镜像对称缓变准周期结构一维光子晶体的缺陷模

利用传输矩阵方法,研究了镜像对称缓变准周期结构一维光子晶体的缺陷模。结果表明,当镜像对称缓变准周期结构一维光子晶体的周期数增加时,禁带宽度逐渐展宽;引入缺陷后,出现缺陷模,缺陷模的波长随缺陷层厚度增加和缺陷层介质折射率的增大而向长波方向移动。     

横磁模式下二维非磁化等离子体光子晶体的线缺陷特性研究

采用等离子体的分段线性电流密度卷积时域有限差分算法研究了横磁波入射时具有单一线缺陷的二维非磁化等离子体光子晶体的缺陷模特性. 从频域角度分析得到微分高斯脉冲的透射系数,并讨论该光子晶体的晶格常数、介质圆柱半径、周期常数、缺陷层参数和等离子体参数对缺陷模特性的影响. 结果表明,改变周期常数、缺陷层位置和等离子体碰撞频率不会改变缺陷模的频率,改变缺陷层介质圆柱的相对介电常数、半径和缺陷层到介质层的中心距离可以在不改变禁带宽度的前提下实现对缺陷模的调节,改变晶格常数、介质圆柱半径和等离子体频率能同时实现对禁带宽度和缺陷模的调节. 关键词： 等离子体 光子晶体 缺陷模 时域有限差分算法     

一维光子晶体缺陷模的偏振特性研究

利用周期结构的布洛赫定理推导了一维无限光子晶体缺陷模方程,研究了缺陷模的偏振特性,以及在不同入射角和缺陷层厚度下缺陷模位置的变化.利用传输矩阵方法对有限周期数光子晶体也进行了研究,分别对应一维无限光子晶体和有限周期数光子晶体给出了数值计算结果.通过比较这两者的数值结果得出了缺陷模随入射角和缺陷层厚度变化的一般规律.     

一维三元光子晶体缺陷模的特性研究

在考虑色散关系的基础上,利用传输矩阵法讨论了一维三元光子晶体缺陷模的特征.结果表明:缺陷层几何厚度增加时,缺陷模中心红移,透射率下降,品质因子变小.三介质的几何厚度各自独立递增时,缺陷模都向长波方向移动,缺陷模的品质因子先增后降.入射角增大时,缺陷模中心蓝移,透射率不变,半峰全宽度变窄,品质因子变小.若忽略缺陷介质的色散,当其折射率减小时,缺陷模蓝移,透射率变大,半峰全宽度保持不变,品质因子增大.     

介质层厚对含负折射率介质Bragg微腔的影响

研究了介质层厚对含负折射率介质一维光子晶体Bragg微腔的缺陷模和双稳态的影响.在中心频率附近将传输矩阵各矩阵元采用泰勒级数展开并取一级近似,得到了缺陷模频率与介质层厚的关系式及品质因子公式.研究结果表明：一级近似法能很好地解释中心频率附近介质层厚对缺陷模频率的影响.理想Bragg微腔结构的缺陷模品质因子最大;递增正折射率介质层厚和增大缺陷层介质层厚、递减负折射率介质层厚及同时等量递减正和负折射率介质层厚,均可使缺陷模红移,双稳态阈值降低.     

1维光子晶体缺陷模

 利用光学传输矩阵理论对掺杂1维光子晶体的缺陷模进行了研究。计算和分析了缺陷层折射率、缺陷层厚度与缺陷峰的关系。得出结论：随着缺陷层厚度的增大,缺陷峰波长呈线性增加,但是当缺陷层厚度增加到一定值时,缺陷峰的个数也将不断增加;缺陷层折射率也与缺陷峰波长有线性正比关系。从而提出了一种在微波领域测量介质折射率和介电常数的有效方法。     

由单负材料组成的对称型一维光子晶体的偏振特性

利用传输矩阵法,讨论了由单负材料组成的对称型一维光子晶体的偏振特性。结果表明:入射角较小时,TE、TM两波隧穿模的中心位置基本相同。入射角θ增加,两隧穿模均向短波方向移动,且其半峰全宽变窄。入射角θ>20°时,两隧穿模的蓝移量增加,且TM波的移动量大于TE的,入射角越大,这一变化越明显。周期数N增加时,两隧穿模的位置保持不变,半峰全宽变窄;TM波隧穿模的透射率保持为1,而TE波的有所下降。介质的几何厚度增加时,两隧穿模均向长波方向移动,隧穿模的透射率保持不变。两介质几何厚度的变化量相同,两隧穿模的移动量也分别相同。     

非线性一维光子晶体反射谱的多值特征研究

以含有一层kerr非线性介质的一维光子晶体为对象,基于子层逆向递推算法,给出了非线性反射谱一种简单有效的数值计算方法.基于此方法得到了该结构在1 535~1 565nm范围内的非线性反射谱.当输入光强高于阈值时,缺陷模缓慢移动并出现弯曲倾斜的多值特征.分析了上跳波长、下跳波长随输入光强的变化趋势.研究了线性周期介质和非线性介质结构参数对反射谱的影响.研究表明:增加周期介质的周期、高低折射率比和非线性层厚度都能使缺陷模变窄,输入光强阈值和上跳波长、下跳波长的阈值波长降低;而非线性介质的三阶非线性系数增大时,输入光强阈值降低,但缺陷模宽度、上跳波长和下跳波长的阈值波长没有明显改变.这种多值特征对于设计光学开关、光学滤波器等有着重要的指导作用.     

三元1维含缺陷层光子晶体带隙结构

利用传输矩阵法研究了含缺陷三元1维光子晶体的带隙结构,并通过数值模拟分析了光子晶体缺陷层厚度的变化对带隙结构产生的影响。结果表明:含缺陷对称分布的三元1维光子晶体,缺陷层厚度对禁带的带宽影响不大;在较宽的禁带中存在一个很窄的透射峰,该透射峰随着缺陷厚度的增加而红移。在一定的范围内,给出了该透射峰波长随缺陷厚度变化的非线性函数关系,在此基础上对禁带中该透射峰的半峰全宽做了计算,给出了半峰全宽随缺陷厚度变化的关系图。     

一维光子晶体微谐振腔的调谐特性与品质因子

利用传输矩阵法研究了对称结构和非对称结构一维光子晶体微谐振腔的调谐特性和品质因子.研究发现：当缺陷层光学厚度增加时,缺陷模中心波长也会随着增加即向长波方向移动,微谐振腔的调谐特性与缺陷层两边介质的折射率有关;相比于对称结构,非对称结构能在较小的缺陷层光学厚度变化范围内实现较大波长范围的线性调谐;品质因子随缺陷层厚度的增加先增大后减小,在缺陷模中心波长为λ0时可达最大值;高低折射率介质层的排布对微谐振腔品质因子有影响.     

声子晶体材料的吸收对弹性波缺陷模的影响

为了研究声子晶体材料的吸收对缺陷模的影响,引入复波数,推导出一维掺杂声子晶体的转移矩阵,计算了衰减系数和周期数对透射波和反射波中缺陷模的影响。得出:当周期数一定时,衰减系数对一维掺杂声子晶体的透射波和反射波中的缺陷模都有显著的影响,缺陷模的峰值随衰减系数的增加而迅速减小,缺陷模的宽度随衰减系数的增加而增大。当衰减系数一定时,缺陷模的峰值和宽度都随周期数的增加而迅速减小。     

Optimization of two-photon absorption enhancement in one-dimensional photonic crystals with defect states

One-dimensional photonic crystals with a defect layer of CdS were fabricated. The observed enhancement of two-photon absorption (TPA) in the CdS layer can be attributed to the intensified optical field confined within the defect layer of the photonic crystal. The results show that the enhancement of TPA coefficient depends basically on the number of periods of the photonic crystal and the defect mode position in the photonic band gap. The observation agrees qualitatively with the expectations of a computation by matrix transfer formulation.     

用一维光子带隙结构增强硫化镉双光子吸收研究

用真空镀膜方法制备了含有单个CdS缺陷层的具有不同周期和结构参量的TiO2／SiO2一维光子晶体。用抽运一探测技术研究了CdS缺陷层的双光子吸收（TPA）现象。实验结果表明：一维光子晶体中CdS缺陷层的双光子吸收显著增强。不同周期和结构参量的一维光子晶体中CdS缺陷层的双光子吸收系数不同。双光子吸收的增强来源于由光局域化导致的缺陷层的电场强度的增加。缺陷层电场强度与一维光子晶体的结构有关,如周期,光子带隙的位置与宽度及缺陷模式等因素都会影响缺陷层电场强度。采用四分之一波长的高低折射率介质层和与入射波长匹配的缺陷模可以得到最大的缺陷层电场强度。     

可见光波段SiO2/CdSe一维光子晶体及缺陷模的研究究

采用SiO2/CdSe构建了可见光波段一维光子晶体结构,并在其中引入LiTaO3缺陷层。利用传输矩阵法,分析了电磁波在无缺陷与含LiTaO3缺陷层两种光子晶体中的带隙结构,系统地研究了缺陷层参数对光子晶体可见光波段带隙结构的影响规律。计算结果表明：LiTaO3的引入,有利于带隙宽度的增加,调整缺陷层结构参数,缺陷模的位置可在不同颜色区域出现,如红光、黄光等缺陷模。该结构有望用于制作可见光波段的滤波器。     

非线性Bragg微腔的双稳态研究

研究了一维Bragg微腔中的光学增强效应,并对F-P腔中Kerr介质的双稳态特性进行了理论分析,并得到相应的数学表达式.研究表明,对聚焦型Kerr介质（χ(3)>0）,要产生双稳态特性必须给入射光波预置一定的红移量,若是散焦型介质（χ(3)<0）则要预置一定的蓝移量.红移量（或蓝移量）的临界值与光子晶体的介质折射率、周期数、F-P腔长度、缺陷模的线宽（FWHM）等因素密切相关,它随介质折射率比、周期数、F-P腔长的增大而减小,随缺陷模的线形变窄而降低.要有效地降低非线性介质的双稳态开关阈值,除了尽可能选择较小的合适红移（或蓝移）量外,还要选择｜χ(3)｜较大的Kerr介质以增强腔内的非线性光学效应.     

缺陷态复周期光子晶体的特性研究

利用传输矩阵法计算复周期结构的光子晶体的色散关系和滤波特性 ,并重点研究了含有缺陷的类似于谐振腔结构的光子晶体滤波特性.由于这种缺陷态复周期结构的可调参数多,人们很容易得到在红外波段1550 nm附近窄带滤波窗口,透过率可达到近90%,而窗口以外的透过率在0.02%以下.当改变中间夹层厚度、周期数及缺陷层数时,窄带滤波窗口的位置和带宽发生改变.因此,它在高速,长距离光通信中将有很好的应用.     

含负折射率材料的一维光子晶体缺陷模式的研究

采用光学传输矩阵方法,研究了由正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体中带有缺陷层时的光学传输特性.计算了含有普通电介质插层和有吸收的介质插层两种情况下的透射谱.结果表明,在正入射时,对于普通电介质插层,随插层厚度的增大,缺陷模的个数增多;对于有吸收特性的介质插层,随插层厚度的增大和吸收特性的增强,缺陷模式并没有出现,而是表现为对透射峰的明显增益.     

含复合缺陷层的光子晶体的光学特性

运用传输矩阵法研究了在一维光子晶体中插入缺陷层的透光特性。在无缺陷层的一维光子晶体中能产生467~510 nm、1 279~1 715 nm两处明显的光子带隙。重点研究了插入缺陷层后,在1 279~1 715 nm的光子带隙中缺陷层厚度和入射角度大小分别与透射光谱变化的关系。研究发现：缺陷模的位置对入射角变化很敏感;出现缺陷模的数量和插入缺陷层的数量相同;一维光子晶体厚度的增大不会改变缺陷模的数量和位置,只改变透射峰的宽度和透射率。     

色散光子晶体GHz波段的传输特性

将两单负材料耦合后,再与一双负材料交替生成光子晶体。然后利用传输矩阵法对该光子晶体的能带和缺陷模进行了研究。结果表明:这种结构的光子晶体具有一种新型的光子带隙,不随晶格常数的缩放而移动;当引入普通电介质缺陷层时,缺陷模对入射角的改变不敏感,但缺陷模个数随着缺陷层厚度的增加而增多。     

材料的吸收效应对光子晶体温感特性的影响

利用传输矩阵法对含有缺陷层光子晶体缺陷模的透射率进行计算,主要讨论了材料的吸收效应对光子晶体温感特性的影响。以波长为800nm处缺陷态的透射峰作为研究对象,通过MATLAB数学软件数值模拟仿真发现:随着温度逐渐增加,缺陷模的透射率随之减小,说明光子晶体对温度变化有一定的灵敏度;介质材料的吸收效应会使透射峰随温度变化的速度减小,即光子晶体的缺陷模对温度变化的灵敏度减小;介质材料的消光系数越大,光子晶体的缺陷模对温度变化的灵敏度则越小。