用双光束干涉制作二维光子晶体

利用双光束干涉,在光敏材料上制作光子晶体结构.通过改变两束光之间的夹角可以改变制备样品的周期.改变曝光次数以及两次曝光时干涉条纹的夹角可以分别得到一维、二维正方晶格以及二维三角晶格结构的光子晶体.     

双缺陷模一维光子晶体的双光子吸收增强研究

采用真空镀膜工艺制备了具有762 nm和800 nm双缺陷模的含两个CdS缺陷层的TiO2/SiO2一维光子晶体,运用抽运探测技术测量了其双光子吸收。对于两个缺陷模,双光子吸收均得到很大的增强,其中缺陷模为800nm时的双光子吸收系数307 cm/GW要大于缺陷模为762 nm时的116 cm/GW,分别为单层CdS薄膜的48倍和18倍。这种双光子吸收的增强是由于光局域化导致一维光子晶体缺陷层内的电场强度增大而形成的。通过传输矩阵法计算了一维光子晶体的内部场强,发现800 nm波长光入射时缺陷层内的电场强度要大于762 nm波长光入射时的电场强度值。     

干涉原理在光子晶体中的应用

从理论和实验上分析了光子晶体环形腔的能量传输.在光子晶体中引入环形结构，以干涉原理为基础，改变其中的内部参数使之满足一定的条件，从而实现了频率的选择传输.用多重散射的方法计算了这种结构的透过谱，并与实验测得的透过谱进行了比较，两者相符较好. 关键词： 干涉原理 光子晶体 环形腔     

缺陷对二维四方光子晶体透射光谱的影响

利用转移矩阵法研究了二维四方光子晶体中缺陷对透射光谱的影响。结果表明缺陷对TE波的影响比对TM波的影响明显,缺陷层填充比对禁带宽度影响很大,TE波禁带在填充比r/a=0.33时最宽,第一禁带的最低频率随着填充比的增加向低频移动。     

基于迈克耳孙干涉仪的二维光子晶体传感器

在基于自准直效应的二维空气柱型光子晶体迈克耳孙(Michelson)干涉仪的基础上设置一块传感区域,改变传感区折射率从而引起一路光的相位发生变化,导致干涉之后输出光束的能量也随之改变.利用平面波展开法计算得到的等频面确定了入射光的自准直频率范围.运用时域有限差分法分析该传感器的灵敏度最高可达120 nm/RIU,通过单频光入射实现了该传感器的传感模拟.该传感器完全依赖自准直导光,不需构造任何缺陷波导,对制造丁艺的要求大大降低.对于1.55μm的中心工作波长,传感器大小只有几十微米,进一步添加分束器可以实现高度并联传感器探测.     

飞秒超短脉冲的双光子干涉

利用钛宝石飞秒激光超短脉冲抽运BBO晶体,产生Ⅰ型自发光参量下转移的双光子对,在实验上得到双光子对的四阶干涉现象,证明了双光子纠缠态的关联特性。     

利用二维光子晶体提高波的耦合效率

通过多重散射方法数值模拟研究和实验测量表明利用二维光子晶体可以提高波的耦合效率.研究发现,高的波耦合效率通常发生在光子禁带的边沿和其它非禁带区的某些频率处.当光子晶体的晶格常数接近于所传输的波的波长时,会出现很高耦合效率的共振耦合现象.利用二维光子晶体的情况下的波耦合效率最高可以达到不利用二维光子晶体时的1.89倍.这种现象在光集成器件中尤其有用.     

双芯光子晶体光纤中的模式干涉

应用全矢量超格子叠加模型分析了双芯光子晶体光纤(PCF)的模式特征.双芯PCF的基模和二次模分别由偏振方向不同的两个偶模和两个奇模组成，讨论了这四个模式的模式电场奇偶性.基于对双芯PCF模式电场奇偶性的认识，讨论了光纤中的矢量模式干涉问题.分析表明，不同偏振态模式的干涉不会引起芯间的功率转移，双芯PCF的芯间功率耦合是由相同偏振模式的干涉引起的.在相同偏振模式干涉过程中，光功率在两个芯子中呈余弦振荡，光纤的两个芯子一般存在约π／2的相位差.还讨论了两个不同偏振方向的耦合系数与波长的关系. 关键词： 光子晶体光纤 双芯光纤 模式 干涉 耦合     

光控二维光子晶体光开关

提出了一种调节液晶光子晶体光子带隙的方法。二维三角介质柱形光子晶体位于2块熔凝石英片之间,在介质柱之间填充各向同性排列的液晶,受偏振紫外光照射后,光诱导液晶分子定向排列,通过光诱导液晶分子取向改变液晶的折射率。数值模拟结果表明：通过外界光场控制所填充的向列相液晶分子的方向可以对这种二维三角形介质柱光子晶体的禁带结构进行调节。该可调光子晶体可控制波导中TM模和TE模的选择性传输,因而可应用于制作全光光开关。     

独立伪热光源的双光子干涉

自Dirac提出一个光子只能与自己干涉之后，Mandel等人用两个独立的激光器实现一阶干涉实验，引发了人们对于独立光源干涉问题的更多关注和探讨。我们首次以两个独立的伪热光源观察到二阶关联亚波长干涉现象。在实验中发现当两个独立的光源偏振相同时，固定一个单光子探测器扫描另一个探测器，通过符合探测能够探测到类经典的一阶干涉；在反对称的方向（x，-x）同时扫描两个探测器，能够探测到亚波长干涉条纹。用经典的理论方法也可对此现象作简单的解释。当光源的偏振互相垂直时，则无法探测到类经典的一阶干涉或亚波长干涉。这些实验现象将有助于人们理解双光子干涉的本质；热光因其双光子特性有可能有些特殊的应用。     

二维函数光子晶体

光子晶体是由两种或两种以上不同介电常数材料所构成的周期性光学纳米结构.光子晶体结构可分为一维、二维和三维,其中二维光子晶体已成为研究的热点.可调带隙的二维光子晶体可以设计出新型的光学器件,因此,对它的研究具有重要的理论意义和应用价值.本文提出的二维新型函数光子晶体可以实现光子晶体带隙的可调性.所谓二维函数光子晶体,即组成它的介质柱的介电常数是空间坐标的函数,它不同于介电常数为常数的二维常规光子晶体.二维函数光子晶体是通过光折变非线性光学效应或电光效应使介质柱的介电常数成为空间坐标的函数.运用平面波展开法给出了TE和TM波的本征方程,由傅里叶变换得到二维函数光子晶体介电常数ε(r)的傅里叶变换ε(G),其傅里叶变换比常规二维光子晶体的复杂.计算发现当介质柱介电常数为常数时,其傅里叶变换与常规二维光子晶体的相同,因此二维常规光子晶体是二维函数光子晶体的特例.在此基础上具体研究了二维函数光子晶体TE波和TM波的带隙结构,其介质柱介电常数函数形式取为ε(r)=k·r+b,其中k,b为可调的参数.并与二维常规光子晶体TE波和TM波的带隙结构进行了比较,发现二维函数光子晶体与二维常规光子晶体TE波和TM波的带隙结构有明显的区别,二维函数光子晶体的带隙数目、位置以及宽度随参数k的变化而发生改变.从而实现了二维函数光子晶体带隙结构的可调性,为基于二维光子晶体的光学器件的设计提供了新的设计方法和重要的理论依据.     

二维点缺陷正方光子晶体的微腔结构

通过平面波展开法对由Al₂O₃介质棒在空气背景介质中构成含有点缺陷的二维正方光子晶体微腔结构进行研究,计算得出缺陷态能带以及缺陷态模场分布。缺陷模对应的电磁波波长为470~476nm。对该微腔结构的品质因数的求解,得出缺陷态光谱曲线。在光谱曲线中,随着传输波长的增大,将产生几个峰值,并且在475nm处的波动最为明显,反映出在475nm附近的电磁波段在缺陷处的光强较大。进一步利用全矢量等效折射率法研究该结构缺陷模频率的稳定性,得出等效折射率的变化曲线。从等效折射率变化曲线可以看出,当传输波长达到475nm时,该结构已经达到稳定传输的区域。含缺陷模的二维光子晶体微腔结构在光子晶体发光二极管以及高阈值半导体激光器等方面有着重要的应用价值。     

带有KTP缺陷的2维光子晶体设计与能带特性

 设计了一种通过改变缺陷介质折射率实现能带特性改变的可调谐2维光子晶体激光器微腔,在光子晶体中引入点缺陷磷酸氧钛钾(KTP),在KTP两端施加交流电场控制KTP晶体折射率变化。实验过程中观察到了正方排列的光子晶体随着KTP 晶体折射率逐渐增大,晶体禁带数量减少,且向归一化频率小的方向移动,禁带宽度基本不变;而三角排列的晶格能带随着KTP折射率增大,禁带逐渐变窄,且有向低频方向移动的趋势。用平面波展开法分析了晶体的能带结构,得到理上的描述。     

四激光束干涉光刻制造纳米级孔阵的理论分析

为提供一个在大范围内曝光出深亚微米甚至纳米级周期性密集图形的廉价的方法,研究了四激光束干涉光刻的原理,分析了干涉曝光的结果,并进行了计算机模拟.用现有的光源,如442 nm、365 nm、248 nm、193 nm激光,曝光得到的图形的临界尺寸容易做到180～70 nm.具有实际上无限制的焦深和容易实现的大视场.适合硅基CCDs、平场显示器的场发射电极阵列等光电子器件中大范围内超亚微米级的周期性孔阵或点阵结构图形的制作.     

带有KTP缺陷的2维光子晶体设计与能带特性

设计了一种通过改变缺陷介质折射率实现能带特性改变的可调谐2维光子晶体激光器微腔,在光子晶体中引入点缺陷磷酸氧钛钾(KTP),在KTP两端施加交流电场控制KTP晶体折射率变化。实验过程中观察到了正方排列的光子晶体随着KTP 晶体折射率逐渐增大,晶体禁带数量减少,且向归一化频率小的方向移动,禁带宽度基本不变;而三角排列的晶格能带随着KTP折射率增大,禁带逐渐变窄,且有向低频方向移动的趋势。用平面波展开法分析了晶体的能带结构,得到理上的描述。     

二维光子晶体分频特性效率分析

采用FDTD方法分析了二维光子晶体的分频特性，在二维光子晶体内引入线缺陷后形成波导，在波导附近引入点缺陷可将能在波导中传播的某些特定频率的电磁波分离出去；特定频率取决于点缺陷的性质；设计了一种多个相同性质的点缺陷与波导耦合的分频模型，计算结果表明，这种模型的分频效率明显高于单个点缺陷与波导耦合的模型，为制作光子晶体分频器件提供了理论依据。     

二维光子晶体线缺陷结构的光谱辐射特性

光子晶体的禁带特性是该新兴材料的最根本特征。本文运用平面波展开法(PWE)计算了一种正方晶格Si光子晶体材料的禁带特性,并基于该材料设计出一种红外波段的线缺陷光子晶体波导结构。运用时域有限差分法(FDTD)研究了线缺陷二维光子晶体波导宽度对通频带、电场强度及透射能量的影响,研究结果为二维光子晶体波导器件的开发和利用提供了理论支撑。     

双光子吸收对光子晶体定向耦合全光开关的影响

 利用时域有限差分方法,在非线性条件下,考虑双光子吸收效应的同时,建立了分析2维光子晶体定向耦合波导光开关的模型。数值计算结果表明,对于长度较短的波导耦合器件,在强控制光和非线性条件下,双光子吸收效应会对波导的耦合作用产生一定的影响,从而改变入射光的透射特性,使光开关控制的动态过程发生变化。故而在设计全光开关器件时,对强控制光条件下的非线性双光子吸收效应有必要作为影响因素考虑进去。     

双光子吸收对光子晶体定向耦合全光开关的影响

利用时域有限差分方法,在非线性条件下,考虑双光子吸收效应的同时,建立了分析2维光子晶体定向耦合波导光开关的模型。数值计算结果表明,对于长度较短的波导耦合器件,在强控制光和非线性条件下,双光子吸收效应会对波导的耦合作用产生一定的影响,从而改变入射光的透射特性,使光开关控制的动态过程发生变化。故而在设计全光开关器件时,对强控制光条件下的非线性双光子吸收效应有必要作为影响因素考虑进去。     

二维光子晶体非对称Mach-Zehnder自准直传感器研究

基于自准直效应,通过在二维空气柱型光子晶体非对称Mach-Zehnder干涉仪长臂上设置传感区域,设计了一种自准直传感器.平面波展开法确定了入射光的自准直频率范围,时域有限差分法分析了传感器的灵敏度达到68 nm/RIU,采用单频光入射实现了传感模拟.该传感器完全依赖自准直导光,无需引入任何缺陷波导,大大降低了制作工艺要求,其大小只有十几个微米,能够满足超紧凑、高灵敏度、廉价和无标记的要求.