央将出现频宽极窄的缺陷态,即光子局域,与复折射率和晶体周期数有密切的关系.所得结果与实验分析一致,证明了方法的有效性和实用性,并为光子晶体的设计提供依据.     

一维光子晶体的缺陷模特性研究

利用传输矩阵法研究了缺陷层有吸收的一维光子晶体的带隙结构，在中心波长附近利用泰勒展开式的一级近似得到了缺陷模的高度和半峰全宽的计算公式.研究发现，消光系数、介质周期数和缺陷层厚度对缺陷模高度的影响较大，它们的增大均使缺陷模高度快速下降;而对半峰全宽的影响主要取决于介质的周期数，随周期数的增大缺陷模快速变窄.     

光子晶体缺陷结构的特性

基于平面波展开法,设计了二维正方晶格和三角晶格光子晶体缺陷结构,数值模拟了TE模、TM模式的光子晶体禁带特性,计算了二维三角晶格光子晶体缺陷结构的模式分布。结果表明,光子晶体缺陷结构能够形成很好的禁带特性和模式结构,研究结论为光子晶体波导器件的开发提供参考。     

基于液晶缺陷层的一维可调谐光子晶体滤波器研究

从液晶连续体理论出发,用数值方法分析了以向列相液晶为缺陷层的Si/SiO2一维光子晶体滤波器的调谐原理和调谐量与外场的关系.确定出一种滤波带宽小、调谐范围大的滤波器的结构参量.模拟计算结果显示,该滤波器在外加电压为0.955~5 V时的调谐范围为1 600.6~1 499.8 nm,调谐量达到100.8 nm,完全覆盖了C波段,以及S波段和L波段的绝大部分区域.在整个调谐范围内,其3 dB带宽在0.074~0.090 nm之间,带宽的差异小于17.8%.     

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.