二维正方晶格光子晶体禁带特性

基于平面波展开法,以碳化硅构成二维正方晶格光子晶体,数值模拟了TE模、TM模二维光子晶体的禁带特性,结果表明,TE模更容易形成光子禁带。同时设计了以碳化硅构成二维正方晶格光子晶体波导,数值模拟了TE模、TM模波导的传输特性和禁带特性,结果表明,TE模构成的波导电磁波能够较好的传播,它们的光子禁带都没有出现。研究结论为光子晶体波导器件的开发提供参考。     

二维光子晶体六通道波分复用器的透射谱

设计了一种由微米尺度二维光子晶体构成的六通道波分复用系统。该系统包括利用光子晶体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。采用时域有限差分方法（FDTD）,研究光在该系统中的传输特性。     

二维正方晶格光子晶体三光波导方向耦合器

光子晶体是以介电常数呈周期性排布且在光波长量级构建的人工微结构,利用其具有光子禁带这一特性可实现对光子的控制。引入线缺陷可形成光子晶体波导。以1.55μm的TE偏振光作为光源,用时域有限差分法计算并分析了二维正方晶格光子晶体三光波导方向耦合器在不同波导间距下的耦合长度及耦合效率分别与介质柱折射率和介质柱半径的变化关系。研究结果为1.55μm耦合器的结构设计及制备提供一定的理论指导。     

用于5G通信的二维圆柱型光子晶体波导带通滤波器设计

波导带通滤波器是大功率微波滤波的重要器件,为5G通信基站大功率微波传输提供了可能.基于光子晶体的频率带隙特性,把二维圆柱型光子晶体引入矩形波导中,设计了一款应用于5G通信的二维圆柱型光子晶体波导带通滤波器,仿真研究了该滤波器的滤波特性,以及引入点缺陷、线缺陷时滤波器的性能变化.二维光子晶体结构在矩形波导中在3～7 GH...     

二维磁振子晶体中线缺陷模的性质及其应用

在超原胞近似下, 利用平面波展开法数值计算了含线缺陷结构的二维磁振子晶体带结构及缺陷模的磁化强度场分布. 研究结果表明, 线缺陷结构的引入会在禁带中产生一个小范围的通带, 即产生线缺陷模. 该模式的存在可使自旋波沿着线缺陷结构的方向传播, 利用此性质含线缺陷结构的二维磁振子晶体材料可作为自旋波导波器件的制作材料. 关键词： 磁振子晶体 线缺陷 波导     

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。     

二维光子晶体T型波导分支器数值模拟研究

采用平面波展开法和时域有限差分法,对GaAs二维正方晶格光子晶体的色散特性和带隙结构进行了数值模拟研究,并对GaAs二维光子晶体线缺陷构成的T型波导分支器的微波传输特性进行了模拟和优化。数值模拟结果表明,光子晶体填充比对带隙结构有显著地影响。通过在拐角处插入额外的电介质棒对GaAs二维正方光子晶体T型波导分支器进行优化,数值模拟的结果表明,优化的GaAs二维正方光子晶体T型波导分支器在一阶带隙范围内透射系数将提高到0.96以上。     

光子晶体定向耦合三波长功分器

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以一行耦合介质柱为间距的平行单模线缺陷波导.通过分析和研究光子晶体波导耦合结构的耦合和解耦合特性,发现在不同频率下耦合波导的耦合长度不同.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,缺陷波导间耦合波导的耦合长度,设计了一种新型超微光子晶体波导耦合型三波长功分器,实现了归一化频率分别为0.369、0.394、0.435的光波的分束效果.采用时域有限差分法验证了该功分器具有很好的功率分配效果.本文结果有助于光子晶体新型滤波器、定向耦合器、波分复用器、偏振光分束器以及光开关等光子器件的研究.     

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。     

光子晶体滤波特性分析

采用时域有限差分(FDTD)方法,研究光在含点缺陷(即微腔)和线缺陷(即波导)的光子晶体中的传输特性.计算结果表明,处于光子晶体禁带的光能被局域在光子晶体波导中传输.而具有特定本征共振频率的光子晶体微腔可将在其附近波导中传播的相应频率成份的光下载到微腔中,不同结构的腔可以“下载”不同频率成份的波.以上计算结果,可用于光子晶体上/下载滤波器的设计.     

二维单斜点阵光子晶体的第一布里渊区及带隙计算

二维单斜点阵光子晶体在光学聚焦器件及光子晶体波导中有重要的应用价值，详细讨论了二维单斜点阵光子晶体的第一布里渊区及带隙计算，并与常规方法计算得出的二维正三角形晶格光子晶体的带隙结构进行了比较.最后讨论了临界条件下二维单斜点阵光子晶体的带隙结构，证明了本方法的有效性.     

适用于毫米波带状束行波放大器的光子晶体栅慢波电路研究

提出了一种适用于毫米波及THz波行波放大器的光子晶体栅慢波电路,即横向分布光子晶体栅慢波电路,并提出了分析和设计此类光子晶体栅慢波电路的方法.通过计算光子晶体TE极化的带隙和在带隙内将光子晶体栅慢波电路等效为矩形栅波导慢波电路,从而,光子晶体栅慢波电路的设计得以分为两步独立进行,从而简化了光子晶体栅慢波电路的设计.对横向分布光子晶体栅慢波电路进行了设计和计算,结果表明,与矩形栅波导慢波电路相比,横向分布光子晶体栅慢波电路可以降低工作电压并增加带宽,从而可以降低成本. 关键词： 行波放大器 光子晶体 毫米波 慢波电路     

Influences of supercell termination and lateral row number on the determination of slow light properties of photonic crystal waveguides

We systematically analyze the effects of the use of an inaccurate supercell termination and an insufficient supercell size of plane-wave expansion method on the dispersion and the slow light properties of the photonic crystal waveguides. The inattentive use of supercells of photonic crystal waveguides appeared in the literature is found to be yielding errors in the dispersion and slow light characteristics of the fundamental guided mode of photonic crystal waveguides. In addition, extra modes appear in the photonic band gap of the photonic crystal waveguide due to inaccurate supercell termination. By examining the field distribution of the modes, the extra modes can be determined and removed from the band diagram. The dispersion, group index and bandwidth characteristics are observed to be less affecting from inaccurate supercell termination as the number of rows adjacent to the waveguide increases. Moreover, the dispersion and the group index-frequency curves of the fundamental guided mode of correctly terminated supercells are found to be converging as the lateral row number along the line-defect is increased.     

基于太极形介质柱六角光子晶体禁带特性研究

提出了一种新型的非对称性散射体的二维六角晶格光子晶体结构–-太极形介质柱光子晶体. 利用平面波展开法从理论研究这种光子晶体结构的能带特性以及结构参数对完全禁带的影响. 研究表明:散射体对称性的打破, TE模和TM模能带宽度和数目都会有所增加, 有益于获得更宽的完全禁带以及更多条完全禁带.通过参数优化, 发现在ε = 17, R=0.38 μm, r=0.36R, θ = 0° 时, 获得最大完全带隙宽度0.0541(ωa/2πc); 在ε = 16, R=0.44, r=0.2R, θ = 0°时, 光子晶体完全带隙数目最多达到8条. 关键词： 光子晶体 禁带 平面波展开     

Theoretical predictions of photonic properties of nanoporous copolymer films as photonic band gap materials using FDTD

Block copolymers (BCPs), which self-organize into ordered 1-, 2- and 3-dimensional periodic equilibrium structures, can exhibit photonic band gaps (PBGs). In this paper, cylinder microdomain nanoporous films are proposed to be treated as a new kind of 2-dimensional BCP based photonic crystal. The minor component of the nanoporous films has been removed chemically with only pores left in order to enhance their dielectric constant contrast, which provides a new solution to achieve necessary PBG properties with BCPs. The finite-difference time-domain (FDTD) method is used to investigate band features of this kind of photonic crystal theoretically. It is noted that the complete band gaps for the H polarization are obtained, although for the E polarization only the incomplete gaps exist. In addition, the gap map of the PBG materials is presented and its characteristics are analyzed. PACS 42.70.Qs; 42.70.Jk; 42.25.Bs     

空气环型二维光子晶体完全带隙特性研究

采用平面波展开法, 系统研究了空气环型二维光子晶体的完全光子带隙随结构参数变化而改变的规律, 并将其与普通的空气孔型和介质柱型二维光子晶体的完全带隙进行了比较. 研究表明: 空气环型二维光子晶体不仅可以获得更宽的完全带隙, 而且, 当介质折射率较低时, 其可以获得普通空气孔型和介质柱型二维光子晶体在低折射率条件下所无法获得的完全带隙. 关键词： 空气环型二维光子晶体 完全带隙 平面波展开法     

Photonic band gap grating in He+-implanted lithium niobate waveguides

In this work, we report the investigation of 2D photonic crystals in lithium niobate associated with waveguiding structures fabricated by He⁺ implantation. From the material point of view, the investigation of PBG structures in lithium niobate is of great interest for optoelectronics technology since this crystal is one of the most important materials widely used in integrated and non linear optics. The choice of the implantation technique to produce the waveguide is motivated by the possibility of having both Transverse Electric (TE) and Transverse Magnetic (TM) guided modes in order to obtain a total photonic band gap (PBG).     

紫外线波段一维Ag/MgF_2光子特性的理论研究

利用传输矩阵方法对一维Ag/MgF2光子晶体的带隙特性进行了研究。构建了由Ag和MgF2组成的一维光子晶体结构模型,以此模型为基础详细讨论了填充比、周期层数、入射角等参数对光子晶体带隙结构的影响,并讨论了造成吸收的原因。研究结果表明,与其他金属光子晶体的研究结果相比,该结构的金属光子晶体在紫外线波段具有高反射率的光子带隙,属于不完全带隙的一维光子晶体,适用于制作紫外线波段的光学反射镜。     

电磁波在周期介质中的传播及二维光子晶体的光子带结构

光子晶体是光学与凝聚态物理交叉的新领域,也是近年来应用物理学的一个重要研究领域,它是一种由介电常数高的(低的)介质在另一种介电常数低的(高的)背景介质中周期排列所组成的人造多维周期结构材料,能够产生光子带隙。频率落在带隙内的光在晶体里沿任何方向都不能传播,因而具有能够抑制原子、分子的自发辐射等诱人的光电子学特性,在基础研究和实际应用上都有着巨大的潜力。本文在这一领域里进行了富有成效的研究,获得了很好的结果。主要有:(1)利用平面波展开方法来计算二维光子晶体的带隙结构。首先,我们设计正方晶胞的二维光子晶体模型。设x₃方向为介质柱的轴方向,二维周期结构在x₁-x₂平面上。晶胞的晶格常数为a,半径为r,介质柱和空气柱的介电常数分别为ε_a=17和ε_b=1,a>2r。设计的核心思想是通过降低光子晶体结构的对称性,消除光子能带在晶体的布里渊区高对称点上的本征简并。(2)对于二维光子晶体的电磁波理论及周期介质中的Bloch波解做了详细的推导,给出了光子晶体中禁带存在的理论依据。同时以正方格子晶格的二维光子晶体为例,验证了电介质在空气圆孔中的排列存在E偏振和H偏振的光子带隙重叠区,称为绝对光子带隙。对于二维的光子晶体,两种本征偏振模式的光子能带结构可以独立地调节,以实现两者的光子带隙的最优重叠, 从而大大提高了二维光子晶体的完全带隙宽度。     

Design of Ultra Compact Polarization Splitter Based on the Complete Photonic Band Gap

A novel design of polarization splitter based on the complete photonic band gap has been proposed in this paper. The proposed Photonic Band Gap (PBG) polarization splitter is formed by two photonic crystal waveguides composed of dielectric rods in air in honeycomb structure for which complete photonic band gap is obtained using the plane wave expansion (PWE) method. The splitting properties (i.e. coupling length, extinction ratio and insertion loss) of PBG polarization splitter have numerically been investigated using the finite difference time domain (FDTD) method. It has been shown that polarization splitter of length as small as 32 μm can be designed at λ=1.55 μm. The proposed polarization splitter offers a large bandwidth of 120 nm.