二维介质柱光子晶体波导吸收边界条件

设计优化了用于截断二维正方格子介质柱光子晶体波导的分布布拉格反射波导的结构.二维时域有限差分数值模拟结果显示，在上述两种波导联接处的反射系数可以在大部分光子晶体波导导波的频谱范围内降到1％以下.将这种分布布拉格反射波导和通常的吸收边界条件相结合可以构成用于光子晶体波导的吸收边界条件，其反射率可以降低到-40dB以下，吸收层的厚度可取为晶格长度的1.3倍. 关键词： 吸收边界条件 光子晶体波导 时域有限差分     

光子晶体波导定向耦合器

在完整二维光子晶体中引入线缺陷后，就形成了光子晶体波导；将时域有限差分方法(FDTD)用于光子晶体波导耦合研究，计算了不同耦合长度情形下的波导各个出口处的透过率，结果表明：光子晶体波导耦合遵循普通介质波导耦合的一般规律，也有定向耦合的功能。进一步的研究表明：对于不同的频率，光子晶体定向耦合器耦合系数是不同的，并且耦合系数和对应的频率之间近似直线关系。     

用级联缓变结构实现光子晶体波导和传统波导的耦合

为了提高光子晶体波导与传统介质波导的耦合效率,设计了级联缓变结构.先将传统介质波导中的光耦合进尺寸相当的光子晶体W5波导中,然后W5波导中的光被耦合进尺寸较小些的W3波导中,最后光被耦合进尺寸最小的W1波导.各级波导之间由半径逐渐增大的空气孔连接,空气孔半径逐渐变化相当于波导有效折射率在变化,所以各级波导可以看作是被折射率缓变结构连接起来.由于折射率的缓变,使得光从前一级波导耦合进相邻的后一级波导时反射很小,从而能有效地提高耦合效率.数值计算表明,在光子晶体禁带范围内,除了波导有限长度和波导微小禁带造成的微小不通带外,耦合系数一般能达80%左右,最高可达到95%.     

喇叭型开口光子晶体波导的传输谱研究

设计一种喇叭型开口二维光子晶体波导,利用时域有限差分法计算波导传输谱图。模拟结果表明：通过改变开口处光子晶体椭圆点缺陷的结构,传输谱图中将出现相应变化的缺陷模,可用于实现频率可调的窄带光子晶体滤波器。     

二维光子晶体平行多波导的传输光谱研究

采用时域有限差分法研究二维光子晶体两平行直波导以及三平行直波导的传输特性。计算结果表明,两平行波导在不同的频率范围内表现出不同的耦合特性：在高频段两波导表现出相互的能量交换,实现光耦合,而在低频段传输谱图重合,各波导传输光强均为入射光强的二分之一;对于三波导系统,发现在不同的频率范围内主波导与两耦合波导之间也表现出不同的耦合特性：在高频段两耦合波导与主波导实现光耦合,而在低频段两耦合波导与主波导的传输谱图同步变化,耦合波导的传输光强均约为入射光强的四分之一。     

光子晶体波导的设计与特性

设计了Y型和回型二维光子晶体波导,基于时域有限差分法模拟了传输特性,并得出Y型结构对应的TE模、TM模的带隙结构。为此可以根据具体情况设计满足不同要求的波导结构。     

1×4光子晶体波导分束器的特性

在完整的二维光子晶体中引入线缺陷,形成了光子晶体波导,光子晶体波导分束器是集成化光学电路的重要组成元件。我们设计了一种线缺陷1×4光子晶体分束器,并且用有限时域差分法研究了它的特性。研究表明,输出端的透射传输特性与入射光的波长和分支的几何形状有关,并且入射波分别相等地流入四个输出端口。为了减少1×4分束器在三个Y型分支区的反射,可以通过调节在分支区的可调介质柱的半径R,使每个输出端口具有很高的透射率。     

点缺陷二维光子晶体波导的出射光集束

光子晶体器件在高密度集成光通信中有广泛的应用,为解决光子晶体波导出射光场的空间控制,采用时域有限差分法分析光子晶体波导结构的缺陷传播特性,提出基于点缺陷优化波导结构,通过在波导出射口两侧加上点缺陷,出射光方向性有显著提高,实现三点光源干涉系统的光集束。模拟结果表明缺陷态越靠近能带结构中央,共振腔的耦合效率越高;相反,缺陷态越靠近能带结构边缘位置,则共振腔耦合效率越低,因此,选取禁带区域四分之一处对应的点缺陷,可以有效实现波导出射的光集束。     

含Kerr介质二维光子晶体波导传输特性的NFDTD分析

利用非线性时域有限差分法(NFDTD)理论,导出了含Kerr介质的二维NFDTD算法的离散表达式,并对含Kerr介质点缺陷的二维光子晶体波导传输特性进行了分析,得到了相应的透射频谱和光场分布图.研究发现,对于输入该波导的归一化频率为0.419的光信号,当入射光强小于2.8×104W/m2时,信号几乎不能通过;当入射光强大于2.5×106W/m2时,信号能通过.这些结果将有助于光子晶体光限幅、光开关等器件的设计.     

点缺陷二维光子晶体波导的出射光集束

光子晶体器件在高密度集成光通信中有广泛的应用,为解决光子晶体波导出射光场的空间控制,采用时域有限差分法分析光子晶体波导结构的缺陷传播特性,提出基于点缺陷优化波导结构,通过在波导出射口两侧加上点缺陷,出射光方向性有显著提高,实现三点光源干涉系统的光集束。模拟结果表明缺陷态越靠近能带结构中央,共振腔的耦合效率越高;相反,缺陷态越靠近能带结构边缘位置,则共振腔耦合效率越低,因此,选取禁带区域四分之一处对应的点缺陷,可以有效实现波导出射的光集束。     

光子晶体平面波导与脊波导高效耦合技术的研究

利用一维变周期谐振腔阵列和非线性缓变边界，可以实现光波从脊波导到光子晶体平面波导 （PCW）的高效耦合.基于平面波展开法（PWE）和时域有限差分法（FDTD），深入分析和讨 论了普通脊波导、2D-PCW结构和本征模以及工作模式、缓变边界形状等对耦合效率的影响， 从而得出光波从脊波导到2D-PCW、再返回脊波导的统一图景.指出考虑模式转换和采用缓变 边界条件可以极大提高PCW与脊波导间的耦合效率.对PC-PW边界采用线性和非线性缓变结构 进行了仿真，讨论了边界缓变程度对耦合效率的影响.结果表明，采用模式耦合和PC-PW余弦 缓变边界时的耦合效率在较宽的带宽内超过了95%. 关键词： 光子晶体波导 脊波导 PWE FDTD 耦合边界     

Analysis of optical coupling between air-holes photonic crystal and tapered dielectric waveguides

Two types of structures for the optical coupling between photonic crystal waveguide (PCW) with triangular air-holes lattice and tapered dielectric waveguide (TDW) are investigated. The TDWs are coupled with PCW at the input and output connections of the PCW, which can constitute a unidirectional waveguide structure. The transmission efficiencies of the input and output coupling are analyzed theoretically for different coupling structures. It is found that the coupling efficiencies vary with the width and length of coupling region. When the light transmitted from TDW to PCW, the highest transmission efficiency is 92.6%, and it is 99.6% when the light transmitted from PCW to TDW. Then the total transmission efficiency of the entire waveguide is simulated and it can reach 92.3% for one type of structure and is a little lower for the other type of structure under the chosen optimal structure parameters. Considering the current processing accuracy, the structure mentioned above should be an effective coupling manner that can be easily realized.     

光控液晶光子晶体微腔全光开关

设计了一种缺陷模迁移光子晶体微腔全光开关. 两条二维三角晶格空气孔光子晶体波导由一个光子晶体微腔连接, 在微腔的点缺陷中填充掺有少量偶氮聚合物的苯乙炔类液晶. 通过调节控制光的偏振态, 使偶氮聚合物发生顺-反异构化反应, 带动液晶分子重新取向, 从而改变光子晶体微腔的谐振波长, 进而实现光的通过与截止. 运用时域有限差分法和平面波展开法分析 了二维光控液晶光子晶体微腔全光开关的光学特性. 数值计算结果表明: 对于1.55 μ通信波段通过外界偏振光控制所填充的向列相液晶 的折射率可以实现对光波的导通与截止. 分析结果显示, 此开关具有阈值低, 消光比较大, 体积小等优点. 关键词： 二维光子晶体微腔 波导 时域有限差分(FDTD) 液晶     

二维平板光子晶体直波导的制备和光传输特性的测量

利用聚焦离子束刻蚀的方法在SOI(silicon on insulator)基片上制备了W3型二维光子晶体直波导.观察并测量了近红外激光通过光子晶体波导的散射图形和透过谱.实验结果说明，激光在有引入引出脊形波导的光子晶体直波导中具有很好的传输特性. 关键词： 光子晶体波导 光子带隙 脊型波导     

二维三角晶格光子晶体波导的出射光集束传播

为了解决光子晶体波导出射端光场控制, 同时解决二维三角晶格光子晶体波导出射光辐射困难的问题。利用二维三角晶格光子晶体设计了一种新型光子晶体波导出射口结构。在二维三角晶格光子晶体波导出射端引入两个微腔, 通过光波与微腔发生共振, 形成类似于三个点光源干涉的出射光, 同时进一步提出波导出射端喇叭口干涉出射光定向辐射的设计。通过这种微腔喇叭口设计, 利用时域有限差分法分析结果表明光波实现很好的定向辐射, 并且辐射距离显著提高。     

高Q值二维光子晶体缺三腔的数值模拟与分析

针对单光子源对高性能纳米腔的需要, 采用“柔性束缚"光子限制结构和时域有限差分法, 通过把时域和频域的光电场分布与理想高斯函数进行比较, 设计出一种高品质因子的光子晶体缺三腔(L3), 其Q值达Q=2.8×10⁵, 有效模式体积为V_eff=0.1813(λ/n)³, 相应的Purcell因子超过F=1.2×10⁵. 此外, 提出一种定量描述腔性能优劣程度的能量系数分析法, 通过定量对比二维高斯分布下的场分布能量与总能量, 提高了腔的优化速度与准确性. 计算结果表明, 随着腔性能的优化, Q值正比于能量系数γ值直至饱和.     

Influence of disorder and deformation on the optical properties of two-dimensional photonic crystal waveguide

We investigate the effect of disorder and mechanical deformation on two- dimensional photonic crystal waveguide. The dispersion characteristics and transmittance of the waveguide are studied by using the finite element method. Results show that the geometric change of the dielectric material perpendicular to the light propagation direction has a larger influence on the waveguide characteristics than that parallel to the light propagation direction. Mechanical deformation has an obvious influence on the performance of the waveguide. In particular, longitudinal deformed structure exhibits distinct optical characteristics from the ideal one. Studies on this work will provide useful guideline to the fabrications and practical applications based on photonic crystal waveguides.     

Influence of disorder and deformation on the optical properties of a two-dimensional photonic crystal waveguide

We investigate the effect of disorder and mechanical deformation on a two-dimensional photonic crystal waveguide. The dispersion characteristics and transmittance of the waveguide are studied using the finite element method. Results show that the geometric change of the dielectric material perpendicular to the light propagation direction has a larger influence on the waveguide characteristics than that parallel to the light propagation direction. Mechanical deformation has an obvious influence on the performance of the waveguide. In particular, longitudinal deformed structure exhibits distinct optical characteristics from the ideal one. Studies on this work will provide useful guideline to the fabrication and practical applications based on photonic crystal waveguides.     

Engineering the light propagating features through the two-dimensional coupled-cavity photonic crystal waveguides

This paper studies the propagating characteristics of the electromagnetic waves through the coupled-resonator optical waveguides based on the two-dimensional square-lattice photonic crystals by the finite-difference time-domain method.When the traditional circular rods adjacent to the centre of the cavities are replaced by the oval rods,the simulated results show that the waveguide mode region can be adjusted only by the alteration of the oval rods’ obliquity.When the obliquity of the oval rods around one cavity is different from the obliquity of that around the adjacent cavities,the group velocities of the waveguide modes can be greatly reduced and the information of different frequencies can be shared and chosen at the same time by the waveguide branches with different structures.If the obliquities of the oval rods around two adjacent cavities are equal and they alternate between two values,the group velocities can be further reduced and a maximum value of 0.0008c(c is the light velocity in vacuum) can be acquired.