掺杂光子晶体光纤的缺陷模增益谱与光孤子拉曼放大研究

本文研究在层状结构光子晶体光纤中引入多个缺陷区,制作出多芯的光子晶体光纤,在光子晶体光纤中增加的多个线缺陷形成波分复用技术的多个传输信道,在此基础上数值模拟研究在缺陷介质中掺入和未掺入激活杂质,光子晶体光纤的掺杂局域场特征以及受激辐射增强和透射率大于1现象与光子带隙内群速度异常和掺杂层复有效折射率负的虚部之间的内在规律,进一步研究发现在光子晶体光纤的各个线缺陷中掺入拉曼增益介质,得到光子晶体光纤拉曼放大规律.由于光子晶体光纤的各个信道间存在带隙,使得信道间信号串扰必然受到抑制,利用这些特性可以设计分布式高增益、极低噪声、宽带和有利于光集成的新型光子晶体光纤拉曼放大器,将它用于密集波分复用(DWDM)光通信系统.     

光子晶体缺陷中掺入增益介质的小信号增益特性

详细推导了光在单层增益介质传播的传输矩阵,得到增益介质复折射率的具体表示形式.利用含增益介质的传输矩阵法研究在单缺陷一维光子晶体的缺陷层中掺入增益介质的小信号增益特性,分析了小信号增益受参量变化的影响规律.结果表明:在光子晶体缺陷层掺入一定增益系数的增益介质,当缺陷层两侧存在一个相匹配的高低折射率材料周期排列层数时,得到的小信号增益最大;否则,小信号增益减弱.增益系数小,要获得最大的小信号增益时,相匹配的介质排列周期层数就多,反之亦然.     

基于一维光子晶体陷光的超薄晶硅太阳电池研究

先利用有限差分频域法研究了增透膜、Ag底面反射镜对不同厚度超薄晶硅电池光吸收谱的影响,得到最佳的超薄晶硅电池厚度为10～20 μm的结论.然后,针对厚度为12 μm的超薄晶硅电池陷光结构进行了理论优化,得到了增强因子大于2.25的一维光子晶体上表面织构结构.最后,对该电池结构的光生电流密度和倾斜入射光的接收角进行了计算,结果表明:最优的陷光结构可使12 μm的超薄晶硅电池的最大光生电流密度达33 mA/cm2以上,且在入射角为-60°≤θ≤60°的范围内,该电池均能保持较大的光生电流密度.     

基于一维光子晶体陷光的超薄晶硅太阳电池光学结构优化

先选择增透膜、Ag底面反射镜和三角带型一维光子晶体结构作为超薄晶硅电池(有源层厚度为12μm)的陷光结构,然后利用有限差分频域法对这一陷光结构进行了优化,最后通过吸收光谱和光电流密度谱对优化的陷光结构性能进行了评估.计算表明:在300 nm≤A≤800 nm的波长范围内,优化陷光结构实现了Yablonovith陷光极限;在800 nm≤A≤1100 nm的波长范围内,该优化陷光结构的性能略低于Yablonovith陷光极限,但明显高于矩形条带式一维光子晶体陷光结构的陷光性能.     

基于偶极子点光源模型光子晶体LED出光效率的研究

利用三维时域有限差分法(FDTD)对光子晶体LED出光效率的影响因素进行分析,比较了电偶极子和磁偶极子点光源模型对LED出光效率的影响,研究不同极化角偶极子点光源下光子晶体LED中的出光效率。数值计算结果表明:极化角越小,偶极子点光源在LED出光效率增强因子越大,磁偶极子点光源模型与电偶极子点光源模型相比,极化角对出光效率增强因子的影响明显减小。基于磁偶极子点光源模型,考虑极化角的影响优化设计一种空气孔三角晶格光子晶体LED结构,其出光效率增强因子高达4.5。     

Ce∶KNSBN晶体写入光位置对两波耦合增益的影响

本文采用非同时读出条件下两波耦合实验装置,以532 nm的单频固体激光器为光源,在不同写入光夹角θ、抽运光的偏振方向与e偏振光的方向呈10°、信号光为e偏振光及不同信号光与抽运光光强比条件下,通过改变写入光在Ce∶KNSBN晶体内的不同位置研究其对两波耦合有效增益的影响。研究结果表明,在相同角度下写入光强比为1∶10,写入光在晶体内位置d=0.1 cm时最佳,有效增益达到最大。在最佳写入光位置,写入光强比为1∶10时,在写入光夹角为24°时两波耦合有效增益为最大。并对实验结果进行了理论拟合与分析。     

电磁波在含各向异性材料和磁光材料一维光子晶体中的传输

为研究在含各向异性材料和磁光材料一维光子晶体电磁波传输极化态的变化,把磁光材料作为缺陷层,设计一维光子晶体。利用4×4传输矩阵算法,计算该结构的传输谱。发现在特定的共振波长,输入线性极化电磁波同样输出线性极化电磁波,但输出极化的方向与输入极化方向不同。输出极化的方向决定于输入极化方向,既可以随输入极化同方向变化,也可以反方向变化。研究结果为实现光控制光提供了新的手段。     

等离子体光子晶体研究进展综述

光子晶体作为控制电磁波传输的一种新型材料,以其优越的性能和广阔的应用前景近年来受到了国内外学者的广泛关注.如何制作结构参数可调的光子晶体,特别是如何加强其可重构性、可控性是当前光子晶体领域的一项重要课题.针对于此,本文对一种新型可调等离子体光子晶体超材料的研究进展进行了系统讨论.简要回顾了等离子体光子晶体的发展历史,介绍了等离子体光子晶体的实验产生方式和分类,阐明了等离子体光子晶体不同理论研究方法,并对其未来发展趋势进行了展望.从理论和实验两方面对等离子体光子晶体进行了深入分析.本工作为今后该领域的深入发展以及广泛应用提供了一定借鉴意义.     

基于声光效应的可调谐光子晶体的研究

利用传输矩阵法研究了一维异质双周期光子晶体的光子带隙随超声波变化的特性.首先,光子晶体的介电常数随超声波的传播出现周期性变化;然后,光波入射到此光子晶体时产生声光效应,采用Matlab软件模拟仿真并分析了该结构光子晶体的光子禁带的位置、宽度与超声波强度及频率的关系.结果表明:光子晶体禁带的位置、宽度可以通过控制超声波的强度和频率实现实时调制.这个结果为基于声光效应的可调谐光子晶体器件的研究提供了理论依据.     

新型纯二维嵌套复式周期结构光子晶体的光学禁带特性及制备研究

本文提出了一种两套晶格嵌套的全新纯二维嵌套复式周期光子晶体结构,并通过理论计算获得了外周期结构调制禁带位置,内周期的细微结构通过填充率的改变和结构的周期效应调制禁带宽度的新型禁带特性,从理论上验证了嵌套结构利用小尺寸周期调制大波长禁带的可行性.同时首次利用软刻蚀图案掩膜保护电化学阳极氧化方法制备出了这种全新嵌套复式周期结构.     

具有梯度结构的蛋白石光子晶体的制备

具有梯度结构的蛋白石光子晶体具有独特的光学性能。本文通过垂直沉积法和电场诱导沉积等方法共同作用将具有不同直径的聚苯乙烯(Polystyrene)胶体微球逐层组装在一起,制备出具有梯度周期尺寸变化的蛋白石结构。     

自组织等离子体光子晶体的光谱研究

利用双水电极介质阻挡放电装置,在空气和氩气组成的混合气体气体放电中,观察到了一种由放电丝自组织而形成的等离子体光子晶体.该晶体的结构由多个四边形的晶胞构成.每个晶胞由中心点、交叉点及连线组成,分别对应细等离子体柱、粗等离子体柱和片状等离子体.利用发射光谱法,研究了处于不同位置的等离子体状态,以及等离子体参量随着氩气含量的变化趋势.通过采集氮分子(N2)第二正带系(C3Πu→B3Πg)发射谱线,分别计算出了不同位置的等离子体的分子振动温度.通过氩原子696.57 nm(2P2→1S5)谱线的展宽,研究了不同位置的电子密度.实验结果表明:不同位置的等离子体具有不同的分子振动温度和电子密度.即他们所处的等离子体状态是不同的.在相同的氩气含量下,粗等离子体柱、细等离子体柱和片状等离子体的分子振动温度依次增高,且均随着氩气含量的增加而下降.在相同的氩气含量下,粗等离子体柱、细等离子体柱,片状等离子体的电子密度依次减小,且随着氩气含量的增加而下降.因为等离子体电子密度不同,对光的折射率是不同的,因此在该晶体结构中,粗等离子体柱、细等离子体柱,片状等离子体具有的折射率是不同的,他们与周围未放电的区域自组织形成了结构比较复杂的等离子体光子晶体.     

SiO2双尺寸光子晶体的自组装及稳定性探索

采用St?ber法制备不同尺寸SiO2胶体球,利用多次垂直沉积法制备SiO2双尺寸光子晶体.通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对所得双尺寸光子晶体的形貌和排列方式进行表征.对双尺寸光子晶体的生长过程进行探讨,研究界面作用力及胶体球间相互作用力对制备稳定结构的影响.研究结果表明,SiO2双尺寸光子晶体具有更加有序稳定的结构.胶体球间的相互作用力随胶体球粒径增大而增大,大粒径胶体球更有利于形成稳定的结构.     

二维异质结光子晶体弯曲波导的传输特性研究

应用时域有限差分(FDTD)方法,通过数值模拟研究光在二维异质结光子晶体L型弯曲波导的传输特性.结果表明:在异质结光子晶体波导中能更好地对光进行控制;并且异质结光子晶体L型弯曲波导的传输效率较同质结光子晶体波导提高了6;~7;.计算结果为高度集成化的光子晶体波导器件,提供了一条新的设计思路和依据.     

生长温度对KDP晶体光学性质影响的研究

用降温法在不同的温度下快速生长KDP晶体,并测量其透过光谱、光学均匀性、金属杂质含量和光散射性能.结果表明随着生长温度的提高,KDP晶体的紫外光吸收和光散射点密度明显降低,但均匀性和杂质金属离子含量并无明显变化.     

h-BN型超晶格等离子体光子晶体能带特性研究

六方氮化硼(h-BN)晶格结构是一种类六方对称复式超晶格结构。具有h-BN晶格构型的光子晶体以其宽光子带隙特点受到国内外学者的广泛关注。本文利用不同尺度低压气体放电管与Al₂O₃介质棒周期性排列,构建了新型h-BN型超晶格等离子体光子晶体,实现其空间结构和等离子体参数的动态调控。利用微波透射谱对比研究了h-BN型超晶格与简单三角晶格等离子体光子晶体禁带位置、宽度和数目。分析了放电电流、介质棒阵列数对不同频段光子带隙的影响,以及电磁波入射角度对电磁传输特性的影响。结果表明：等离子体的引入不仅能够形成新的光子带隙,而且可以选择性地使部分禁带位置发生移动;相对于简单三角晶格,h-BN型超晶格等离子体光子晶体呈现出更多光子带隙;Al₂O₃介质棒阵列数对等离子体光子晶体禁带位置、宽度和数目均具有重要影响。电磁波入射角度变化越大,电磁传输特性差别越显著,透射谱相关性越差。本文所设计的新型h-BN型超晶格等离子体光子晶体为制作可调谐光子晶体提供了新的思路,在微波和太赫兹波控制领域具有潜在应用价值。     

非线性光学晶体的研究进展

本文比较了无机、有机、半有机三类非线性光学晶体的性能、研究进展以及面临的主要问题和发展趋势;评述和展望了近年来出现的半有机非线性光学晶体的研究意义、潜在优势和发展前景.     

光子晶体多组元缺陷态问题研究

缺陷态光子晶体可以用于制作良好的谐振器、偏振器、滤光器等光学器件,具有重要的应用价值。本文发展了光子晶体缺陷态问题的PG有限元界面问题计算方法,有效地处理了各种不同组元体系、几何结构、界面形状、材料属性以及模态的光子晶体缺陷态问题。数值结果表明,二组元结构单点缺陷对带隙的影响较小,只是使局部范围内的波继续传播而产生一条缺陷带,多点缺陷使一些特定范围内的波可以传播而产生多条缺陷带,线缺陷产生的影响较大,可以使整个禁带消失。结合线缺陷与点缺陷,波导结构中的侧点缺陷可以有效地应用于光子晶体阻带内诱导窄通带或在波导的通带内诱导非常窄的阻带。三组元结构引入了不均匀介质、复杂介质形状以及不同几何结构的缺陷态。通过计算与分析发现Ω₃区域的介质形状对结果影响比较有限,表面层越不光滑禁带越窄,n型缺陷态在TM模中的高频区域更容易产生禁带。对于TE模来说,n型与v型的缺陷态更容易产生禁带。