双折射光子晶体光纤传输特性分析

采用时域有限差分法对光子晶体光纤导模的传输特性进行数值分析,通过该法可得到任意横向结构光子晶体光纤的色散特性和双折射特性。为提高精度,在计算中应用了各向异性完全匹配层作为吸收边界条件。光子晶体光纤的传输特性完全由其横向结构决定。用时域有限差分法对一类对称结构和两类非对称结构光子晶体光纤进行了数值分析,计算结果表明经合理设计的非对称结构光子晶体光纤中可存在较高的双折射(其双折射可达0．07)。表明时域有限差分法可有效应用于分析和设计具有特定色散和偏振特性的光子晶体光纤。     

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。     

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。     

一维掺杂光子晶体缺陷模的共振理论

为了得到一维掺杂光子晶体的共振理论,建立了一维掺杂光子晶体的谐振腔模型,利用谐振腔的共振条件推导出缺陷模频率满足的解析公式,从理论上解释了产生一维掺杂光子晶体缺陷模的物理机理.利用频率的解析公式对缺陷模的频率随入射角、杂质光学厚度以及杂质折射率的变化规律进行了研究,解释了一维掺杂光子晶体缺陷模的变化规律.与特征矩阵法的计算结果相比,其结果完全吻合,从而证明了共振理论的正确性,弥补了一维光子晶体研究中数值计算方法的不足.     

一维掺杂光子晶体缺陷模的共振理论

为了得到一维掺杂光子晶体的共振理论,建立了一维掺杂光子晶体的谐振腔模型,利用谐振腔的共振条件推导出缺陷模频率满足的解析公式,从理论上解释了产生一维掺杂光子晶体缺陷模的物理机理.利用频率的解析公式对缺陷模的频率随入射角、杂质光学厚度以及杂质折射率的变化规律进行了研究,解释了一维掺杂光子晶体缺陷模的变化规律.与特征矩阵法的计算结果相比,其结果完全吻合,从而证明了共振理论的正确性,弥补了一维光子晶体研究中数值计算方法的不足.     

光子晶体传感器对溶液折射率和浓度的测量

为了得出光子晶体缺陷透射峰位置与溶液折射率及溶液浓度的关系,从而得知溶液的折射率和溶度之间的关系。本文构造了(AB)~NC(AB)~N型的一维光子晶体模型,采用时域有限差分法对该一维光子晶体的透射光谱做了数值模拟和分析。结果表明,蔗糖溶液折射率和浓度与光子晶体透过峰位置之间为严格的线性关系,光子晶体缺陷模透射峰位置随溶液浓度百分比的改变而变化。该溶液测量方法的溶液折射率测量灵敏度高达498.087 nm/RIU。这为光子晶体溶液折射率及浓度测量传感器的设计制作提供了参考,有助于该溶液浓度检测传感器在实际应用中的推广。     

基于紧束缚理论的一维多镜像光子晶体特性研究

基于紧束缚理论,分析了一维多镜像光子晶体中多缺陷模的产生及缺陷模式分裂的机理,建立了缺陷模频率与缺陷层相对位置的关系模型.采用传输矩阵理论研究了双镜像光子晶体的光学传输特性,并讨论了光子晶体周期层数、入射角度、介质层厚度等及介质的相对折射率差等参数对光子晶体缺陷模特性的影响.模拟结果表明,调整光子晶体参数和缺陷层的相对位置可有效调控光子晶体的缺陷模特性,可为光子晶体多通道滤波器等光学器件的设计和应用提供一定的理论参考.     

基于一维光子晶体的全光逻辑门研究

考虑光场分布的影响,利用传输矩阵法研究了含有非线性缺陷的非对称一维光子晶体的透射特性,得到一种新的全光逻辑门的实现方法.由于光场在缺陷层中有着很强的局域,光子晶体的非线性效应得到增强.基于此,分析了场分布和缺陷层折射率的相互作用对光子晶体透射特性的影响,结果表明：通过合理设计,透射特性完全可以达到稳定状态.在此基础上设计了基于一维光子晶体的异或、与等全光逻辑门     

基于非对称微波光子晶体的电磁二极管

通过引入具有类电磁诱导透明效应的超材料,非对称光子晶体谐振腔的透射特性得到了极大的优化,包括透射峰的品质因子和谐振腔模所对应的电磁场强度.品质因子的提高与非对称场强局域的增强有利于高性能电磁二极管的实现.我们在引入非线性材料的微带波导系统中验证了该方案.实验结果显示,此二极管在1.329 GHz的工作频率下可产生高达19.7 dB的透射对比度,同时输入功率强度仅为7 dBm.此外,我们提出的方案并没有大幅增加器件体积和剧烈降低信号透过率.这些特性的亚波长尺度实现将有益于集成光学回路的小型化.     

含负折射率材料1维光子晶体的偏振无关非全向的缺陷模

运用光学传输矩阵理论,研究了含负折射率材料1维光子晶体缺陷模的偏振特性。结果显示,零均折射率带隙中缺陷模对入射角和偏振有较强的依赖。通过对缺陷层参数的优化设计,得到了一系列的偏振无关非全向缺陷模,这是传统1维光子晶体中不能出现的。应用这些缺陷模,设计了低通、高通、带通空间滤波器。与传统光子晶体空间滤波器相比,这些空间滤波器具有偏振无关的优点。     

含负折射率缺陷的光量子阱的透射特性及理论模拟

利用转移矩阵方法对含负折射率缺陷的一维光子晶体量子阱结构的透射特性进行了研究。结果表明,当缺陷为偶数个时,结构透射谱中有两个透射峰;当缺陷为奇数个时,透射谱中只有中心处一个透射峰,且随着缺陷层数的增加,该处峰的品质因子逐渐提高。因电磁波在缺陷处的强烈局域,所以阱中局域态的透射率对缺陷的折射率有很强的依赖作用。通过控制入射光的强度可使缺陷的折射率发生微小的改变,进而使局域态的透射率发生明显改变,这样就可制作高效光开关。     

含有多缺陷的一维光子晶体的完全透射及应用

计算了具有多缺陷且相对中间缺陷具有镜像对称结构的一维光子晶体的透射谱。在光子晶体的禁带中得到了多个完全透射峰且对称性地分布于禁带中心频率两侧。缺陷相距较近时，禁带中心不存在透射峰。所有透射峰都敏感地依赖于中间缺陷的折射率。     

一维光子晶体中多缺陷耦合导致的杂质带

利用传输矩阵方法研究了包含多个周期性分布的缺陷的一维光子晶体的透射谱.以33个周期的1/4波堆存在5个缺陷的光子晶体为例作了数值计算.结果表明,在周期性光子晶体中加入多个缺陷时,将在截止带中产生多个缺陷模.这些缺陷模构成的杂质能带依赖于缺陷在晶体中的分布.当缺陷密集时,缺陷模耦合较强,杂质带中透射峰相距较远,它们对应禁带中许多分立定域的杂质能级;当缺陷稀疏时,缺陷模耦合较弱,透射峰相距较近,分立的杂质能级趋于简并,由此形成一个很窄的通带.     

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。     

Control of the transmission spectrum of a photonic crystal with lattice defects

The transmission spectrum of a one-dimensional photonic crystal with structural defects is investigated. An anisotropic layer of a nematic liquid crystal is considered as a defect. The possibility of effective external control of the transmission spectrum of the photonic crystal by changing either the orientational state of the defect liquid crystal layer (for example, using an electric field) or the angle of incidence of light is shown. It is established that the spectral properties of the photonic crystal change radically with a change in the optical characteristics of the defect layer in the vicinity of the temperature phase transition of the nematic liquid crystal to the isotropic state.     

Transmission properties of photonic quantum well composed of dispersive materials

The transmission properties of one-dimensional photonic quantum well structure produced by inserting defect layers into dispersive photonic crystals have been investigated. These photonic crystals are stacked alternatively with two kinds of dispersive material layers. The inserted layers structure is another kind of dispersive photonic crystal. It has been turned out that the confined states are quantized.     

Coupling of two defect modes in photonic crystal fibers

The coupling characteristics of two defect modes in photonic crystal fibers are investigated theoretically by the finite-difference time-domain (FDTD) method. The transmission spectrum and eigenmodes of optical wave are found to be very sensitive to the geometrical and physical parameters of the structure, as well as to the relative position of the two defects.     

对称双缺陷光子晶体的可调谐滤波特性分析

基于光子晶体的光子局域特性,并利用光子晶体的介观压光效应,提出了一种新型的双通道可调滤波器结构.采用传输矩阵法对该滤波器的光学传输特性进行了理论推导,建立了透射谱与光子晶体结构参数的关系,讨论了介观压光效应对双缺陷光子晶体透射谱的影响,并对所设计的光子晶体结构进行了数值模拟.结果表明:随着入射角度的增大,缺陷峰发生蓝移.随着各介质层折射率或几何厚度的增加,缺陷峰发生红移.当光子晶体发生轴向拉伸应变时,缺陷峰的位置向长波长移动,但缺陷峰的峰值大体不变,从而验证了此滤波器的可调节性.该光子晶体滤波器结构紧凑,可调谐性好,为光子晶体激光器及传感器的设计提供了一定的理论参考.     

光子晶体四信道波分复用器的研究

提出了一种由2-D光子晶体构成的四信道波分复用系统。该系统包括利用光子晶体的线缺陷实现的波导部分和利用光子晶体微腔实现的频率选择部分。采用时域有限差分(FDTD)方法,研究了光在含点缺陷(即微腔)和线缺陷(即波导)的光子晶体中的传输特性,并给出了仿真结果。计算结果表明,该结构可以实现波长为λ=1550nm附近的四信道波分复用。