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.     

光子晶体多通道可调谐滤波器的理论研究

为了实现光子晶体的多通道滤波,对设计出的一维掺杂光子晶体进行了数值计算和理论分析。结果表明：多通道透射峰的波长与空气膜厚度呈线性变化,不同厚度的空气膜可以截到数目不同的透射峰,多通道透射峰的半高宽随光子晶体折射率n₂的增加而减小。以此为基础,设计出滤波通道波长的可调范围达60nm,滤波通道半高宽的可调范围为1nm～5nm,滤波通道透射峰值大于0.98的一维光子晶体三通道可调谐滤波器。     

二维介质柱光子晶体波导吸收边界条件

设计优化了用于截断二维正方格子介质柱光子晶体波导的分布布拉格反射波导的结构.二维时域有限差分数值模拟结果显示，在上述两种波导联接处的反射系数可以在大部分光子晶体波导导波的频谱范围内降到1％以下.将这种分布布拉格反射波导和通常的吸收边界条件相结合可以构成用于光子晶体波导的吸收边界条件，其反射率可以降低到-40dB以下，吸收层的厚度可取为晶格长度的1.3倍. 关键词： 吸收边界条件 光子晶体波导 时域有限差分     

二维三角柱光子晶体的传输特性

利用时域有限差分方法对二维三角介质柱光子晶体的传输特性进行了研究,计算了不同晶格、同一晶格柱体截面面积不同、放置方位角不同、入射波入射方向不同时光子晶体的传输特性。结果表明:光子禁带的宽度与中心频率和晶格结构有很大关系,三角晶格更易形成平坦光子禁带,柱体截面面积大,则形成的禁带较宽,在其他因素相同的条件下柱体放置的方位角在一定范围内对光子禁带有重要影响;对不同入射方向时光子晶体的传输特性的研究结果表明,在低频范围内,入射角对禁带宽度和中心频率没有任何影响,在高频段,透射率随入射角变大而降低。研究结果为实验上制作三角柱光子晶体器件提供了重要的理论依据。     

铁电液晶缺陷光子晶体调谐滤波器的设计

将铁电液晶作为缺陷层引入一维光子晶体中,用电场改变液晶分子的取向,形成光子晶体快速可调谐滤波器.用传输矩阵法研究了铁电液晶缺陷光子晶体的可调谐滤波特性,计算了电压和液晶材料参量对滤波器透射谱的影响.结果表明:改变电压能容易改变光子晶体滤波器透射峰的位置、强度、个数和带宽,实现良好的调谐滤波功能.     

二维空心介质柱型三角晶格光子晶体的完全光子禁带

利用时域有限差分方法理论研究了由介质锗柱组成的二维三角晶格光子晶体的完全光子禁带。研究表明,对于由圆形空心锗柱排列在空气中组成的三角晶格光子晶体,TM偏振和TE偏振的光子禁带存在重叠,因而具有完全禁带。当锗柱的形状为空心三角形时,可实现宽度为0.074(2πc/a)的完全带隙,该带隙宽度达到了中心频率的16.2%。     

一维光子晶体微谐振腔的调谐特性与品质因子

利用传输矩阵法研究了对称结构和非对称结构一维光子晶体微谐振腔的调谐特性和品质因子.研究发现：当缺陷层光学厚度增加时,缺陷模中心波长也会随着增加即向长波方向移动,微谐振腔的调谐特性与缺陷层两边介质的折射率有关;相比于对称结构,非对称结构能在较小的缺陷层光学厚度变化范围内实现较大波长范围的线性调谐;品质因子随缺陷层厚度的增加先增大后减小,在缺陷模中心波长为λ0时可达最大值;高低折射率介质层的排布对微谐振腔品质因子有影响.     

一维光子晶体微谐振腔的调谐特性与品质因子

利用传输矩阵法研究了对称结构和非对称结构一维光子晶体微谐振腔的调谐特性和品质因子.研究发现:当缺陷层光学厚度增加时,缺陷模中心波长也会随着增加即向长波方向移动,微谐振腔的调谐特性与缺陷层两边介质的折射率有关;相比于对称结构,非对称结构能在较小的缺陷层光学厚度变化范围内实现较大波长范围的线性调谐;品质因子随缺陷层厚度的增加先增大后减小,在缺陷模中心波长为λ0时可达最大值;高低折射率介质层的排布对微谐振腔品质因子有影响.     

光子晶体多通道可调谐偏振滤波器的理论研究

通过对设计的一维掺杂光子晶体的数值计算和理论分析,得出了两个偏振态缺陷模透射峰的变化特征为:P-偏振波其缺陷模透射峰在入射角大于0.75(rad)范围内有多条明显的缺陷模透射峰带,而S-偏振波在入射角大于0.75 (rad) 范围内没有缺陷模透射峰;P-偏振波缺陷模在同一杂质光学厚度可以截到多个波长不同的透射峰.以此为基础设计出滤波通道波长可调范围大于60 nm 、滤波通道的半高宽可调范围在1~5 nm、滤波通道透射峰值大于0.98的一维光子晶体三通道可调谐偏振滤波器.     

平板型光子晶体谐振腔性能分析

介绍了一种平板型光子晶体微谐振腔的结构.利用三维时域有限差分法(FDTD)分析了平板型光子晶体的结构参量及其对谐振腔性能的影响.平板型光子晶体微腔具有较小的模式体积和较大的品质因子(Q),可以有效的使光子局域化.该谐振腔可以用来制造单频发光二极管和零阈值微腔激光发射器.     

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%.     

基于一维耦合腔光子晶体的声光可调谐平顶滤波器的研究

本文利用一维耦合腔光子晶体,提出了一种声光可调谐平顶滤波器.该滤波器利用声光效应,通过改变超声波频率使一维耦合腔光子晶体透射谱的平顶滤波器的中心波长产生漂移,从而实现可调谐的滤波功能.基于传输矩阵法和声光效应理论,建立了这种平顶滤波器的理论模型;利用COMSOL软件,对平顶滤波器的矩形度、通带带宽、插入损耗、可调谐特性...     

基于三角晶格光子晶体谐振腔的双通道解波分复用器

提出了一种基于三角晶格二维光子晶体解波分复用器。该器件主体由线缺陷波导、环形谐振腔及点缺陷微腔构成。使用平面波展开法研究了线缺陷波导的特性,给出了线缺陷波导的能带图,对局部器件微调后进行大量的性能仿真以及对整体器件进行性能仿真,选择合适的器件参数,并使用时域有限差分法研究了不同波长的光在解波分复用器中的传输特性,并给出了电场分布图。仿真结果表明,该种结构可以实现波长分别为1271nm和1291nm两种光波的解波分复用。采用6个额外的介质柱,提高了环形腔的透射率;并通过在入射波导的入射口处增加三对介质柱,提高了波导的出射效率,从而整体上提高了双通道解波分复用器的输出效率。     

一维可调谐非磁化等离子体光子晶体的滤波特性

用时域有限差分(Finite-Different Time-Domain,FDTD)的分段线形电流密度卷积(Piecewise Linear Cur-rent Density Recursive Convolution,PLCDRC)算法研究了含单一介质缺陷层的一维非磁化等离子体光子晶体的滤波特性.从频域角度分析得到微...     

并联谐振腔光子晶体单通道侧面耦合波导

分析了多光子晶体谐振腔的并联耦合模理论,并根据该理论设计了单通道光子晶体侧面耦合波导以实现光子晶体器件与光源间的高效耦合。理论研究表明并联谐振腔的耦合效率与谐振腔数量、间距以及品质因子相关。经优化耦合面积和耦合效率,最终选择了5个谐振腔并联作为单通道侧面耦合波导的耦合部分。通过设置谐振腔间距改变其对称性,从而实现侧面耦合波导的单通道传播。在1.55μm工作波长下,单通道侧面耦合波导的耦合效率可达94.49%。     

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。     

高效光子晶体太赫兹滤波器的设计

提出了一种新型光子晶体太赫兹(THz)滤波器,该滤波器包括利用线缺陷实现的波导部分和利用微腔实现的频率选择部分.应用平面波法(PWM)分析其带隙结构,然后应用时域有限差分法(FDTD),研究THz波在此滤波器中的传输特性,结果表明,通过改变点缺陷的结构和增大某些介质柱的半径,可以使该滤波器实现高耦合效率的单信道单频率滤波. 关键词： 光子晶体 THz波 平面波法 时域有限差分法     

边带耦合光子晶体滤波器反射谱特性分析

 为研究边带耦合光子晶体滤波器的性质,利用耦合模理论（CMT）和传输矩阵方法（TMM）分析了谐振器腔体的周期,Q值和腔体的个数对滤波器反射谱的影响。仿真结果表明：相移为nπ/2,反射谱才具有对称性;Q值增加,反射峰带宽减小;N增大,反射峰带宽相应增大,旁瓣也随之出现。针对为实现增加带宽而出现的旁瓣增加的现象,采用了类似一维光子晶体滤波器的方法啁啾和级联技术实现了旁瓣的抑制。为设计具体光子晶体滤波器提供指导和依据。     

用级联缓变结构实现光子晶体波导和传统波导的耦合

为了提高光子晶体波导与传统介质波导的耦合效率,设计了级联缓变结构.先将传统介质波导中的光耦合进尺寸相当的光子晶体W5波导中,然后W5波导中的光被耦合进尺寸较小些的W3波导中,最后光被耦合进尺寸最小的W1波导.各级波导之间由半径逐渐增大的空气孔连接,空气孔半径逐渐变化相当于波导有效折射率在变化,所以各级波导可以看作是被折射率缓变结构连接起来.由于折射率的缓变,使得光从前一级波导耦合进相邻的后一级波导时反射很小,从而能有效地提高耦合效率.数值计算表明,在光子晶体禁带范围内,除了波导有限长度和波导微小禁带造成的微小不通带外,耦合系数一般能达80%左右,最高可达到95%.     

光子晶体方形谐振器波分解复用的特性

光通信系统设计中波分解复用器是分离光信号的一种关键部件,用于分离光信号的微型谐振器特性直接关系到波分复用(WDM,wavelength division multiplexing)解复用系统的工作性能。在二维光子晶体中逐步优化设计了基于光子晶体方形谐振器(PCSR,photonic crystal square resonator)的单信道WDM解复用结构,借助于耦合模理论(CMT,coupled-mode theory)定性分析了波导与谐振腔结构的电磁波耦合相互作用,并用时域有限差分法(FDTD,finite-difference time-domain)数值模拟了其结构工作特性。结果表明:基于PCSR设计的单输出端口WDM解复用结构在设计的参数范围中具有单谐振峰、中心波长宽调谐范围(1 501.4 nm~1 591.0 nm)、通带带宽窄(3.3 nm~9.1 nm)的特性。该结构可应用于WDM解复用光通信系统设计和光路集成设计等方面。