点缺陷二维光子晶体波导的出射光集束

光子晶体器件在高密度集成光通信中有广泛的应用,为解决光子晶体波导出射光场的空间控制,采用时域有限差分法分析光子晶体波导结构的缺陷传播特性,提出基于点缺陷优化波导结构,通过在波导出射口两侧加上点缺陷,出射光方向性有显著提高,实现三点光源干涉系统的光集束。模拟结果表明缺陷态越靠近能带结构中央,共振腔的耦合效率越高;相反,缺陷态越靠近能带结构边缘位置,则共振腔耦合效率越低,因此,选取禁带区域四分之一处对应的点缺陷,可以有效实现波导出射的光集束。     

点缺陷二维光子晶体波导的出射光集束

光子晶体器件在高密度集成光通信中有广泛的应用,为解决光子晶体波导出射光场的空间控制,采用时域有限差分法分析光子晶体波导结构的缺陷传播特性,提出基于点缺陷优化波导结构,通过在波导出射口两侧加上点缺陷,出射光方向性有显著提高,实现三点光源干涉系统的光集束。模拟结果表明缺陷态越靠近能带结构中央,共振腔的耦合效率越高;相反,缺陷态越靠近能带结构边缘位置,则共振腔耦合效率越低,因此,选取禁带区域四分之一处对应的点缺陷,可以有效实现波导出射的光集束。     

二维三角晶格光子晶体波导的辐射特性

利用二维三角晶格光子晶体,设计了一种能够提高波导辐射效率的光子晶体结构。通过在单波导出口端级联一耦合波导列的方式形成一种复合式结构,利用时域有限差分法研究了该结构的光辐射特性。结果表明,采用级联波导列的结构能有效提高光辐射效率。进一步对器件进行了优化,使级联波导列与单波导之间的距离为1.8a,波导列横向和纵向的周期数分别为6和5,辐射效率可达到最大值,在辐射距离为100a处,辐射功率可达到20%以上。该类型光子晶体器件在近场光学和集成光学等方面有潜在的应用价值。     

二维点缺陷三角晶格光子晶体的微腔结构

通过平面波展开法对二维点缺陷三角晶格光子晶体的微腔结构进行研究,计算得出其色散图以及缺陷模分布.结果表明:缺陷模波长与微腔谐振波长基本吻合.利用FDTD模拟谐振波长波段的电磁波在光子晶体中传播的动态演化过程,并计算出局域模的空间分布图.最后在有规律地改变缺陷周围介质柱半径的情况下实现谐振中心波长的可调性.     

基于环形微腔的多频段三角晶格光子晶体耦合腔波导光学传输特性

本文理论研究了近红外波段硅基三角晶格光子晶体环形微腔的光场局域特性,通过将微腔在空间周期性排列组成耦合腔光波导,研究了多个导带区域内光束传输时的群速度,最大和最小值分别为0.0028c和0.00028c.将环形微腔在垂直于光传输方向上进行交错排列,通过改变相邻微腔之间的耦合区域,可以大幅降低多频段范围内光束在耦合腔波导中传输时群速度之间的差异,并提高部分频段的透过率数值.在不改变介质柱半径条件下,通过去掉三角晶格光子晶体中距中心介质柱距离分别为2a和√3a的六个介质柱构成了两种微腔,研究了两种微腔所支持的谐振波长之间的差异,在此基础上构造了两种耦合腔波导,进而将这两种耦合腔光波导与W1型输入/输出波导相连,最终实现了在多个不同频率范围内降低群速度的同时实现频段选择和频段分束功能,其导模群速度可降低到0.00047c.     

二维三角晶格光子晶体三通道解波分复用器

为了实现结构紧凑、高透射率的解波分复用功能,在二维三角晶格光子晶体平板上设计了一个ψ形的三通道解波分复用器.通过在该光子晶体结构中引入合适的线缺陷和点缺陷,使得在光子禁带中出现了局域缺陷态.利用该缺陷态模式,可以控制波的传播和耦合,从而实现解波分复用的功能.通过用平面波扩展法和时域有限差分法对此解波分复用器进行了能带和传输特性分析,找到了具有合适缺陷态频率的光子晶体结构参量,实现了透过率高达80%的解波分复用功能.     

二维三角晶格光子晶体三通道解波分复用器

为了实现结构紧凑、高透射率的解波分复用功能,在二维三角晶格光子晶体平板上设计了一个φ形的三通道解波分复用器,通过在该光子晶体结构引入合适的线缺陷和点缺陷,使得在光子禁带中出现了局域缺陷态,利用该缺陷态模式,可以控制波的传播和耦合,从而实现解波分复用的功能,通过用平面波扩展法和时域有限差分法对此解波分复用器进行了能带和传输特性分析,找到了具有合适缺陷志频率的光子晶体结构参量,实现了透过率高达80％的解波分复用功能.     

低群速度色散和低损耗的二维光子晶体慢光波导

利用平面波展开(PWE)法分析了慢光在由介质柱和空气背景构成的二维三角晶格光子晶体耦合微腔波导中的传播特性.数值模拟结果表明:随着缺陷腔之间距离的增大,导模的群速度减小很快;兼顾色散和损耗的影响,当相邻微腔间距两倍于晶格常数时,耦合微腔波导单位厚度(mm)透射比为47%,带宽为1.97 GHz,导模有效群折射率为22....     

全内反射型三角晶格光子晶体多模波导中的光传播特性

研究了光波在没有光子带隙的三角晶格型光子晶体多模波导中的传播特性. 利用等效折射率法,将该结构等效为三层平板介质波导,基于自映像原理,数值分析和模拟了其多模干涉效应. 研究结果表明,由于全内反射和分布式布拉格反射的联合效应,光场类似于传统波导模式,能高效地传输;随着填充率的增大,高透射区域将向波长减小的方向移动,带宽和透射率也随之增加, 研究结果为实际应用中选择适当的填充率提供了理论依据. 关键词： 光子晶体多模波导 全内反射 填充率 时域有限差分法     

二维介质柱光子晶体波导的优化设计

通过改变靠近导光区域介质柱的直径和周期,优化设计了二维介质柱光子晶体波导.结果表明：单独增大和减小柱的直径以及增大柱的周期不能提高波导的传输特性;单独减小柱的周期能提高波导的传输特性,获得传输系数小于1 dB,带宽80 nm的波谱;同时减小柱的直径及周期能够极大的提高波导的传输特性,得到了带宽为150~250 nm,传输系数小于1 dB的波谱.     

二维平板光子晶体直波导的制备和光传输特性的测量

利用聚焦离子束刻蚀的方法在SOI(silicon on insulator)基片上制备了W3型二维光子晶体直波导.观察并测量了近红外激光通过光子晶体波导的散射图形和透过谱.实验结果说明，激光在有引入引出脊形波导的光子晶体直波导中具有很好的传输特性. 关键词： 光子晶体波导 光子带隙 脊型波导     

光子晶体平面波导与脊波导高效耦合技术的研究

利用一维变周期谐振腔阵列和非线性缓变边界，可以实现光波从脊波导到光子晶体平面波导 （PCW）的高效耦合.基于平面波展开法（PWE）和时域有限差分法（FDTD），深入分析和讨 论了普通脊波导、2D-PCW结构和本征模以及工作模式、缓变边界形状等对耦合效率的影响， 从而得出光波从脊波导到2D-PCW、再返回脊波导的统一图景.指出考虑模式转换和采用缓变 边界条件可以极大提高PCW与脊波导间的耦合效率.对PC-PW边界采用线性和非线性缓变结构 进行了仿真，讨论了边界缓变程度对耦合效率的影响.结果表明，采用模式耦合和PC-PW余弦 缓变边界时的耦合效率在较宽的带宽内超过了95%. 关键词： 光子晶体波导 脊波导 PWE FDTD 耦合边界     

Slow light engineering in polyatomic photonic crystal waveguides based on square lattice

In this paper, the slow light properties of the polyatomic Photonic Crystal (PhC) which has multiple different air holes in each primitive cell are investigated. A slow light waveguide with “U-type” group index-frequency curve, which results in nearly constant group index over large bandwidth, is achieved using this new photonic crystal geometry based on the square lattice. Also, the radius and position of the innermost rows of small air holes have been modified to investigate the feasibility of controlling the dispersion relation by subtle structural modification. Numerical results demonstrate that decreasing the group velocity effectively and meanwhile maintaining a large Normalized Delay-Bandwidth Product (NDBP) can be achieved by only modifying the radius of the innermost rows of small air holes. Shifting the innermost rows of small air holes toward the waveguide core is highly beneficial to enlarge the slow light bandwidth, but it contributes nothing to the promotion of NDBP. Our results provide important theoretical basis for the potential application offered by the polyatomic photonic crystal in future optical networks.     

慢光在光子晶体弯折波导中的高透射传播

研究了慢光模式在SOI(silicon-on-insulator)材料光子晶体线缺陷弯折波导中的传输特性. 通过优化波导弯折处的结构参数,慢光模式在光子晶体60°与120°弯折波导中的透射率提高10倍以上,归一化透射率分别达到80%和60%以上. 为了进一步减慢光速,设计了新颖的高Q值耦合腔弯折波导结构,在归一化透射率达到75%的基础上,光波群速度低至c/170(c为真空光速). 研究结果对于增强光子晶体的慢光效应,提高光子晶体慢光器件的微型化和集成化都有一定的积 关键词： 光子晶体 慢光 弯折波导 透射率     

非截面二维光子晶体排列矩形波导的全模式分析

在对周期性结构进行谐波分析的基础上，导出了非截面二维光子晶体排列矩形波导的本征值方程. 基于此方程，可以对该类光子晶体波导的所有可能模式进行分析. 分析认为，非截面二维光子晶体排列矩形波导内能存在的模式包括E_(y)，TE_y，H_(y)和TM_y模式；改变波导高度，可以实现E_(y)模式和H_(y)模式与其他模式通带的完全分离. 然而改变任一结构参数，都不能使E_(y)和H_(y)的各个模式通带，以及E_(y)1模式和H_(y)1模式的通带完全隔离. 波导单模工作的带宽由E_(y)1和E_(y)2模式的低端截止频率决定. 关键词： 波导 光子晶体 本征值方程 模式     

光子晶体波导中的孤子传输及其延迟特性研究

研究了正方晶格和三角晶格空气背景硅介质柱光子晶体线缺陷波导导模左带隙边缘处的亮孤子脉冲传播特性及其慢光延迟特性. 采用平面波展开法仿真分析了波导相邻两行介质柱大小r₁和r₂以及波导宽度D对孤子脉冲传输所需峰值功率P₀和延迟时间T_s的影响,总结了其变化规律. 通过调整波导结构得到了正方晶格和三角晶格优化波导结构,优化后,正方晶格结构波导P₀减小了81.17%,T_s增加了66.32%;三角晶格结构波导P₀减小了73.7%,T_s增加了67.63%,实现了孤子传输性能的大幅度优化. 关键词： 光子晶体波导 光孤子 峰值功率 延迟时间     

Influence of disorder and deformation on the optical properties of two-dimensional photonic crystal waveguide

We investigate the effect of disorder and mechanical deformation on two- dimensional photonic crystal waveguide. The dispersion characteristics and transmittance of the waveguide are studied by using the finite element method. Results show that the geometric change of the dielectric material perpendicular to the light propagation direction has a larger influence on the waveguide characteristics than that parallel to the light propagation direction. Mechanical deformation has an obvious influence on the performance of the waveguide. In particular, longitudinal deformed structure exhibits distinct optical characteristics from the ideal one. Studies on this work will provide useful guideline to the fabrications and practical applications based on photonic crystal waveguides.     

Influence of disorder and deformation on the optical properties of a two-dimensional photonic crystal waveguide

We investigate the effect of disorder and mechanical deformation on a two-dimensional photonic crystal waveguide. The dispersion characteristics and transmittance of the waveguide are studied using the finite element method. Results show that the geometric change of the dielectric material perpendicular to the light propagation direction has a larger influence on the waveguide characteristics than that parallel to the light propagation direction. Mechanical deformation has an obvious influence on the performance of the waveguide. In particular, longitudinal deformed structure exhibits distinct optical characteristics from the ideal one. Studies on this work will provide useful guideline to the fabrication and practical applications based on photonic crystal waveguides.