一种新型高效光子晶体多信道下载滤波器的设计

采用二维正方排列的光子晶体,根据微腔缺陷模和波导模共振耦合原理,设计了一种新型的多信道下载滤波器,该滤波器通过主波导、90°弯波导和共振微腔的组合,提高了各个信道下载波导的下载效率。利用二维时域有限差分法模拟了滤波器的传输特性,并理论分析了影响下载效率的因素,进一步对滤波器进行了优化,使得各信道下载波导的下载效率均在91%以上。模拟结果表明该滤波器能有效地实现光波的分波下载,传输谱信道波长间隔约为20nm,中心波长误差为±2nm,传输谱的最大半宽度为3.2nm,有良好的波长选择性,证实了增大下载波导和共振微腔的耦合区域可以有效地提高滤波器的下载效率。     

多层光子晶体滤波器研究

从双层结构出发研究了一种由多块不同的单周期光子晶体组合而成的多层结构的滤波器，论述了这种滤波器的工作原理，研究表明这种结构适于制作带通、窄带通过、带阻、宽带带阻、高通以及其它各种性能的滤波器。实验和理论研究的结果相一致。     

准分形结构光子晶体滤波器层厚误差容限

为了研究准分形结构光子晶体滤波器制作过程中引入的层厚误差微扰对其性能的影响,并得出准分形结构光子晶体滤波器的层厚误差容限,通过向正负折射率介质层加入不同的层厚微扰,分析了含负材料准分形结构光子晶体滤波器制作过程中的层厚微扰对其性能的影响.得到透射峰移动随介质折射率、介质层层数和层厚微扰大小的变化规律.对每层加入随机几何层厚微扰的情况进行了仿真,得到透射峰移动位置的统计图,并分析了透射峰位置统计数字特征随随机微扰的变化趋势.总结出含负材料准分形结构光子晶体滤波器在密集波分复用(DWDM)通信系统中的随机几何层厚误差容限为0.01 nm.     

超窄带和梳状多通道光子晶体滤波器设计

 设计了一种因掺杂而具有超窄带滤波特性的光子晶体滤波器和一种复周期结构的梳状多通道光子晶体滤波器。在两种均匀介质交替分布的周期结构中间插入一层折射率不同的介质膜后,通过传输矩阵法的数值计算,发现采用前后不对称的周期结构并调节参数,可以在1 550 nm处找到一个透射率接近100%的极窄的透过峰,因而可得到一种超窄带光子晶体滤波器。另外,在以高低两种折射率的介质交替分布,并以两种单独的单元周期合并组成一个复周期,然后进行周期重复构成的光子晶体中,利用通道数等于复周期数减1的规律,并配合各层厚度的调节,设计出在1 550 nm附近梳状8通道和16通道的光子晶体滤波器,各通道透过峰的透射率均接近100%,由此设计出一种梳状多通道光子晶体滤波器。     

四端口十字型二维磁性光子晶体环行器

提出一种新的二维磁性光子晶体缺陷结构,并采用该结构使用5个铁氧体柱实现了四端口十字型铁氧体柱环行器。在得到的正方晶格二维光子晶体点缺陷微腔谐振频率与文献中相应的数值结果一致的基础上,采用平面波展开法和有限元方法计算环行器的外部特性。数值结果表明:在中心频率处,环行器隔离度最高达23.49dB,插入损耗最低为0.0281dB;当偏离中心频率时,随着偏移量的增大,环行器的传输性能逐渐变差。设计的环行器的波导内只有一个柱体,从而解决了已有结构中多个柱体带来的插入损耗大的问题。     

光子晶体全反射贯穿偏振滤波器的理论研究

 为了研究1维光子晶体中光的全反射贯穿效应及其偏振滤波特性,利用传输矩阵法计算了TE波和TM波在大于全反射角入射1维光子晶体的透射率,发现在透射波中出现了全反射贯穿效应。研究了TE波和TM波的全反射贯穿效应随介质光学厚度和周期数的变化特征,表明：全反射贯穿峰的频率随介质光学厚度的增加而减少,全反射贯穿峰数与周期数相等。且全反射贯穿效应具有优良的偏振滤波特性,利用这些特性可以设计出结构简单、控制方便的1维光子晶体的偏振滤波器。     

光子晶体全反射贯穿偏振滤波器的理论研究

为了研究1维光子晶体中光的全反射贯穿效应及其偏振滤波特性,利用传输矩阵法计算了TE波和TM波在大于全反射角入射1维光子晶体的透射率,发现在透射波中出现了全反射贯穿效应。研究了TE波和TM波的全反射贯穿效应随介质光学厚度和周期数的变化特征,表明：全反射贯穿峰的频率随介质光学厚度的增加而减少,全反射贯穿峰数与周期数相等。且全反射贯穿效应具有优良的偏振滤波特性,利用这些特性可以设计出结构简单、控制方便的1维光子晶体的偏振滤波器。     

基于磁光子晶体的低损耗窄带THz滤波器

本文提出一种采用石榴石型铁氧体磁性材料的太赫兹滤波器,利用波导线缺陷和腔内点缺陷的耦合特性,通过改变腔内介质柱半径及分布,实现对某个波长的耦合,达到了高效率滤波的功能;改变外磁场的大小,影响铁氧体材料的磁导率变化,使谐振频率发生改变,从而对THz波进行滤波.应用平面波展开法(PWM)和时域差分有限法(FDTD)进行仿真分析,研究结果表明,该滤波器其插入损耗为0.0997 d B,3 d B带宽为8.22 GHz,实现了低损耗窄带滤波.     

光子晶体环形腔的四波长THz滤波器

提出一种基于光子晶体环形腔的四波长THz滤波器,该滤波器在光子晶体结构中引入两个环形腔,且环形腔内部各增加一个正方形介质柱,四周各引入一个散射介质柱。应用基于时域有限差分法(FDTD)的Rsoft软件进行仿真分析,结果表明通过对内部正方形介质柱的边长、散射介质柱半径以及耦合介质柱半径等结构参数的调节,可以滤出74.813,76.98,78.168和78.883 m四个太赫兹波长。该滤波器性能优良,透过率高、Q值高、信道隔离度大,对于THz技术应用具有重要意义。     

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.     

基于光子晶体的三端口分插复用器

提出了一种新的基于对称全反射壁的光子晶体分插复用器,与其他类型的光子晶体复用器相比,无需对介质柱进行复杂的调节即可实现100%上/下载,方便实际制造.提出的理论模型与基于二维时域有限差分(FDTD)法的数值实验相当吻合,显示出这种器件具有优良的上/下载性能.     

基于光子晶体单向传输波导的通道下路滤波器(英文)

基于光子晶体单向传输波导,设计了一种三端口和两种四端口结构的通道下路滤波器.为取得100%的通道下路效率,运用实时耦合模理论对这三种结构进行了分析.理论分析表明该通道下路滤波器比利用光子晶体普通介质波导设计的通道下路滤波器具有更简单的结构,降低了器件制作难度.用有限元方法对滤波器结构进行了数值仿真分析,仿真计算结果表明所设计的三种结构具有超过90%的通道下路效率,与理论分析结果相符合.     

可实现奇数通道滤波功能的光量子阱透射谱

针对光子晶体(AB)_m(CD)_n(BA)_m模型,选择适当的结构参数,通过传输矩阵法对其透射谱进行计算模拟发现,在归一化中心频率0.5(ωa/2πc)处,当光子晶体(CD)_n的导带处于光子晶体(AB)_m(BA)_m的禁带中,且两者均以中心频率处为对称中心时,构成镜像对称的光子晶体量子阱结构。在光量子阱透射谱的中心频率处及对称的两侧,分布着具有规律的奇数局域共振峰,出现明显的量子化效应,透射峰数目和位置都可以通过光子晶体(CD)_n的重复周期数n来调节,这一现象可用于设计可调性奇数通道滤波器。     

Woodpile photonic crystals composed of air columns

Silicon-based woodpile photonic crystals (PhCs) composed of air columns have a large gap/midgap ratio exceeding 20% over a wide dimensional range of the cross section of the air column when the cross section is deformed to a rectangular shape extended normal to the stacking direction. Such a PhC structure can be formed using a simple technique based on 45° dry etching. Furthermore, introducing twin air columns with small cross sections instead of corresponding mother air columns yields a defect state at the region where the columns cross. Since the fabrication process is a planar-type Si wafer process, fabricated PhCs can be easily combined with conventional electronic circuits and optical elements, such as Si waveguides and switches.     

用于波分复用的缺陷态复周期结构光子晶体滤波器的研究

利用传输矩阵法，研究了一种用于波分复用的光子晶体滤波器。该结构是中间包含一个缺陷层的一维三层念质的光子晶体，叫做缺陷态复周期结构光子晶体。通过数值计算得出它的色散关系和滤波特性。当改变缺陷层的厚度并保持其折射率不变时，带隙中将出现个数不同的局域模。缺陷层厚度增加时，局域模数也随着增加。适当调节缺陷层厚度，使带隙中出现八个窄带滤波窗口，能很好的用作八通道波分复用一解复用滤波器。由于很高的传输率和低的传输损耗，故在高速，长距离光通信中将有很好的应用。     

三维光子晶体压力传感器的研究

基于平面波展开法,分析聚苯乙烯三维光子晶体的能带结构和传输特性.研究聚苯乙烯三维光子晶体对压力的响应性质;计算结果表明:0~41.3 MPa的外加压力与归一化频率0.596~0.608之间具有良好的线性关系,通过测量归一化频率可以感知压力的大小;由于光子晶体的结构周期与光波长为一个数量级,也就有可能制造出一系列精巧的三维光子晶体压力传感器.     

一维光子晶体的双通道位置设计及调整

通过对法布里-珀罗滤光片性质的研究,以及对法布里-珀罗滤光片中缺陷层厚度变化对通道数目、位置影响的分析,为双通道一维光子晶体的设计提出了一条新的思路。在法布里-珀罗结构的基础上引入一维光子晶体的双对称结构,并通过改变双对称结构的三个缺陷层厚度来实现对禁带内两个通道系列位置的独立调整。设计过程中采用有效界面法对通道的位置进行初步的计算,并通过计算机理论模拟对膜层进行修正,使通道的位置满足设计要求。设计结果表明,通过调整两个厚度参量可以克服双通道一维光子晶体中的通道干涉现象,从而实现通道位置的独立调整。     

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%.     

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。