二维正方晶格光子晶体禁带特性

基于平面波展开法,以碳化硅构成二维正方晶格光子晶体,数值模拟了TE模、TM模二维光子晶体的禁带特性,结果表明,TE模更容易形成光子禁带。同时设计了以碳化硅构成二维正方晶格光子晶体波导,数值模拟了TE模、TM模波导的传输特性和禁带特性,结果表明,TE模构成的波导电磁波能够较好的传播,它们的光子禁带都没有出现。研究结论为光子晶体波导器件的开发提供参考。     

液晶-金属光子晶体波导的光学特性

运用时域有限差分方法分析了二维液晶-金属光子晶体波导的光学特性。二维正方晶格金属光子晶体波导位于两个电极之间,其背景介质为液晶。通过在电极上施加不同电压,电场诱导液晶取向以改变液晶的折射指数从而改变光子晶体的带隙结构。数值计算结果表明:通过外界电场控制所填充的向列相液晶的方向可以对这种金属光子晶体波导的光学特性进行调节,该波导可用于制作光子晶体光开关等光学器件。     

不同结构光子晶体的带隙特性

基于平面波展开法研究光子晶体的带隙特性,数值模拟了横磁波和横电波在三角晶格和正方晶格构成的二维光子晶体中的带隙特性,得到了三角晶格较正方晶格更容易出现带隙,且三角晶格的横电波光子带隙较大.实验结果为光子晶体器件的设计提供理论依据.     

光子晶体缺陷结构的特性

基于平面波展开法,设计了二维正方晶格和三角晶格光子晶体缺陷结构,数值模拟了TE模、TM模式的光子晶体禁带特性,计算了二维三角晶格光子晶体缺陷结构的模式分布。结果表明,光子晶体缺陷结构能够形成很好的禁带特性和模式结构,研究结论为光子晶体波导器件的开发提供参考。     

光子晶体波导的设计与特性

设计了Y型和回型二维光子晶体波导,基于时域有限差分法模拟了传输特性,并得出Y型结构对应的TE模、TM模的带隙结构。为此可以根据具体情况设计满足不同要求的波导结构。     

光控光子晶体偏光片

提出了一种新颖的调节液晶光子晶体光子带隙的方法.光子晶体波导通过往二维三角形光子晶体的介质柱之间填充液晶得到，光诱导液晶取向以改变液晶的折射指数从而改变光子晶体的光子带隙.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.与电场调制方法相比，该光控液晶取向技术具有响应速度快、结构简单的优点.这种可调光子晶体可用于制作新颖的光敏偏光片.     

二维斜三角晶格光子晶体完全带隙研究

在二维正三角晶格光子晶体的基础上,通过改变晶体的晶格基矢构造了一种全新的周期结构。该周期结构的最小周期单元不再是传统意义上的等边三角形,而是一种更为优化的斜三角形结构。利用平面波展开法理论模拟了二维斜三角晶格光子晶体完全带隙的情况,发现所设计结构的完全带隙宽度是二维正三角晶格光子晶体完全带隙宽度的4.3 2倍。分析了介质柱宽度,介质柱旋转角度以及相对介电常数对所构造结构的完全带隙的影响,所得结果对二维光子晶体的理论研究和实际应用有所帮助。为任意角度的二维光子晶体集成波导的研究和制作提供了理论基础。     

二维六方柱光子晶体特性研究

通过平面波展开法对二维六方介质柱（空气孔）光子晶体带隙理论进行了分析,仿真发现带隙的变化与晶格常数的具体取值无关,而只与其填充比有关。三角晶格的这种光子晶体的带隙特性最好,并对空气孔之间产生交叠情况下的带隙特性进行了分析说明。随着介质柱（空气孔）与背景折射率差值的增大,光子晶体的带隙会逐渐变宽,而且带隙的位置也会向低频移动。用FDTD法对四方晶格的二维六方柱光子晶体波导透射特性进行了仿真,仿真结果表明其与波导的带隙结果吻合。     

光子晶体能态密度的电磁场特性

基于时域有限差分法,以半导体材料CdSe和CdTe构成二维三角晶格光子晶体,数值模拟了它们的光子晶体能态密度电磁场特性。结果表明,CdSe和CdTe构成二维三角晶格光子晶体具有较好的光子带隙,形成的带隙宽度随介电常数差值的增大而增大。研究结果为光子晶体器件的开发提供参考。     

用TMM数值模拟波源对二维光子晶体带隙的影响

把传移矩阵法(Transfer Matrix Method)用于数值模拟二维光子晶体传输特性,计算了若干波源情况下二维圆柱光子晶体的传输函数随频率的变化。计算结果表明敞源会影响光子晶体的带隙,带隙与采用平面波源还是用高斯波源有关,在同一波源下带隙与入射角有关。     

Larger complete photonic bandgaps in two-dimensional photonic crystal heterostructure

A two-dimensional photonic crystal heterostructure with a large complete photonic bandgap is presented. It consists of two photonic crystals, whose dielectric configurations are reverse, with triangular lattice of circular columns. The structure retains the ease of fabrication while increasing the maximum quality factor of the gap 2–3 times after optimization. Photonic bandgap properties are calculated using a plane-wave method and the transmission spectra are obtained.     

高频区具有大带隙的二维像素型光子晶体结构

针对方块像素组成的二维光子晶体，传统平面波展开法可经修正使之收敛速度大大提高。采用快速算法，在高频区域找到了一种具有稳定的较大绝对禁带宽度的GaAs光子晶体结构，绝对禁带宽度为0．0995ωc(ωc-2π／α，α为晶格常量，c为光速)，中心频率为1．2625ω。     

二维光子晶体耦合腔阵列的慢波效应研究

设计了一种六角晶格二维光子晶体耦合腔阵列,平面波展开法计算能带表明,处于禁带中的耦合缺陷腔模的色散曲线在光子晶体平面内所有k矢量方向更加平坦.模拟了横电波沿ΓK方向的透射谱.与光子晶体单缺陷腔相比,耦合腔阵列结构的缺陷腔模透射率提高三个量级以上,而群速度降低一个量级,得到0.007c的结果.该慢波效应在构造微型可调谐光延迟器和低阈值光子晶体激光器等方面具有潜在的应用前景. 关键词： 光子晶体 耦合腔阵列 慢波 透射率     

Effect of Dielectric Constant Contrast and Filling Factor to Photonic Bandgap

The effect of dielectric constant contrast and the filling factor to the photonic bandgap in a 2-D square lattice photonic crystal is discussed. The location, width and number of photonic bandgap can be modulated.     

二维光子晶体量子阱的光谱特性研究

研究了二维光子晶体量子阱的光谱特性,该量子阱结构由二维正方晶格圆柱晶胞光子晶体通过移去中间位置的介质圆柱层形成。由于光子晶体中的光子禁带充当了光子运动的势垒,类似于半导体量子阱中电子的行为,在光子晶体量子阱结构中会出现量子化的光子能态。文章利用平面波展开法计算了所用光子晶体的能带结构,利用传输矩阵方法计算了量子阱结构的透射光谱。计算结果表明,在光子禁带中出现了离散的透射峰,透射峰的强度随着势垒宽度的增加而减弱,个数随着势阱宽度的增加而增加,通过计算得到了其定量关系,并且讨论了透射峰频率与势阱宽度的关系。     

Transmission line model for extraction of transmission characteristics in photonic crystal waveguides with stubs: optical filter design

A simple and efficient transmission line model is proposed here to study how the transmission characteristics of photonic crystal waveguides are tailored by introduction of stubs patterned in the photonic crystal lattice. It is shown that band-pass and band-stop optical filters can be easily designed and optimized when stubs of appropriate length are brought in. Since the lengths of the designed stubs are not necessarily integer multiples of the photonic crystal lattice constant, a geometric shift in a portion of the photonic crystal structure is shown to be essential. The proposed model is verified by using a rigorous numerical method. An excellent agreement is observed between the numerical results and the transmission characteristics as extracted by the proposed model.     

用转移矩阵法数值研究二维正方介质柱光子晶体的传输特性

利用转移矩阵方法对二维正方介质柱光子晶体的传输特性进行了研究,数值计算研究了不同晶格、同一晶格柱体截面面积不同、放置方位角不同时光子晶体的传输特性。数值结果表明光子禁带的宽度与中心频率和晶格结构有很大关系,正方晶格更易形成平坦光子禁带,柱体截面面积大,则形成的禁带较宽,在其他因素相同的条件下柱体放置的方位角对光子禁带有重要影响。数值研究表明在正方介质柱下设计宽平坦光子禁带时,可以首先考虑正方晶格结构,其次设法使柱体截面尽量大一些,最后可通过柱体放置方位角来微调光子禁带的宽度与中心频率以达到设计要求。     

粒子群算法优化异质结构光子晶体环形腔滤波特性

为了提高异质结构光子晶体环形腔滤波器的滤波特性,采用粒子群(PSO)算法对其结构参数进行全局优化.以正方晶格光子晶体环形滤波器结构为优化对象,根据粒子群算法的位置——速度更新公式,对光子晶体缺陷处散射柱、耦合介质柱和内部介质柱的半径进行全局优化.通过理论分析和数值模拟结果可以看出,滤波结构参数优化后,可实现单模窄带滤波.与此同时,归一化透射率由53%提高到97%,证明了该优化算法的有效性,从而为该滤波结构在光电器件中的应用奠定了基础.     

Optical interleaver based on directional coupler in a 2D photonic crystal slab with triangular lattice of air holes

A small-size optical interleaver based on directional coupler in a 2D photonic crystal slab with triangular lattice of air holes is designed and theoretically simulated using plane wave expansion and finite-difference time-domain method. The interleaver is formed by two parallel and identical photonic crystal slab waveguides which are separated by three rows of air holes. The coupling region is designed below the light line to avoid vertical radiation. The simulated results show that the coupling coefficient is increased and the final length of the interleaver is decreased by enlarging the radius of the middle row of air holes. The transmission properties are analyzed after the interleaver’s structure is optimized, and around 100 GHz channel spacing can be got when the length of the interleaver is chosen as 40.5 μm.