有效抑制光子晶体加载矩形谐振腔中模式竞争的方法

研究了光子晶体加载矩形谐振腔,针对传统光子晶体加载无法完全抑制模式竞争的问题,提出了特性阻抗和介质加载方法进行改进,完全实现了谐振腔的高次模式的单模工作,为抑制高次模式工作的谐振腔中模式竞争的问题提供了一种新方法.在此基础之上,采用解析方法以及高频仿真软件HFSS,设计了一个采用TM₅₃₀高次模式工作的传统光子晶体加载的谐振腔,进一步采用了该新方法对其进行改进,并深入分析了采用这种方法抑制模式竞争的物理原因.计算结果表明,新方法能有效抑制模式竞争,实现谐振腔的高次工作模式的单模工作. 关键词： 光子晶体 谐振腔 模式竞争 特性阻抗     

构成环形谐振腔的光子晶体微镜设计

研究了光子晶体作为陀螺谐振腔空间微镜的应用,基于平面波展开法计算了光子晶体能带结构和带隙分布图,利用时域有限差分方法对三角晶格介质柱结构微反射镜的传输特性进行了研究,讨论介质柱半径和晶格周期对反射率的影响,并给出优化结果和参量.对输入输出镜进行了初步探索设计,初步给出优化结构.基于介质柱光子晶体微镜的环形谐振腔不仅能实...     

构成谐振腔的光子晶体端面反射镜的设计

研究了光子晶体作为谐振腔端面反射镜的应用.利用有效折射率法和2D PWE以及2D FDTD方法结合对构成谐振腔的两个端面反射镜进行了设计,得到左端面反射镜的最佳光子晶体晶格周期数为11×11,而右端面反射镜的最佳光子晶体晶格周期数为3×11,这为实验工作提供了良好的理论依据.     

回旋管光子带隙谐振腔冷腔电磁模式分析

利用二维三角格子金属光子带隙谐振腔代替回旋管的传统柱形谐振腔,并对腔体进行了TE波模式的计算与分析.综合考虑腔体内外的结构特征,给出了光子带隙谐振腔冷腔模式理论的研究方法,发现腔内存在单模工作的可能与条件以及非角对称情况下的电磁模式分布特征.研究结果表明,利用光子带隙谐振腔代替回旋管的传统腔体,可使回旋管在不受腔体横向尺度限制的条件下实现单模工作.这对于提高回旋管的功率容量、有效实现高次单模与高次回旋谐波耦合条件下的注-波互作用、降低工作磁场并从物理上根本改变回旋管的工作状态提供了理论依据. 关键词： 回旋管 金属光子带隙 谐振腔     

构成环形谐振腔的光子晶体微镜设计

研究了光子晶体作为陀螺谐振腔空间微镜的应用,基于平面波展开法计算了光子晶体能带结构和带隙分布图,利用时域有限差分方法对三角晶格介质柱结构微反射镜的传输特性进行了研究,讨论介质柱半径和晶格周期对反射率的影响,并给出优化结果和参量.对输入输出镜进行了初步探索设计,初步给出优化结构.基于介质柱光子晶体微镜的环形谐振腔不仅能实现单片集成还能实现光在空气中传输来大幅度减小克尔和法拉第效应,以及背向散射等影响,这对于研究高准确度谐振陀螺提供了新思路.     

光子晶体对nc-Ge/Si岛发光增强的模拟

在Si基集成光电子学的发展中,高效的Si基光源是人们不懈追求的目标。但是Si材料的间接带隙特性导致其发光效率低,更谈不上受激发射。于是人们探索了多种Si基材料体系来提高Si材料的发光效率,并在不同程度上取得了重要的进展。在众多的Si基发光材料体系中,Ge/Si量子点材料,不仅生长工艺与标准的CMOS工艺有很好的兼容性,而且发光波长能够覆盖重要的光通信波段即1.3~1.55μm,因此成为实现Si基发光器件的重要途径之一。但是目前这种材料的发光效率仍很低,所以提高其发光效率自然成为人们关注的焦点。如果将光子晶体引入到nc-Ge/Si材料中,它不仅可以改变材料本身的自发发射特性,而且可以改变发射的光子的提取效率,从而使材料的发光效率得到增强。提出了在Ge/Si量子点材料中引入光子晶体结构来提高其发光效率,包括光子晶体点缺陷腔结构和带边模式工作的完整光子晶体结构,并从理论上分析了发光效率提高的原理。针对发光波长在1.5μm附近的材料结构,模拟出了相应的光子晶体的结构参数。从模拟结果可以看出,对于缺陷腔的光子晶体结构,采用单点缺陷微腔很好地实现了单模运作,但是微腔内有源材料的体积很小,因此得到的发光效率很低。而采用耦合缺陷腔的结构和H₂腔都增加了腔内有源区的体积。但是耦合腔与H₂腔相比,谐振腔模减少,主谐振模式的峰值强度增加,更容易实现单模发光。因而更适用于提高nc-Ge/Si的发光效率。而带边模式工作的光子晶体结构,尺寸较大,不需引入缺陷,工艺上更容易实现。     

一维光子晶体谐振腔的模式类型及其性质

利用光学传输矩阵法研究了一维光子晶体谐振腔的谐振波长、品质因子和缺陷层厚度之间的变化关系,发现谐振腔内存在不同级次的谐振模式;对于同一级次的谐振模式,品质因子在某一波长(λm)时达到极大值,该波长恰为光子晶体反射率最高处所对应的波长,也是该光子晶体的布拉格共振反射波长;在λm处,品质因子随级次的增加而线性增加;品质因子随周期层数增加而指数增加,但其增长因子与模式级次无关,也与周期数无关,只与谐振波长有关;对于所有级次的谐振模式,增长因子在λm处达到最大值。这对提高品质因子、减小谐振腔体积、优化谐振腔有重要意义。     

2维光子晶体谐振腔的分析与模拟

 为指导光子晶体谐振腔的设计,运用3维电磁场仿真软件HFSS模拟了2维光子晶体谐振腔,分析了影响2维光子晶体谐振腔的主要特性参数,主要包括所插介质杆的排列结构、介电常数及其半径和间距。研究表明,在其它条件保持不变时,若增大介质杆半径,则同一模式频率没有同一的变化规律;若增大介质杆介电常数,则出现的规则模式减少,并且没有基模出现,同一个模式,频率明显降低;若增大介质杆间距,则计算的频率间隔减小,对其它参数影响不大,只是同一模式的频率略有减小。     

2维光子晶体谐振腔的分析与模拟

为指导光子晶体谐振腔的设计,运用3维电磁场仿真软件HFSS模拟了2维光子晶体谐振腔,分析了影响2维光子晶体谐振腔的主要特性参数,主要包括所插介质杆的排列结构、介电常数及其半径和间距。研究表明,在其它条件保持不变时,若增大介质杆半径,则同一模式频率没有同一的变化规律;若增大介质杆介电常数,则出现的规则模式减少,并且没有基模出现,同一个模式,频率明显降低;若增大介质杆间距,则计算的频率间隔减小,对其它参数影响不大,只是同一模式的频率略有减小。     

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.     

正三角形晶格金属柱光子带隙结构

采用有限差分法分析了正三角形晶格金属柱光子带隙(PBG)结构中TE模式的色散特性,导出了全局带隙分布图, 探讨了一套系统的设计指定本征频率PBG结构的方法。结果表明,金属柱半径与晶格常数的比值越小,越有利于PBG谐振腔的圆波导耦合输出。说明了类比圆柱波导设计回旋管的可能性。     

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用时域有限差分法研究了电磁波在等离子体光子晶体中的传播特性。数值模拟中使用完全匹配层吸收边界条件,计算了电磁波通过等离子体光子晶体的反射和透射系数。讨论了等离子体密度、等离子体温度、介电常数比和引入缺陷层对等离子体光子晶体光子带隙的影响。     

六角蜂窝结构光子晶体异质结带隙特性研究

利用蜂窝结构光子晶体具有两个范围较大绝对带隙的特性，设计新型六角蜂窝结构光子晶体异质结，采用平面波展开和超晶胞相结合的方法来研究异质结的能带结构特性.给出异质结的结构和相应的能带图，分析异质结界面传导模，研究两侧结构作横向拉开和侧向滑移时对传导模的影响，讨论这些结构的实际可行性.计算结果表明，没有任何晶格移动，此种结构异质结在绝对带隙中就有导模存在，两边晶格横向拉开对导模影响较大，而侧向滑移的影响则较小. 关键词： 光子晶体 异质结 光子带隙 超晶胞     

Design and optimisation of multimode 1D photonic band gap waveguide

The modal characteristics of planar waveguides with photonic band gap guiding properties are studied. It is demonstrated that a slight deviation from the periodicity in the photonic band gap multilayers can result in multimode transmission within the guiding layer. Possible applications of the results for avoiding single mode regime destruction due to fabrication process imperfection, as well as for designing such waveguides for conventional and emerging new applications of multimode photonic devices, are pointed out.     

Design and optimisation of multimode 1d photonic band gap waveguide

The modal characteristics of planar waveguides with photonic band gap guiding properties are studied. It is demonstrated that a slight deviation from the periodicity in the photonic band gap multilayers can result in multimode transmission within the guiding layer. Possible applications of the results for avoiding single mode regime destruction due to fabrication process imperfection, as well as for designing such waveguides for conventional and emerging new applications of multimode photonic devices, are pointed out.     

Analysis of bend loss in waveguides employing photonic band gap effect

We analyse bend loss properties of a band gap-guided periodic structure, and give reasons for the effects found. In many cases, a tight bend produces only a slight reduction in power transmitted. We also make a comparison of bend losses in conventional waveguides and bend-resistant waveguides.     

Theoretical study on the photonic band gap in one-dimensional photonic crystals with graded multilayer structure

We theoretically investigate the photonic band gap in one-dimensional photonic crystals with a graded multilayer structure. The proposed structure constitutes an alternating composite layer (metallic nanoparticles embedded in TiO2 film) and an air layer. Regarding the multilayer as a series of capacitance, effective optical properties are derived. The dispersion relation is obtained with the solution of the transfer matrix equation. With a graded structure in the composite layer, numerical results show that the position and width of the photonic band gap can be effectively modulated by varying the number of the graded composite layers, the volume fraction of nanoparticles and the external stimuli.     

中红外波段硅基两维光子晶体的光子带隙

利用电化学腐蚀的方法制备了大多孔硅两维光子晶体.结构图形对称性为正方格子，其结构参数为正方形晶格周期a=44μm，正方形空气柱的边长l=2μm.并用显微红外光谱仪表征了光谱性质，揭示了所制备两维光子晶体样品的中红外波段光子的反射特性. 关键词： 光子晶体 光子带隙 反射谱 时域有限差分法     

硅基两维光子晶体的制备和光子带隙特性

利用反应离子束刻蚀设备制备了硅基的两维空气柱光子晶体，并用红外显微镜测试了样品的 反射谱. 理论上用时域有限差分(FDTD)方法计算了样品的光子带隙，从测试结果看光子带隙 和理论计算的光子带隙符合得很好.  关键词： 光子晶体 光子带隙 反射谱 时域有限差方法     

Superluminal propagation in plasma photonic band gap materials

Electromagnetic wave propagation in one-dimensional plasma photonic crystal (PPC) made of alternate thin layers of two materials namely plasma and dielectric materials is theoretically studied. Dispersion relation is obtained. Group velocity, effective group index, reflectivity and superluminal behavior have been studied. The study of the reflectivity plot shows that the designed structure works as a perfect reflector/mirror in a certain range of frequency. Left-right and up-down symmetries (and flip-flop) are observed when we study the variation of group velocity with frequency. Abnormal behavior of group velocity (negative) inside the PPC structure creates the superluminal propagation of electromagnetic waves. The marked existence of symmetries may be exploited for directional switching in optical circuits.