一种数值模拟含kerr介质一维光子晶体传播特性的新算法

研究了含有kerr非线性介质的一维光子晶体的传播特性,在处理非线性层部分时,创立了一种新的算法,此方法可以方便而精确地模拟含kerr介质的光子晶体的传输行为。并得出了与子层逆向递推传输矩阵相一致的结果,与之相比,同时具有简单、快速、易懂的特点。     

用各向异性介质构造的一维光子晶体的特性分析

本文根据单轴晶体的传输矩阵，研究了一种由各向异性介质周期排列构成的一维光子晶体，分析了在不同入射角度和折射率条件下，该周期结构的反射和偏振的光学特性。分析结果表明，各向异性介质在折射率比值较大或与高折射率同性介绍结合使用，可获得较宽的禁带，并可实现在可见光范围内的全偏振全角度反射。     

一维光子晶体的全向反射特性

利用传输矩阵方法研究了一维光子晶体的全向反射特性.研究表明,光子晶体的结构参数对全向反射带的产生影响很大.要提高光子晶体的全向反射带带宽,必须增大两种介质的折射率及它们的高低折射率比值,同时使低高折射率层的光学厚度比接近0.85.研究结果对全介质反射器的设计具有指导意义.     

一维金属-介质光子晶体光谱特性研究

采用干涉矩阵方法对一维金属-介质光子晶体的光谱结构进行了研究。结果表明介质材料的厚度、折射率以及金属材料折射率的虚部对光子晶体光谱的影响可以采用驻波理论较好解释。当金属材料的厚度大于其趋肤深度时,厚度的增加会导致光子晶体的透射率和吸收率均降低,但对光子晶体透射和吸收峰的位置没有影响。     

一维光子晶体的偏振特性研究

本文采用光子晶体带隙结构计算的Pendry理论研究了一维光子晶体的偏振特性,由Pendry理论导出的传输矩阵法计算了TE模和TM模的透射谱,不同入射角时基频PBG(Photonic band gap)分布,固定入射角及入射光频率时透射率随介质a的填充率因子变化曲线.     

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。     

一种新型光子晶体的光学特性研究

本文提出了一种非对称一维各向异性掺杂光子晶体,通过传输矩阵法研究了这种新型光子晶体的光学特性,通过数值模拟得出:光通过该结构光子晶体后TE波和TM波缺陷模的透过率及中心波长位置随缺陷层介质的光学厚度、缺陷层两侧周期数的非对称性的变化规律,两种偏振光波能完全分开,缺陷层介质的光学厚度及掺杂层两侧的周期数层差越大,缺陷模的透过率越小,当光学厚度及层差达到某一极限值时,将产生完全光子禁带,这是对称结构光子晶体所不具备的光学特性,其光学特性将为光子器件的转换制作及应用提供理论依据。     

获得一维光子晶体最大带隙的介质宽度精确组合

采用传输矩阵法对一维光子晶体的带隙结构进行了研究.当介质层的宽度发生改变时,带隙也随之相应地发生变化.数值分析结果表明:通过对介质层不同厚度的组合可获得连续且更大的带隙,运用此方法可在不改变光子晶体材料总体介质厚度的情况下获得理想的滤波效果.     

光在一维光子晶体中的传播特性分析

利用转移矩阵法分析具有线性和非线性缺陷层的一维光子晶体的传递函数并进行了数值模拟。由于缺陷层对周期性介质层的周期性破坏,带隙中产生了缺陷模。通过模拟仿真的结果,发现多缺陷层和非线性层都能够使带隙展宽,变得更加平坦。相比较之下,非线性层缺陷对带隙的作用更加强烈。     

分层介质的新色散法及其在光子晶体中的应用

利用光在界面的边界条件,推导光在分层介质系统中新的传输矩阵,利用新传输矩阵得到分层介质系统的色散公式,将新传输矩阵法与传统的特征矩阵法作了比较。并应用该色散公式研究了一维光子晶体的能带,得出：新的传输矩阵及其色散公式不仅能够解决传统的特征矩阵法所能解决的全部问题,而且还能够解决传统的特征矩阵法所不能解决的问题。     

含双负介质一维光子晶体量子阱的透射谱研究

用传输矩阵法研究一维光子晶体(AB)m(BACAB)n(BA)m的透射谱,研究发现：在双正介质和含双负介质情况下,归一化频率1.0ω0/ω处光子晶体(BACAB)n的能带皆处于光子晶体(AB)m(BA)m的禁带中,均构成以1.0ω0/ω处为对称中心的光量子阱结构。光量子阱透射谱出现对称分布的共振透射峰,呈现明显的量子化效应,透射峰数目和位置可由n调节控制,且双正和含双负光量子阱结构的透射谱结构相同,但后者的透射峰带宽、间距比前者大。该特性可用于设计微波范围内的可调性多通道滤波器和光开关等。     

缺陷为增益介质的光子晶体光放大特性的研究

为了研究含缺陷层为增益介质的三元1维光子晶体的光学特性,采用光学传输矩阵的方法进行了理论分析。结果表明,增益缺陷层厚度及光学常数的变化对于红外区的禁带结构影响不大,增益介质层主要对中心波长为1.8μm所处的透射带带边波长的放大效应特别明显。还研究了增益介质缺陷层的厚度、光学常数的变化对于红外区透射带边(2.1869μm)波长的光放大效应;当增益介质厚度为0.0101μm,n=5.03+0.124i时,可以获得在波长2.1869μm处透射系数为428的光放大。在红外区,光放大波长随着中心波长的变化而变化,但该波长都是在中心波长所处透射带的带边处。该结果可为以光子晶体作为激光增益介质的研究提供理论指导。     

双负介质对一维光子晶体量子阱透射谱的影响

为设计高品质的光学滤波器和光学开关,用传输矩阵法研究双负介质对一维光子晶体量子阱（AB）m（CBAABC）n（BA）m透射谱的影响,结果表明:当C层为双正介质时,光量子阱透射谱中出现2n+1条窄透射峰,当C层为双负介质时,呈现简并现象,光量子阱透射峰中仅出现2n-1条窄透射峰;当C层双负介质折射率负值增大时,光量子阱透射谱向禁带中心两侧移动,同时透射峰的品质因子快速提高;当C层双负介质光学厚度负值减小时,光量子阱透射谱向禁带中心靠拢,同时透射峰的品质因子迅速提高;光量子阱透射品质因子对双负介质光学厚度的响应灵敏度高于对折射率负值的响应。双负介质对光量子阱透射谱特性的影响规律,可为光子晶体理论研究及新型量子光学器件设计提供参考。     

波分复用各向异性光子晶体滤波器

从光子晶体的光子频率禁带特性出发，提出了用两个或两个以上的各向异性周期结构光子晶体叠加在一起，形成叠层结构光子晶体，以获得窄带滤波特性的设想；利用光学传输矩阵法研究了这种结构的光子晶体，分析了在不同入射角和折射率条件下，该周期结构的透射和偏振的光学特性。分析表明，各向异性光子晶体在折射率比值较大或与高折射率各向同性介质结合使用，可以获得较窄的通带，从而实现滤波。数值模拟的结果也证实了上述构思的正确性。     

含色散增益介质光子晶体微腔的光学特性

为了理解光子晶体微腔的光学传输特性,探讨微腔的折射率对缺陷模放大特性和谐振频率的影响,采用时域有限差分法计算了含洛伦兹色散介质一维光子晶体微腔的透射谱,分析、比较了不同光子晶体微腔的透射谱。结果表明,微腔折射率的大小决定缺陷模的谐振频率,而介质色散特性将导致缺陷模频率的移动。另外,当通过复介电常数的虚部引入光学增益后,缺陷模在增益介质中被放大,其阈值特性和缺陷折射率的大小密切相关。模拟结果证明通过合理的选择微腔中介质折射率的大小,可以改善微腔的光学特性,降低激光器的阈值。     

一维光子晶体透射率的数值模拟

根据光子晶体的电磁特性,求解麦克斯韦方程,应用传输矩阵法求解一维光子晶体中电磁波传播的透射率特性,通过改变构成一维光子晶体的层数、材料折射率和材料厚度,得到层数变化对禁带宽度变化影响不大,折射率差值增大时带隙宽度也逐渐增大,两介质厚度有一定厚度差比厚度一样时形成较宽带隙。     

Kerr介质中失谐量对级联三能级原子纠缠演化的影响

利用量子理论,采用数值计算的方法对体系纠缠熵进行分析,得出光场相干参量、模间光子数、Kerr介质系数以及失谐量对级联三能级原子纠缠演化的影响。结果显示：纠缠强度随光场强度的增强而逐渐增强,模间光子数的增加可以使纠缠变得稳定。Kerr效应在光子数较多时影响显著。Kerr系数不变时,失谐量的增加会使纠缠强度增强,但这种影响主要体现在相互作用初期。