硅树脂调制的可调光子晶体

文章提出一种利用硅树脂调节光子晶体光子带隙的方法,光子晶体波导是通过往二维正方形光子晶体的介质柱之间填充硅树脂得到的,利用温度场改变硅树脂的折射率.数值模拟结果表明:通过温度场可对这种光子晶体的禁带结构进行调节.这种可调光子晶体可应用于制作新颖的偏光片和光开关.     

液晶光子晶体光纤电场传感的模式特性

光子晶体光纤(PCF)的导光特性可通过改变空气孔的结构参数(孔径、间距和排列方式)、材料填充等方法进行调节。由于自身具有电可调性,液晶作为PCF的填充材料具有很大的研究价值,可以用于制作电可调PCF。利用有限元法分析了液晶(E7)填充的光子晶体光纤的基模有效折射率、有效模场面积等参量随占空比、外电场的变化关系,得到了不同占空比下基模的截止电压和一定电压下基模的截止波长。结果表明光子晶体光纤的电压可调范围随占空比增大而增大;占空比一定时,电压越大,波长可调范围越小。这种液晶填充的光子晶体光纤可以应用于电场传感等领域。     

二维液晶光子晶体的带隙特性分析

利用平面波法分析了二维液晶光子晶体的带隙结构,着重对三角形和正方形空气孔光子晶体带隙随液晶旋转角的变化情况进行了分析和比较.仿真结果表明,两种结构的光子晶体都可以通过改变填充液晶的转向角来实现带隙的动态可调性.正方形结构对填充比要求较高,制备难度大,而三角形结构带隙变化范围大,适当增加填充比还可以得到更好的可调性能,因此在实际应用中应尽量选择三角形结构的液晶光子晶体.利用液晶光子晶体的动态可调性,可以制成多种光通信系统中需要的器件,如全光开关、滤波器等,不仅可以节约成本,避免相似产品的重复购置,还可以提高系统的灵活性.     

一维全息光子晶体基本周期对光子禁带的影响

利用由传输矩阵法得到的一维光子晶体的反射率计算公式,针对具体的一维全息光子晶体周期结构,计算了折射率调制周期的改变以及光学厚度的改变对光子禁带结构的影响．结果表明：随着折射率调制周期参数的增大,禁带宽度减小,禁带中心的位置移向短波;随着光学厚度的增大,禁带宽度增大,禁带中心的位置移向长波．在设计光子晶体时,可以根据需要,通过改变光子晶体基本周期结构的参数来实现对光子带隙的控制．     

液体介质三维光子晶体禁带可调性能研究

研究了宽频折射率可调液体介质在三维光子晶体上的应用。设计了完美结构的液体光子晶体,采用 平面波展开法和有限时域差分法研究了液体介质的介电常数对光子晶体带隙的影响规律;采用光固化快速成型技 术制造了完美结构光子晶体模型,通过灌注不同介电常数的液体介质,发现液体光子晶体的电磁带隙频率随液体媒 介介电常数的升高而向低频移动,其禁带相比于传统液晶可调光子晶体有所拓宽。     

基于材料填充的可调光子晶体光纤器件

详细阐述了最近几年基于材料填充的可调光子晶体光纤器件的研究进展，以及发展可调光子晶体器件的重要意义。并根据调制方法的不同，进行了归类介绍：热调器件，电调器件，光调器件。对基于材料填充的可调光子晶体光纤器件的前景进行了展望。     

3维函数光子晶体的特性研究

为了研究3维函数光子晶体的光子禁带特性,采用平面波展开法计算得到色散曲线,推导了平面波展开法的相关计算公式以及介质球介电常数的函数关系式,探讨了可调参量函数系数I和介质球半径R₁对光子禁带特性的影响。结果表明,3维函数光子晶体呈立方体晶格分布,由介质球填充空气背景;与常规3维介质光子晶体相比,3维函数光子晶体不仅能得到可调谐的光子禁带,而且可以拓展禁带带宽,并增加光子禁带的数量;改变函数系数I的大小可以实现对光子禁带数量、位置和带宽的调谐;改变介质球半径R₁可以对光子禁带带宽实现展宽,并改变光子禁带的位置。该研究对设计新型可调谐器件是有帮助的。     

介电常数对比和填充率对光子晶体中光子禁带和局域态的调节

用有限时域差分法(FDTD)和Padé近似分析了二维光子晶体的能带结构和缺陷引起的局域态.针对介电常数对比和填充率对完整光子晶体中光子禁带以及缺陷态的影响作了研究.计算了不同缺陷的光子晶体模式的振荡频率和质量因子.数值模拟的结果表明通过改变介电参数对比和填充率可以实现对光子禁带的位置、宽度、数目以及对缺陷态的调整.     

液晶光子晶体可调自准直特性研究

液晶材料光子晶体由于具有可调谐性而得到了广泛的研究,但目前的研究主要集中在可调的光子带隙特性上。详细研究了液晶光子晶体的可调自准直特性。使用平面波展开法分析了液晶旋转角对光子晶体自准直频率的影响,并使用时域有限差分法对光在液晶光子晶体中的传输进行了仿真。结果表明,通过控制液晶旋转角,可以对光子晶体自准直频率进行调节,从而满足不同频率自准直的需要。     

介电常数对比和填充率对光子晶体中光子禁带和局域态的调节

用有限时域差分法(FDTD)和Padé近似分析了二维光子晶体的能带结构和缺陷引起的局域态.针对介电常数对比和填充率对完整光子晶体中光子禁带以及缺陷态的影响作了研究.计算了不同缺陷的光子晶体模式的振荡频率和质量因子.数值模拟的结果表明通过改变介电参数对比和填充率可以实现对光子禁带的位置、宽度、数目以及对缺陷态的调整.     

入射角度对一维光子晶体禁带的调制研究

利用特征矩阵法,分别研究了不同偏振方式的波入射到光子晶体时,光子晶体的禁带随入射角度的变化.结果表明:不论是TM波入射还是TE波入射,随着入射角度的增大,光子晶体的带隙都向短波方向移动;TM波入射时,光子晶体的带隙随入射角度的增大而减小,而以TE波入射光子晶体时,随着入射角度的增大,光子晶体的带隙逐渐增大.     

基于液晶填充的带隙型光子晶体光纤的滤波特性

在实芯光子晶体光纤的周期排列的空气孔包层中,填充高折射率液晶介质,使其形成光子带隙.由于填充后低折射率的纤芯周围分布着高折射率液晶棒,光子晶体光纤的横向因布拉格反射而形成了许多传输带,呈现多通道滤波特性.基于光子带隙理论,利用平面波展开法对填充液晶前后光子晶体光纤传导机制的转变进行了探讨,研究了填充液晶对光子晶体光纤滤波性能的影响.结果表明,当电场增大时,滤波通道中心向长波方向移动,滤波通道带宽增大;而对于相同的外加电场,随着液晶折射率的逐渐增大,滤波特性与电场增大情况类似,光子带隙开始向长波方向漂移,同时带隙的宽度也逐渐变大.

Abstract：

The photonic band gap is proposed by filling high-index liquid crystal into its periodically arranged air holes of the clad of solid core photonic crystal fibers (PCFs).Owing to the high-index liquid crystal clubs arranged around the low-index core after filling,PCFs show conductive bands and multi-channel filtering properties induced by transversely Bragg reflectance.Based on photonic band gap theory and plane wave expansion method,the effect of liquid crystal on the conduction change of PCF and filtering properties are researched.The results show that with the increase of electric filed,the filter channel center moves to long wavelength,and the bandwidth of filter channel increases.However,for the same applied electric field,with the increase of refractive index,the photonic band gap moves to long wave length and meanwhile the band gap increases.     

基于铁电液晶电控双折射的调谐滤波器的研究

将铁电液晶作为缺陷层引入一维光子晶体中,基于液晶的电控双折射,形成快速窄带调谐滤波器.用传输矩阵法研究了铁电液晶缺陷光子晶体的可调谐滤波特性,计算了电场对滤波器透射峰的位置、强度、个数和带宽的影响,结果表明该滤波器呈现良好的滤波功能.     

1维光子晶体的带隙研究

为了得到给定波长为通带或禁带的光子晶体,采用光学传输矩阵方法,模拟研究了由光子带隙结构如何得到相应的光子晶体结构.通过优化计算得到了指定波长带隙结构的光子晶体.结果表明,光学传输矩阵法完全能得到给定波长为通带或禁带的光子晶体.这一结果有助于光子晶体的广泛应用.     

光子晶体应用于在浓度检测上的模拟研究

采用平面波展开法数值计算了对二维光子晶体在TE和TM偏振态下的带隙进行了计算,给出了光子晶体中的禁带存在的理论依据,选择二维三角晶格光子晶体(GaAs)作为基底,在空气孔内填充浓度(质量百分浓度)为一定的待测溶液硫酸铜材料,通过计算得到了温度为298K情况下介电常数在71.917-62.530变化时,待测浓度的对应关系,并由此得到液体填充的光子晶体在不同偏振模式下光子禁带结构.结果表明,以硫酸铜的水溶液作为空气圆孔中的介质材料,当溶液质量百分浓度不同时光子带隙(PBG)发生变化。这对溶液浓度检测应用方面有一定的指导作用。     

新型光子晶体调谐滤波器的研究

提出了一种在光子晶体中引入液晶缺陷层的光子晶体调谐滤波器.用传输矩阵法给出了含液晶层时光子晶体的光谱透过率公式,对电压和液晶材料参数对调谐滤波器透射谱的影响进行了数值计算.结果表明,改变电压时光子晶体滤波器的透射峰波长和带宽作周期性变化,在适当电压作用下光子晶体具有多通道滤波功能,而液晶的厚度和固有双折射的改变几乎不能实现光子晶体滤波器的调谐作用.     

垂直沉积法制备高质量胶体光子晶体

利用乳液聚合方法制备了粒径约为262 nm的单分散聚苯乙烯(PS)微球。通过控制溶剂蒸发温度和液体表面下降的速度,用垂直沉积法较快速地制备出了在较大范围呈现很好有序性的密排结构聚苯乙烯胶体光子晶体,其在626 nm波长处存在光子带隙。在扫描电子显微镜(SEM)下,观察到该胶体光子晶体是面心立方(fcc)密排结构。实验结果表明,对于粒径为262 nm的聚苯乙烯微球,在温度为55℃,质量分数为0.3%的情况下,当液体表面下降的速度约为每天3 mm时,可以得到高质量的胶体光子晶体。这种高质量的胶体光子晶体可以为利用模板技术制备具有完全带隙的有序孔结构提供较理想的模板。     

一维光子晶体的带隙研究

采用光学传输矩阵方法,模拟研究了一维光子晶体的光学传输特性。考虑到实际需要给定波长为通带或禁带的光子晶体,研究了由光子带隙结构如何得到相应的光子晶体结构,结果表明本文方法完全能得到给定波长为通带或禁带的光子晶体。     

一维光子晶体的应变测量

采用ZnSe和Na3AlF6两种经典介质材料构造一维光子晶体,缺陷层介质为Na3AlF6。利用传输矩阵法对带有缺陷的一维光子晶体的传光特性进行了理论分析,并得到其带隙特性。分别数值研究了参考光子晶体以及应变前后测量光子晶体的透射谱,分析结果表明光子晶体所受的纵向应变与其缺陷峰波长之间呈线性关系,根据这种对应关系提出了一种新的测量应变的方法。由于粘贴光子晶体的基底与光子晶体的线膨胀系数不同,且温度变化也会引起构成光子晶体材料折射率的变化,导致光子晶体透射谱缺陷峰波长的漂移。为了消除温度误差,在测量光路中设置了与测量光子晶体结构相同的参考光子晶体,对温度的影响进行了补偿。实验表明,测量系统的灵敏度为6×10-4nm/με,测量范围为0～2000με。     

磁导率对光子晶体带隙特性的影响

利用时域有限差分(FDTD)法,计算了磁介质材料光子晶体(PC)的能带结构.结果表明,磁性散射也能形成光子禁带.增大PC构筑单元的磁导率,不仅能够增大带隙宽度,而且能够增加带隙个数和带隙深度.PC中引入磁性材料,增加了能带工程的调节自由度,为阻抗匹配设计提供了更多的可调参数,能更有效地吸收调频电磁干扰,对器件性能的改善具有广泛的应用价值.对其作用机理进行了探讨.