基于一维缺陷光子晶体的角度测量仪的设计

提出用一维缺陷光子晶体来测量角度特别是小的角度变化的设计方案。用Si薄膜和SiO2薄膜组成一维缺陷光子晶体,用特征矩阵法研究该光子晶体的禁带中的缺陷模的波长和强度随入射角缓慢变化而变化的规律,由此提出根据缺陷模的波长、强度、偏振性与入射角的关系进行角度测量的原理。本设计特别适用于极小的角度变化的测量。     

金属银掺杂光子晶体的缺陷模

引入消光系数并利用特征矩阵法,研究了一维银掺杂光子晶体的反射光和透射光中TE波和TM波的缺陷模随入射角和银的光学厚度的变化规律.得出:在反射光中TE波和TM渡都出现了明显的缺陷模,缺陷模随入射角的增加而减弱,而缺陷模不随银的光学厚度的变化而变化.在透射光中TE波和TM波出现了很弱的缺陷模,缺陷模随银的光学厚度的增加而迅速消失.

Abstract：

By leading into the extinction coefficient and making use of the characteristic matrix method,the defect mode of TE wave and TM wave of Ag doping photonic crystal are studied in reflected light and refracted light.In reflected light,there are obvious defect modes of TE wave and TM wave,and the defect modes decrease with the increment of incident angle,but does not change with the optical thickness of Ag.In refracted light,there are very weak defect modes of TE wave and TM wave,and they decrease quickly with the increment of the optical thickness of Ag.     

窄带缺陷模在入射角缓慢变化中的变化规律

用特征矩阵法研究了窄带缺陷模在入射角缓慢变化中的变化规律.结果表明:随着入射角的缓慢增大, 可以使s(或p)偏振光的缺陷模的强度由小变大,再由大变小,缺陷模的波长稍微变短,然后重复前边的变化过程.随着入射角的增大,s偏振光的缺陷模的变化要比而p偏振光的缺陷模的变化快.在一定的入射角下,很小的入射角的变化,就可以改变缺陷模的偏振性.     

一维缺陷光子晶体的模式特性研究

利用光学传输矩阵方法研究对称和非对称一维缺陷光子晶体的缺陷模式特性。研究发现：1个缺陷可以导致光子禁带中出现多个缺陷模式；缺陷夹层厚度为零时，非对称结构中缺陷模消失，而对称结构中仍然存在缺陷模；两种结构的缺陷模式数目以及每个缺陷模的位置波长值均与缺陷夹层的光学厚度按正比例关系增加；两种结构的模式移动速度基本相等，并且与缺陷模式的阶数按反比例规律下降。     

双缺陷光子晶体禁带结构特性研究

用特征矩阵法研究了带有双缺陷的一维光子晶体的禁带结构特性。由于两缺陷间存在相互作用,其禁带结构的性质受到两缺陷间隔光学厚度及缺陷层折射率的影响。定义了描述两缺陷间相互作用强弱的关联系数,进而分析了关联系数与两缺陷层间相隔光学厚度及缺陷层折射率的关系。通过数值计算和计算机模拟,确定了光子晶体结构的特征间隔光学厚度。     

含有多缺陷的光子晶体中的局域缺陷模

采用紧束缚法,研究含有缺陷的光子晶体中的缺陷模,导出了缺陷模频率方程。作为特例,采用转移矩阵法,数值计算了含有三个缺陷的一维光子晶体的透射谱和与光子带隙中缺陷模频率对应的光场强度分布,讨论了缺陷间的相互作用对缺陷模的影响。结果表明:当光通过含有多个半波缺陷的光子晶体时,在透射谱的禁带中出现缺陷模,缺陷模的数目与半波缺陷数目相同,而缺陷模频率的间隔随着半波缺陷间隔层数的增加而减小,最后形成一个缺陷模通带;与缺陷模频率对应的光场分布为局域状态,并发现局域光场峰值出现在缺陷邻近层。     

多掺杂一维各向异性光子晶体的缺陷特性

为了研究多掺杂一维各向异性光子晶体的光学特性,采用传输矩阵法计算了光波通过多掺杂一维各向异性光子晶体的透射率。经数值模拟得到:光通过该结构光子晶体后,TE波和TM波的透射谱中随掺杂层个数的变化出现了单、双及多缺陷模,禁带中缺陷模的个数随掺杂层数的增大而增多,缺陷模的位置随掺杂层光学厚度的变化向短波方向移动,TE波和TM波的缺陷模能完全分开,透射谱的这一特点为设计制作单、双通道滤波器提供了理论依据。     

对称双缺陷光子晶体的缺陷模规律

为了了解对称双缺陷光子晶体的传输特性,采用传输矩阵法进行了数值模拟研究。当两缺陷层中间的介质层数目大于缺陷两外侧介质层总数时,在禁带中只出现单一的缺陷模,且其透射率随它们的差异的增大而迅速减小;但当中间的介质层数目小于两外侧介质层总数时,在禁带中将会出现两个透射率为1的缺陷模,且两缺陷模的间距随它们的差异的增大而增大。结果表明,缺陷层的位置对缺陷模的影响较大,要使缺陷层中的局域电场得到有效提高,必须使缺陷层靠近光子晶体的正中心。     

平板掺杂光子晶体中电磁波的缺陷模

为了研究1维平板掺杂光子晶体中电磁波的模式及其缺陷模特性,推导出1维平板掺杂光子晶体中电磁波的各个模式满足的条件,利用特征矩阵法计算出TE波和TM波各模式的缺陷模随模式量子数和平板厚度的变化规律,得出了一些不同于1维非受限掺杂光子晶体缺陷模的新特征。结果表明,电磁波的模式由模式量子数确定,缺陷模与模式量子数和平板厚度有关。     

一种缓变结构一维光子晶体的缺陷模研究

利用传输矩阵方法,研究了单折射率层缓变准周期结构一维光子晶体存在不同缺陷时的缺陷模。结果表明,当该准周期结构中存在缺陷时,引入了缺陷模,且缺陷模与缺陷层的位置和结构参数相关。缺陷层不同,缺陷模的位置及共振透射峰也不同。随着缺陷层光学厚度的增大,缺陷模波长向长波方向移动。     

缺陷层厚度对1维光子晶体孪生缺陷模的影响

为了研究由1维特定掺杂光子晶体生成的孪生缺陷模与缺陷层厚度的关系,采用特征矩阵的方法进行了理论分析。结果表明,当整体改变这种缺陷层厚度时,孪生缺陷模低频和高频模位置的变化情况各不相同;当仅改变缺陷层的正折射率材料的厚度时,随着厚度增加,孪生缺陷模红移;当仅改变缺陷层负折射率材料的厚度时,随着厚度增加,缺陷模蓝移;并且孪生缺陷模透射率的变化也很复杂。这一结果为设计有特殊用途的光子晶体器件提供了理论依据。     

一维激光全息光子晶体的偏振特性研究

用特征矩阵法研究了一维激光全息光子晶体的偏振特性,结果表明:随着入射角增大,S偏振光的禁带的宽度增大,边沿变陡;而P偏振光的禁带的情形相反,随着入射角增大,S偏振光和P偏振光的禁带的两个边沿的波长都近似按抛物线规律减小,但S偏振光的抛物线比P偏振光的抛物线陡;特别是,当入射角较大时,在S偏振光的禁带的左侧有一些很细的透...     

两端对称缺陷对对称结构光子晶体透射谱的影响

通过传输矩阵法理论,研究两端对称缺陷C对一维光子晶体ACmB(AB)n(BA)nBCmA透射谱的影响,发现:当无缺陷C时,透射谱符合镜像对称结构光子晶体的透射谱特征。当引入缺陷C后,随着缺陷折射率nC的增大,禁带中的透射峰逐渐变宽的同时向高频方向移动。缺陷周期数m及其光学厚度DC对透射谱的影响,在数值上具有明显的奇偶特性,m为奇数或DC为奇数倍时,禁带中心均出现一个较宽的通带,且通带宽度随着m或DC的增大逐渐变窄,而且通带上方的振荡加快,但通带中心所处频率位置不变;m为偶数或DC为偶数倍时,禁带中心均出现一条细窄缺陷模,且缺陷模的宽度随着m或DC的增大缓慢变窄,但其位置不变;两端对称缺陷对对称结构光子晶体透射谱的调制规律,为光子晶体设计窄带、宽带光学滤波器或光开关等提供指导。     

缺陷对光子晶体透射能带谱的简并效应研究

为了设计高品质、高性能的光学滤波器和光开关,利用传输矩阵法通过数值计算模拟的方式绘制1维光子晶体的透射能带谱,研究和分析了两缺陷之间距离和缺陷的厚度对光子晶体透射能带谱的简并效应。结果表明,当两缺陷之间距离越大,透射能带谱简并效应越明显,当间距增大到一定数值时,出现分立透射峰完全简并现象;当缺陷厚度整数倍增大时,光子晶体透射能带谱出现简并的趋势,但缺陷厚度奇数倍增大与偶数倍增大时,透射能带谱简并速度不一样,前者的简并速度小于后者的简并速度;缺陷厚度无论是奇数倍增大还是偶数倍增大,光子晶体透射能带谱简并的速度均逐渐减小。缺陷对光子晶体透射能带谱简并效应的调制规律,为光子晶体设计新型光学滤波器件、光学开关及其调制机制等提供了指导。     

一维平板掺杂光子晶体的滤波特性

利用电磁波在一维平板掺杂光子晶体中横向受限的条件,推导出电磁波在一维平板掺杂光子晶体中各个模式满足的关系式。研究了TE波和TM波各模式的缺陷模随模式量子数和杂质光学厚度的变化规律。利用缺陷模随模式量子数的变化规律可以实现多通道滤波,利用缺陷模随杂质光学厚度的变化规律可以实现调谐滤波。     

球状光子晶体滤波器

设计一种球状光子晶体滤波器,应用特征矩阵的方法研究了光波在其中的传播规律,发现它同其他光子晶体一样,存在周期性的带隙结构,与一维和二维光子晶体相比较,具有全方向的滤波功能.     

光子晶体缺陷模的偏振特性研究

为了了解光波在一维光子晶体的传输特性,利用传输矩阵方法进行了数值模拟,并研究了缺陷层厚度对缺陷模偏振特性的影响.结果表明,入射角的变化对光子晶体的禁带及缺陷模影响较大,它们都随入射角的增大向高频(短波)方向移动,s偏振的禁带宽度逐渐增宽而p偏振的禁带宽度变化不明显,p偏振的缺陷模频移较s偏振的稍大.随着入射角的增大,s偏振的缺陷模越来越细、品质因子逐渐增大,而p偏振的缺陷模变化趋势则刚好相反.     

基于石墨烯和1维光子晶体的THz宽带吸收器

为了获得宽带高效率光波吸收器,设计了石墨烯和1维光子晶体的复合结构,采用修正的传输矩阵法研究了其传输特性。结果表明,在一定条件下,复合结构在太赫兹波段具有一定带宽和高效率的吸收带,吸收带的位置和宽度与1维光子晶体通带一致;在一些特别的吸收带,吸收峰值达到1;对相同的结构吸收结果还与入射方向有关。石墨烯和1维光子晶体的结合进一步拓展了它们的应用范围。     

含增益缺陷层的1维三元光子晶体特性研究

为了设计出具有特殊光学特性的晶体,在不考虑色散的基础上,采用传输矩阵法对缺陷层为增益介质的1维三元光子晶体的光学特性进行了理论分析和数值模拟,主要研究了在0.242μm处能获得最大光放大时所对应的增益介质的厚度及光学常数,并讨论了当中心波长变化时的光放大特点。结果表明,当中心波长为0.3μm时,中心波长两侧存在着对应的禁带,改变缺陷层厚度及光学常数对该带隙结构的影响很小;但通带边0.242μm波长处获得很强的光放大。这一结果为今后获得具有所需特征缺陷的光子晶体提供了理论指导。