基于光子晶体的双波长太赫兹波功分器研究

太赫兹波技术和光子晶体技术相结合为设计太赫兹波功能器件提供了新的思路和方法.本文提出了一种基于二维光子晶体的双波长太赫兹波功分器.在光子晶体中引入由三个相互平行的单模波导形成的定向耦合型分束器和Y型结构的1×2型分束器,同时,在Y型结构的分支处分别引入两个介质柱.利用平面波展开法和定向耦合原理计算了在不同入射波频率下,耦合波导的耦合长度,并采用时域有限差分法对功分器的传输特性进行了模拟仿真分析.结果表明,在频率f1=1.0THz时,实现了端口1和端口2的能量均分输出;在频率f2=0.893THz时,通过非对称改变两个介质柱的折射率,可以实现端口3和端口4输出能量的自由分配.     

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%。     

光子晶体波导定向耦合器

在完整二维光子晶体中引入线缺陷后，就形成了光子晶体波导；将时域有限差分方法(FDTD)用于光子晶体波导耦合研究，计算了不同耦合长度情形下的波导各个出口处的透过率，结果表明：光子晶体波导耦合遵循普通介质波导耦合的一般规律，也有定向耦合的功能。进一步的研究表明：对于不同的频率，光子晶体定向耦合器耦合系数是不同的，并且耦合系数和对应的频率之间近似直线关系。     

光子晶体异质结耦合波导光开关

以二维三角晶格光子晶体为研究对象,在该光子晶体中引入两行平行的单模线缺陷波导,以一行耦合介质柱为间距,通过调节部分耦合介质柱的折射率,构筑了光子晶体异质结耦合波导光开关结构。利用平面波展开法和定向耦合原理计算了在不同入射光频率下,缺陷波导间耦合介质柱的折射率不同时的耦合长度,确定了合适的光子晶体异质结耦合波导光开关的结构参数。利用时域有限差分法研究了该光开关中耦合介质柱的折射率变化及异质结构介质柱的位置分布对光信号输出路径的影响。结果表明,通过改变该结构中耦合介质柱的折射率可以改变光的输出路径,可实现光的开关行为。并且异质结构介质柱位置的随机分布对该光开关的影响不大,有助于光子晶体新型滤波器、定向耦合器、波分复用器以及光开关等光子器件的研究。     

光子晶体波导定向耦合型1×3光分束器

将五光子晶体单模波导平行、邻近放置构成定向耦合器,依据自映像原理,数值分析了输入光场对称入射时,该系统中光的传播行为.基于此结构,设计了1×3光分束器,其器件长度可短至14.26μm.仅仅通过对称地改变耦合区中两个介质柱的有效折射率,使光场在横向发生重新分布,便可实现输出能量的均分或自由分配.通过非对称地改变耦合区中的一个介质柱,可实现3个输出端的输出能量的自由分配.该光分束器具有微小尺寸和各输出端输出能量的比例可自由调制的特点,在未来集成光回路中具有广泛的应用价值.     

利用耦合波导列提高光子晶体波导辐射

将耦合波导列应用于光子晶体单模波导,提出一种提高光辐射的光子晶体结构. 基于时域有限差分方法的理论研究表明,当将耦合波导列附加到单模光子晶体波导出口端的适当位置,使出射光分成若干强弱不一的光束,这些光束在传播空间通过干涉形成一定程度的汇聚,大大提高了光子晶体波导在水平方向的光辐射效率. 另外,当耦合波导列的行数大于某固定值(2N=8)时,辐射质量基本保持不变,由此可获得最紧凑的器件结构. 这种类型光子晶体在近场光学和集成光学等诸多方面有潜在的应用价值. 关键词： 光子晶体波导 光辐射 波导列 耦合波导     

基于光子晶体耦合波导的宽带慢光研究

提出了在完整三角晶格光子晶体中引入两线缺陷构成的耦合型波导结构。通过分析谱带形对不同结构参数的依赖关系,在最优化的光子晶体耦合波导中,找到了一种独特的、群速近似为零的谱带。通过对波导宽度的啁啾实现了不同频率光的色散补偿,最终得到了带宽为13.24nm、平均群折射率为28的宽带理想慢光,并进一步采用二维时域有限差分(FDTD)算法进行了验证。数值分析结果表明,高斯脉冲在耦合波导中传输后的相对时域展宽低于10%。     

光子晶体耦合缺陷波导两通道解波分复用器

提出了一种新型两通道光子晶体解波分复用器.首先使用平面波展开法分析了耦合缺陷波导的特性.接着对双耦合缺陷波导之间的耦合效应进行分析.然后,利用耦合效应设计了一种高效的解波分复用器,使用有限时域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,并计算出了电场分布图.仿真结果表明,该种结构可以实现波长分别为1 266nm和1 311nm两种光波的解波分复用.由于耦合缺陷波导具有更小的群速度,此种结构较基于线缺陷波导耦合的解波分复用器具有更小的耦合长度,从而减小了系统的体积.     

光子晶体波导耦合的波分复用研究

两平行光子晶体单模波导的相互耦合组成一个耦合结构。两本征模的色散曲线相交并出现简并,简并模之间的耦合作用使模式的分布发生了改变。由于耦合的作用,各个波长的光波会在不同的波导中传输。在简并点处两本征模发生解耦合,光波会沿着原来的方向传输。将两个不同耦合长度的光子晶体波导耦合结构集成在一起,就可以组成一个三波长的光子晶体波分复用器。     

一种新型光子晶体波导定向耦合型超微偏振光分束器

将两个二维空气孔光子晶体波导平行放置,两波导之间由三排空气孔相隔,构成一个定向耦合器.数值分析了TE(磁场平行于空气孔)和TM(电场平行于空气孔)偏振态光波在该定向耦合器中的传播行为.结果表明,减小耦合区两波导间的一排介质柱的半径,TE模的耦合长度减小,而TM模的耦合长度不变.基于此结构,设计了超微偏振光分束器,整个器件的尺寸为10.1μm,与已报道的24.2μm的结果相比,该器件具有更小的器件尺寸和更高的输出效率.     

基于全内反射光子晶体多模波导偏振无关型光分束器

研究了全内反射在光子晶体多模波导中的作用,利用常规的耦合模理论对对称入射时的多模干涉行为和自映射现象进行了讨论和分析.研究表明,输入光场依然能沿着多模导光区高效的传输,这种结构中的光场传输是由全内反射和布喇格反射的联合作用而决定的.设计了一种全内反射偏振无关型光分束器,这种分束器在集成光学中具有重大的潜在应用价值.     

基于二维光子晶体点缺陷可调谐光功率分配器

在二维矩形阵列结构硅光子晶体中去除中间一排硅柱形成线波导,在线波导右侧引入点缺陷。利用时域有限差分法(FDTD)模拟仿真以及数值分析研究线波导中光耦合特性,计算出两个通道的分光比,发现改变光子晶体的温度可以明显改变这两个通道的光功率比。基于此结构,提出了一种新的光功率分配器,可以获得大范围的光功率比值,从1∶1～90∶1都可以通过改变光子晶体的温度来实现,并且当温度从0℃～200℃就可以实现这一功能,最后设计了一款三通道可调谐光功率分配器,通过调节两个点缺陷区域内温度来实现光功率的分配。     

八边形晶格双芯光子晶体光纤偏振分束器

分别以碲玻璃和SF6玻璃作为基质材料,设计制作了一种基于双折射效应的新型八边形晶格双芯光子晶体光纤偏振分束器。应用全矢量有限元法（FEM）分析了碲玻璃和SF6两种双芯光子晶体光纤中结构参数对双折射和相对耦合长度特性的影响,数值模拟了碲玻璃和SF6两种偏振分束器的性能。结果表明：在碲玻璃和SF6两种双芯光子晶体光纤中,增大椭圆率可同时增加结构的双折射和相对耦合长度,与SF6玻璃偏振分束器相比较,碲玻璃偏振分束器具有更高的消光比和更大的带宽,即在工作波长为1.55 μm处,消光比达到最小值-53.46 dB,且消光比小于-20 dB的带宽为120 nm。     

全固三芯光子晶体光纤偏振分束器

设计分析了一种基于碲酸盐玻璃的全固态三芯光子晶体光纤偏振分束器.利用三芯光纤中存在的谐振耦合现象,调整光纤结构参量,使某一偏振光无限接近谐振耦合条件产生强耦合,而另一偏振光因远离谐振耦合而耦合程度较弱,实现不同偏振光的分离.该偏振分束器长度短、超宽带、消光比高.在波长1 550nm处,偏振分束器长度仅为1.14mm,消光比高达-101.27dB;消光比小于-20dB的带宽达到100nm;消光比小于-10dB的带宽覆盖了E+S+C+L+U波段,高达350nm.此全固光子晶体光纤偏振分束器不仅性能优越,结构简单,且全固态的设计结构可有效避免光纤拉制过程中的空气孔坍塌,为设计更优性能的偏振分束器提供了思路.     

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.     

光子晶体环形谐振腔异质结构超微多路光分束器

基于直波导和环形谐振腔的耦合特性,设计了一种新型、高效的二维光子晶体异质结构光分束器.时域有限差分法模拟表明,该设计仅仅通过改变介质柱的折射率,使光场发生重新分布,便可实现输出能量的均分或自由分配.在通信波长范围,该设计结构尺寸小、分束角度大、分束率高,这些特性使其在光通信领域具有重要的应用前景.     

基于金线填充的双芯光子晶体光纤偏振分束器

提出了一种基于金线填充的双芯光子晶体光纤超短偏振分束器,并进行了有限元分析.金线表面激发的表面等离子激元与双芯光子晶体光纤纤芯模之间的强烈耦合,导致更短的偏振分束器长度和更大的工作带宽.与同类的偏振分束器相比,所提出的偏振分柬器能同时实现较短的长度和较高的消光比.数值结果表明,长度为0.263 mm的偏振分束器,在波长1.55 μm处消光比达-70 dB,-20 dB消光比带宽为124 nm.     

Numerical Analysis of Coupling between Two-Dimensional Conventional Dielectric Waveguides and Photonic Crystal Waveguide

A problem of coupling between conventional dielectric waveguides and a two-dimensional photonic crystal waveguide is analyzed, using the Fourier series expansion method combined with the absorbing boundary condition of a perfectly matched layer (PML). A novel structure for the input and output ends of the photonic crystal waveguide is proposed to increase the coupling efficiency. Numerical examples are demonstrated and discussed to validate the effectiveness of the proposed structure.