耦合腔光子晶体慢光波导结构

在单线缺陷结构中引入两个附加的相邻介质柱,构成一种新型的光子晶体耦合腔波导结构.通过平面波展开法对波导结构的的慢光特性进行了仿真分析,研究了平移线缺陷上下两侧介质柱,以及改变腔体的长度对器件色散特性和群速度的影响.结果表明:与平移缺陷上下两侧介质柱相比,通过改变腔体的长度,不仅可将光群速度低到0.03c(c为真空下的光速),而且器件的有效波长范围接近20nm.利用时域有限差分法得到波导结构的传输场分布图,研究波长的选取对入射激励光在光子晶体耦合腔波导中传输场的影响,发现结构参量优化后的光子晶体耦合腔波导仍然具有良好的传输特性.     

基于二维光子晶体耦合腔波导的新型慢光结构研究

对二维介质柱光子晶体耦合腔波导慢光结构进行了研究,发现随着缺陷腔之间晶格个数增多,群速度减小很快,选用7×7超胞单元时耦合腔波导结构的导模最大群速度ν_g-max只有光子晶体线缺陷波导的1/251.然后对7×7超胞单元的缺陷腔周围四个介质柱半径进行调整,发现新型结构导模的ν_g-max进一步减小,最小可达到589×10^-4c,约为未调整之前的1/5.最后通过比较发现,当改变缺陷腔上下相邻两个介质柱半径时得到的结构具有更好的慢光特性.     

光子晶体波导慢光特性研究

基于二维三角晶格空气孔光子晶体,通过在光子晶体单线缺陷波导两侧引入不同的耦合腔,设计了慢光特性较好的波导结构.利用平面波展开法计算波导的色散曲线,并分析慢光模式的群速度和群速度色散特性.耦合腔采用单缺陷腔时,适当调节波导宽度可以获得在零色散点群速度为0.0128c的慢光模式,对应在1.55 μm波长处的带宽为409 G...     

光子晶体耦合腔光波导慢光结构特性研究

研究了用于光缓存的光子晶体耦合腔光波导的结构对慢光传输特性的影响.详细讨论了微腔间距关于波导禁带、导模带宽、导模传输群速度的具体关系.计算发现,随着微腔之间距离的增加导模显著平坦化,群速度急剧减小.当相邻微腔之间距离为7个晶格常数时,获得了小于2×10~(-4)c的超小群速度.通过长度为13.23 μm的7×7超胞构成的光子晶体耦合腔光波导,产生的最大光延迟超过了400 ps,这比相同长度传统光波导产生光延迟大四个数量级.     

椭圆柱微腔光子晶体耦合腔波导的慢光特性研究

采用大介质柱和椭圆介质柱环绕微腔结构构成光子晶体耦合腔光波导(PC-CROW),在获得慢光的同时,其缓存特性也获得了提高。当普通介质柱半径为0.25a(a为光子晶体晶格常数),环绕微腔圆形大介质柱半径为0.35a时,得到小于2.37×10-4c(c为真空中的光速)的导模群速度,这比均匀介质柱微腔波导的最大群速度减小了一个数量级,存储容量也有所下降;考虑到缓存性能,为了进一步改善PC-CROW的慢光性能和缓存特性,将环绕微腔大介质柱椭圆化,在椭圆长轴为0.42a,短轴为0.20a时,获得导模群速度小于2.3053×10-4c,存储容量达到9.8214 bit,品质因子Q也达到了最大值3575.1。     

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....     

二维正方光子晶体波导中的慢光传输

采用平面波展开法分析了正方晶格光子晶体线缺陷波导中的慢光传输.数值模拟结果表明,介质柱光子晶体线缺陷波导中,缺陷模的群速度与填充比、缺陷处介质柱半径及与波导相邻介质柱半径有关,其中缺陷处介质柱半径对缺陷模的群速度影响最大;随着填充比和缺陷处介质柱半径的增大及与波导相邻介质柱半径的减小,缺陷模的群速度逐渐减小且最小减至0.015c.进而对比研究空气柱光子晶体线缺陷波导,发现缺陷模的群速度随着缺陷处空气柱半径的减小而减小,最小减至0.008c.     

光子晶体异质结耦合波导光开关

以二维三角晶格光子晶体为研究对象,在该光子晶体中引入两行平行的单模线缺陷波导,以一行耦合介质柱为间距,通过调节部分耦合介质柱的折射率,构筑了光子晶体异质结耦合波导光开关结构。利用平面波展开法和定向耦合原理计算了在不同入射光频率下,缺陷波导间耦合介质柱的折射率不同时的耦合长度,确定了合适的光子晶体异质结耦合波导光开关的结构参数。利用时域有限差分法研究了该光开关中耦合介质柱的折射率变化及异质结构介质柱的位置分布对光信号输出路径的影响。结果表明,通过改变该结构中耦合介质柱的折射率可以改变光的输出路径,可实现光的开关行为。并且异质结构介质柱位置的随机分布对该光开关的影响不大,有助于光子晶体新型滤波器、定向耦合器、波分复用器以及光开关等光子器件的研究。     

矩形孔光子晶体波导慢光特性

在线缺陷光子晶体波导中,利用矩形孔和椭圆孔分别替代临近线缺陷的第二行和第一、三行圆形孔,构成矩形孔光子晶体波导结构.利用平面波展开法对波导的慢光特性进行仿真分析,研究矩形孔的非对称性对慢光带宽和色散特性的影响.研究表明,在慢光区域平均群折射率变化为±10%的情况下,与圆形孔线缺陷波导相比,得到的导模能更好地限制在禁带中,而且当矩形孔宽度参量小于高度参量时,导模可以得到归一化延迟带宽积更大、带宽更宽、色散更小的慢光.通过对波导中矩形孔参量的优化,得到的慢光归一化延迟带宽积最大为0.402,此时带宽为44.4nm,群速度色散为8.0ps2/mm.     

圆弓形散射元构建的耦合波导的慢光特性研究

选取高品质因数的圆弓形散射元微腔构建耦合波导,通过改变散射元参数和耦合腔散射元平移等方法,得出光子晶体耦合腔波导结构的慢光变化规律,并实现很好平带下的极高群折射率。模拟结果显示,不同微腔个数的耦合波导,通过调整短轴/长轴之比和散射元平移等方式,不仅可以获得各种平带慢光曲线,还可以获得群折射率从4.10×104到1.35×105的超低慢光结构。     

非均匀光子晶体光纤光栅慢光的研究

利用改进的全矢量有效折射率方法结合耦合模理论和传输矩阵法,研究了高斯切趾和线性啁啾对光子晶体光纤光栅群时延的影响。结果表明:随着高斯切趾系数的增大,群时延最大值先增后减,即存在群时延最大的切趾系数。线性啁啾使得光栅群时延产生一段线性良好的区域,而且啁啾系数的绝对值增大时,群时延的线性区域扩大。但是,线性啁啾并不能使光栅在某一波段获得较小的群速度。高斯切趾可以有效调节最大群时延峰的带宽和高度,是一种有效调节光栅群速度的方法。     

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.     

Slow light effect with high group index and wideband by saddle-like mode in PC-CROW

Slow light with high group index and wideband is achieved in photonic crystal coupled-resonator optical waveguides (PC-CROWs). According to the eye-shaped scatterers and various microcavities, saddle-like curves between the normalized frequency f and wave number k can be obtained by adjusting the parameters of the scatterers, parameters of the coupling microcavities, and positions of the scatterers. Slow light with decent flat band and group index can then be achieved by optimizing the parameters. Simulations prove that the maximal value of the group index is > 10⁴, and the normalized delay bandwidth product within a new varying range of n _g > 10² or n _g > 10³ can be a new and effective criterion of evaluation for the slow light in PC-CROWs.     

光子晶体耦合波导实现光开关效应的研究

提出了一种基于光子晶体耦合波导实现光开关效应的方法:将线缺陷引入二维光子晶体以形成两平行的邻近波导,两邻近波导及其中间的两排介质柱构成了光开关模型耦合区;利用平面波展开法计算了不同介质填充率情况下的色散特性.结果发现:减小介质填充率可以实现波导耦合长度的减小;分段调整中间介质柱的填充率和选择不同的耦合搭配长度,定向耦合...     

Design and analysis of a wideband photonic crystal waveguide with low group-velocity and low dispersion

The slow light propagation in a line waveguide in the two-dimensional triangular photonic crystal has been numerically studied, based on which a wideband photonic crystal waveguide with low group-velocity and low dispersion is proposed. The numerical simulation analysis shows that it is possible to maximize the group index and minimize the group-velocity dispersion in wide bandwidth by increasing the radius of the basic air hole and changing the position of the first two rows of air holes in photonic crysta...     

Superprism Behaviour of an Array of Photonic Crystal Waveguides

The behaviour of an array of photonic crystal waveguides is numerically investigated. It is shown that high dispersion may be achieved in the telecommunication window around 1550 nm, with a device whose dimensions are in the order of half a mm².     

Low group velocity in a photonic crystal coupled-cavity waveguide

A two-dimensional photonic crystal coupled-cavity waveguide is designed and optimized, the transmission spectrum is calculated by using the finite-difference time-domain method, and the group velocity of c/1856 is obtained. To our knowledge, this value of group velocity is the lowest group velocity in a photonic crystal waveguide calculated from its transmission spectrum so far. The result is confirmed by the photonic band structure calculated by using the plane wave expansion method, and it is found that the photonic crystal waveguide modes in a photonic band structure are in accordance with those in the transmission spectrum by using the finite-difference time-domain method. The mechanism of slow light in the coupled-cavity waveguide of photonic crystal is analysed.     

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