光子晶体自准直光束偏振分束器

结合能带图和等频图分析,基于光子晶体自准直效应和光子带隙,设计了一种紧凑、高效的偏振分束器.时域有限差分法(FDTD)模拟表明,该设计可以在一个较大的频率范围f=0.268—0.278(c/a) 内实现TE模和TM模的高效(85%)、大角度(90°)分离.在光通讯波长λ=1.55 μm,该设计尺寸仅为9 μm×9 μm.这些特性使其在光通讯领域中具有重要的应用前景. 关键词： 光子晶体 偏振分束器 自准直     

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.     

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.     

二维光子晶体中与电磁波偏振态无关的自准直

利用有限时域差分法(FDTD)进行数值模拟，在二维光子晶体中实现了电磁波两种偏振态的自准直——全光自准直(full-light-self-collimation).研究表明，通过对光子晶体的结构做适当的调整，可以在较宽频率范围内实现横电波(TE波)和横磁波(TM波)沿着相同方向传播，同时保持较强的能流强度.全光自准直可以显著提高光源利用率和光波导的传播效率，在高密度集成光路中有非常重要的用途. 关键词： 光子晶体 偏振 自准直     

基于光子晶体自准直环形谐振腔的全光均分束器

通过等频图分析并结合时域有限差分法模拟,在一个与偏振态无关的自准直光子晶体环形谐振腔中,研究发现当环形谐振腔内的光传输距离改变时,横电波(TE)和横磁波(TM)两种偏振态的光在通过环形谐振腔之后的输出将会随之变化并呈现出不同的周期性.通过选择适合的传输距离,实现了TE,TM自准直的情况下同时分束50%的结果,构成了一种基于光子晶体自准直环形谐振腔的全光均分束器.全光均分束器扩大了分束器的运用范围,也会在高密度集成光路中发挥重要的作用. 关键词： 光子晶体 环形谐振腔 自准直 分束器     

无规结构全角高反一维光子晶体的场强分布

因一维光子晶体的许多应用由其场强分布特性所决定，本文研究了无规全角高反一维光子晶体场强分布的性质，结果表明在带隙内,两者的场强分布无明显差别,但在研究各种应用和器件关系最密切的带隙边缘, 周期结构的场强分布只有对称性的一种；无规结构光子晶体的谱带边缘电场分布特性则完全可按应用要求进行设计和控制，为光子晶体器件设计提供了全新的思路. 关键词： 光子晶体 无规结构 光子能隙 全角高反 场强分布     

基于自准直效应的光子晶体异质结偏振分束器

基于光子晶体的自准直效应和禁带特性,提出了一种具有非正交异质结结构的光子晶体偏振分束器.无需引入缺陷或波导,可使光波在该结构中准直无发散地传输并实现分束功能,对制造工艺的要求大大降低.利用Rsoft软件,结合平面波展开法和二维时域有限差分法,对提出的偏振分束器进行了仿真研究.结果表明,该偏振分束器在一个较大的频率范围f=0.275—0.285(a/λ)内可实现横电(TE)和横磁(TM)模的大角度偏振分离,TE和TM模的透过率均在88%以上,偏振消光比分别大于26.57 dB和17.50 dB.该结构可应用到太赫兹波段的传输系统中,a=26μm,尺寸大小为572μm×546μm,在91—95μm波长范围内可实现TE和TM模的分离.利用该结构可设计用于光通信系统(n=3.48)的偏振分束器,a=426.25 nm,结构仅为9.38μm×8.95μm.本方案结构简单,易于集成,有望在集成光路的发展中发挥重要作用.     

基于光子晶体自准直和带隙效应的马赫-曾德尔干涉仪设计

结合能带图和等频图分析,基于光子晶体自准直和光子带隙效应,设计了一种紧凑、高效的全光子晶体马赫-曾德尔(MZ)干涉仪.相应的光分束器和反射镜均由缺陷结构的光子晶体实现.讨论了干涉仪的输出机理,并与时域有限差分法(FDTD)模拟结果进行了比较.结果分析表明可以把MZ干涉仪作为一种气体、液体微型探测器.可在集成光学中起到重要的作用. 关键词： 光子晶体 自准直 MZ干涉仪     

光子晶体光纤传输特性的研究

应用平面波展开法研究光子晶体光纤的传输特性,数值模拟得到了光子晶体光纤传播模式图,以及光子晶体光纤的频率和色散关系,研究结果为光子晶体光纤器件的开发提供了理论依据。     

Archimedes 32,4,3,4结构光子晶体中与偏振无关的自准直分束器

通过等频图分析并结合时域有限差分法法模拟, 在Archimedes 3²,4,3,4结构排列的二维光子晶体中同一频率下同时实现了电磁波两种偏振态的自准直. 研究发现,在该结构光子晶体中引入缺陷,当线缺陷宽度改变时, TE和TM两种偏振态光束的分束效果将会随之变化.由此通过控制缺陷宽度,分别实现了两种偏振态光束的50% ∶50%分束以及90°大角度光折弯,分束和折弯的效率都较为理想,为未来设计基于光子晶体的新型光子学器件提供了一种新的思路.     

Controlling the self-collimation characteristics of a near-infrared two-dimensional metallic photonic crystal

Self-collimation characteristics of the two-dimensional square-lattice photonic crystal(PC) consisting of metal rods immersed in silicon are studied by the finite-difference time-domain method.The Drude dispersion model is adopted to describe the metal rod,and the self-collimation behaviours of the near-infrared light through the PC are studied.The frequency region and the tolerance of incident angle for the self-collimation behaviour can be controlled by changing the shape of the metal rods.     

Extraordinary wavelength dependence of self-collimation effect in photonic crystal with low structural symmetry

We present the optical properties of a new type of photonic crystal (PC) named star-shaped PC (STAR-PC) with anomalous equi-frequency contours. Intentionally introducing low-symmetry in the primitive unit cell gives rise to progressively tilting flat contours, which are observed in the fifth band of the transverse magnetic mode. Due to the intrinsic dispersive feature of the proposed PCs, i.e. tilted self-collimation, the incident signal with different wavelengths can be successfully separated in a spatial domain without introducing any corrugations or complexities inside the structure. We show numerical investigations of wavelength selective characteristic of the proposed PC structure in both time and frequency domains. The STAR-PC approach can be considered a good candidate for the wavelength division applications in the design of compact photonic integrated circuits. For the purpose of wavelength separation implementations, the proposed structure may operate within the wavelength interval of 1484.5–1621.5 nm with a broad bandwidth of 8.82%. The corresponding inter-channel crosstalk value is as low as ?19 dB and the calculated transmission efficiency is above 97%.     

Relationship between group velocity and symmetry of photonic crystals

Group velocity (GV) of eigenmode is a crucial parameter to explain the extraordinary phenomena about light propagation in photonic crystals (PhCs). To study relationships between group velocity and symmetry of PhCs, a new general expression of GV in PhCs made up of non-dispersive material is introduced. Based on this, the GVs of eigenmodes of PhCs, especially those of degenerate eigenmodes at highly symmetric points in the first Brillouin zone, are discussed. Some interesting results are obtained. For example, the summation of degenerate eigenmodes' GVs is invariant under the operations of wave vector ${{\bm K}}$-group $M_{{\bm K}} $. In addition, some numerical results are presented to verify them.     

光子晶体的原理与应用

光子晶体是一种在微米、亚微米等光波长量级上折射率呈现周期性变化的介质材料，它使某些频率范围内的光子态密度大大降低．甚至完全形成光子禁带．本文介绍了光子晶体的原理、制备及应用．     

二维正方格子磁性光子晶体的界面传导模

采用平面波展开加超元胞方法计算了二维正方格子磁性光子晶体的光子带隙结构，其中散射子的形状分别为长方形，正方形，六角形和圆形.结果表明绝对带隙宽度和其宽高比远大于同种结构的非磁性光子晶体.在此基础上，构成了混合型异质结，并计算了相应的传导模，发现了理想的界面传导模，而且当磁性散射子为长方形、圆形、六角形散射子时产生传导模都不需要晶格畸变，这也是磁性光子晶体异质结所具备的优点. 关键词： 光子晶体 光子带隙结构 传导模