混合光子晶体等离子激元纳米微腔

构建了一种三层混合光子晶体等离子体激元结构,分别为金属银(Ag)层,低折射率二氧化硅(SiO2)层和二维光子晶体层。这种混合光子晶体等离子体激元结构具有明显的横磁模(TM)模式带隙。在二维的光子晶体层的中心引入一个单元胞缺陷,形成缺陷腔结构。这种纳米尺度的光子晶体等离子体微腔的体积远小于传统介质的光学微腔,光子能量可以很好地被局域到低折射率层,实现了深亚波长尺度下的对光的限制。通过改变该混合光子晶体等离子激元结构的参数,利用三维时域有限差分(3D-FDTD)方法,分析了这种混合光子晶体等离子微腔结构的光学特性。分析表明:这种纳米微腔具有极小的模式体积0.0141(λ/n)3和高的Q/V值。     

光子晶体的微腔特性

为了设计一种高品质因子的光子晶体微腔和研究单缺陷光子晶体微腔谐振模波长随晶格常数的变化规律,使用时域有限差分法(difference time-domain method)和基于Baker算法的Padé近似方法计算了半导体材料上空气孔阵列光子晶体微腔的谐振模波长和品质因子.得到的新型光子晶体微腔的品质因子达246510,单缺陷光子晶体微腔模波长随晶格常数a和孔半径r的近似为线性变化关系:当孔半径r为一常数时,表现为晶格常数改变1nm,谐振波长变化约3nm,为实际制作光子晶体微腔激光器提供了理论指导.     

光子晶体的微腔特性

为了设计一种高品质因子的光子晶体微腔和研究单缺陷光子晶体微腔谐振模波长随晶格常数的变化规律,使用时域有限差分法(difference time-domain method)和基于Baker算法的Padé近似方法计算了半导体材料上空气孔阵列光子晶体微腔的谐振模波长和品质因子.得到的新型光子晶体微腔的品质因子达246510,单缺陷光子晶体微腔模波长随晶格常数a和孔半径r的近似为线性变化关系:当孔半径r为一常数时,表现为晶格常数改变1nm,谐振波长变化约3nm,为实际制作光子晶体微腔激光器提供了理论指导.     

基于二维光子晶体的微纳全光显示

利用二维光子晶体结构,通过引入线性波导和大小不同的光子晶体微腔,实现对可见光范围内、从红光到紫光各种波长光的分离,并完成向垂直于二维光子晶体结构表面自由空间中的光发射,从而得到微纳结构的全光彩色显示.由于对应于不同波长光的光子晶体微腔大小和在二维平面内的布局可根据需要设计,因而,对红、绿、蓝三色光,若合理设计分另适合于其对应频率的光子晶体微腔,并在二维平面内进行合理布局,可得到自由空间中的全固态白光照明.     

二维平板光子晶体微腔与波导的耦合北大核心CSCD

光子晶体是介质介电常数呈周期性排布的结构,具有光子带隙,处于光子带隙中的电磁波无法在其中传播。二维平板光子晶体是通过在衬底上刻蚀周期性排列的空气孔柱而形成的结构,由于其具有优良的控制光传播的特性而得到广泛的研究和应用。介绍了在二维平板光子晶体中引入缺陷形成的光子晶体微腔和波导的方法和性质。通过调整几何参数控制微腔与波导之间的耦合,实现基于二维平板光子晶体的全光开关、光存储、单光子源等光学器件并讨论其在量子光学网络中的应用。     

光子晶体波导与微腔耦合的三通道波分复用器

为了实现对光波有效的选择输出,并且使光波的带宽很小,设计了微腔耦合的三通道波分复用器。对该器件采用时域有限差分法和微腔与波导间耦合模进行研究。首先,根据微腔选择不同频率的光波,设计光子晶体滤波器模型。然后,基于光子晶体耦合模理论,由定向耦合波导和一个高品质因子微腔构成的波分复用器。最后,为了提高输出光的透射效率,在波分复用结构的主波导的输出端,增加五个介质柱,形成一个反射层。实验结果表明:此结构能够通过微腔选择不同频率的光波,经过优化设计后的波分复用模型,光波的透射率得到了提高,波长λ=1.763μm的光波达到透射率将近90%。在光子晶体中取多个微腔可以选择输出更多波长的光波,所以这种结构在光子晶体集成器件的制作上有很好的应用前景。     

一维多孔硅光子晶体的三阶非线性光学性质

在工艺参数实验和理论设计分析的基础上,制备 了包括多孔硅Bragg反射镜、多孔硅微腔和稳定 性很好的多孔硅三元结构在内的多孔硅一维光子晶体,对3种多孔硅光子晶体的结构进行了 表征,不同孔 隙度的多孔硅呈现出周期性的排列。采用单光束反射Z扫描方法 分别对3种结构的多孔硅在1064nm波长处的 非线性折射率进行了测量。实验结果表明,多孔硅三元结构光子晶体的三阶非线性折射率比 多孔硅Bragg 反射镜和多孔硅微腔高1个数量级,这将为多孔硅一维光子晶体用于先进光电器件的设计提 供了重要参考。     

折射率可调的二维光子晶体设计与特性

光子晶体在传感、滤波和光子晶体激光器等方面具有很重要的应用价值。设计了一种基于改变缺陷介质折射率的可调谐二维正方晶格和三角晶格光子晶体激光器微腔,在平面光子晶体薄板中引入点缺陷磷酸氧钛钾(KTP),在KTP两端施加交流电场控制KTP晶体折射率变化。实验中随着KTP晶体折射率逐渐增大,正方晶格光子晶体禁带数量减少,归一化频率减小,禁带宽度基本不变;而三角晶格光子晶体禁带逐渐变窄,且向低频方向移动。最后,用平面波展开法分析了晶体的能带结构,得到理论上的描述,验证了实验结果。     

微腔中nc-Si/SiN超晶格的光致发光

研究了一维光子晶体微腔结构对nc-Si/a-SiNz超晶格发射的调制.一维光子晶体微腔采用两种具有不同折射率的非化学组分非晶氮化硅的周期调制结构,腔中嵌入采用激光晶化方法制备的硅量子点阵列,从Raman谱和透射电子显微镜分析得到其尺寸约为3～4 nm.从光致发光谱上观察到明显的选模作用、明显变窄的发光峰以及约两个量级的发光强度的增强.微腔对硅量子点阵列发光的调制主要表现在两个方面:共振模式的增强和非共振模式的抑制.硅量子点中位于腔共振模式的辐射跃迁被增强,非共振模式的辐射跃迁被抑制,因此位于腔共振频率处的跃迁通道成为硅量子点中唯一的辐射跃迁通道,导致光致发光谱的窄化和强度的增强.因此,在提高硅材料发光效率方面,光子晶体微腔具有非常大的应用前景.     

微腔中nc-Si/SiN超晶格的光致发光

研究了一维光子晶体微腔结构对nc-Si/a-SiNz超晶格发射的调制.一维光子晶体微腔采用两种具有不同折射率的非化学组分非晶氮化硅的周期调制结构,腔中嵌入采用激光晶化方法制备的硅量子点阵列,从Raman谱和透射电子显微镜分析得到其尺寸约为3～4 nm.从光致发光谱上观察到明显的选模作用、明显变窄的发光峰以及约两个量级的发光强度的增强.微腔对硅量子点阵列发光的调制主要表现在两个方面:共振模式的增强和非共振模式的抑制.硅量子点中位于腔共振模式的辐射跃迁被增强,非共振模式的辐射跃迁被抑制,因此位于腔共振频率处的跃迁通道成为硅量子点中唯一的辐射跃迁通道,导致光致发光谱的窄化和强度的增强.因此,在提高硅材料发光效率方面,光子晶体微腔具有非常大的应用前景.     

有机半导体光学微盘及其带有微结构的微盘

光学微盘是光学微腔的一种典型结构．它以一个折射率高于周围介质的光波长尺度的微型光盘为光学谐振腔．半导体光学微盘以其相对简单的制造工艺,高品质因子Ｑ成为微腔物理和微腔器件很好的研究对象．在光学微盘中存在高品质因子的回音壁模式,沿微盘平面向外传播．解决微盘模式的非定向性发射,使光学微盘器件走向应用,是近年来光学微腔研究的一大热门课题． “光子晶体”的概念最早是由Ｙａｂｌｏｎｏｖｉｔｃｈ于１９８７年首先提出的．近年来随着深亚微米微加工技术的发展为光子晶体的实验研究创造了条件,各种光子晶体特别是二维光子…     

微腔中nc-Si/SiN超晶格的光致发光

研究了一维光子晶体微腔结构对nc-Si/a-SiNz超晶格发射的调制. 一维光子晶体微腔采用两种具有不同折射率的非化学组分非晶氮化硅的周期调制结构，腔中嵌入采用激光晶化方法制备的硅量子点阵列，从Raman谱和透射电子显微镜分析得到其尺寸约为 3～4nm. 从光致发光谱上观察到明显的选模作用、明显变窄的发光峰以及约两个量级的发光强度的增强. 微腔对硅量子点阵列发光的调制主要表现在两个方面：共振模式的增强和非共振模式的抑制. 硅量子点中位于腔共振模式的辐射跃迁被增强，非共振模式的辐射跃迁被抑制，因此位于腔共振频率处的跃迁通道成为硅量子点中唯一的辐射跃迁通道，导致光致发光谱的窄化和强度的增强. 因此，在提高硅材料发光效率方面，光子晶体微腔具有非常大的应用前景.     

PS/TiO_2复合材料的蛋白石结构光子晶体制备及表征

以乳液聚合得到的单分散性聚苯乙烯(PS)微球为种子,利用原位溶胶凝胶技术在微球的表面上吸附上二氧化钛(TiO2)小颗粒,从而得到PS/TiO2复合微球的乳液,利用乳液的自组装得到了PS/TiO2复合材料的蛋白石结构光子晶体。比较了PS蛋白石结构光子晶体和PS/TiO2复合材料蛋白石结构光子晶体的透射谱,得出复合材料的光子晶体带隙特征比PS光子晶体的带隙特征强。     

单横模光子晶体微腔激光器的研究

对单横模激射的光子晶体垂直腔面发射激光器的设计具有指导作用。把单横模光子晶体光纤理论用于光子晶体微腔,分析有效归一化频率随晶格常数和填充比的变化关系;采用时域有限差分方法计算二维空气孔型三角结构光子晶体的完全带隙。利用上述计算结果,选取合适的光子晶体结构参数,实现单横模激射。从载流子数面密度和光子数面密度的速率方程出发,分析了光子晶体的引入对激光阈值的影响。     

光子晶体微腔对铒-氧共注入SOI的发光增强

本文采用绝缘层上硅（SOI）材料制备了H5型光子晶体微腔,并注入铒和氧离子。室温下的光荧光测试结果表明,对比同等离子注入条件下没有图形结构的SOI区域,在波长为1.54µm处H5型光子晶体微腔的光泵浦发光强度增强了12倍以上。另外,我们也观察到了在晶格周期a不变的情况下,光子晶体微腔的谐振波长随空气孔半径的增大而向短波长方向移动的现象,这与理论模拟结果相一致。     

蝶形纳米天线调控的超高品质光子-等离激元混合微腔

具有超高品质因子的光学微腔是构造各种集成光子器件的重要组件，以光子晶体微腔为基础的混合微腔为实现强烈的光和物质相互作用提供了一个新颖的平台，在腔量子电动力学、集成单光子源、量子计算等方面都具有十分广阔的应用前景。本文基于双异质结构光子晶体微腔，结合蝶形金纳米天线等离激元结构，设计实现了一种可见光波段的新型光子-等离激元混合微腔，并通过改变蝶形金纳米天线的间隙、角度、长度、厚度、相对位置等结构参数，利用三维时域有限差分法研究了等离激元纳米结构对混合腔的品质因子、有效模式体积、品质因数的调控规律，模拟结果显示，混合腔的有效模式体积和品质因数分别始终稳定在10^-6(λ/n)³和10⁸(λ/n)^-3数量级，最佳品质因数值可达5.730689×10⁸(λ/n)^-3，优于其他类型的微腔。     

光子晶体环形谐振器特性研究

文章采用FDTD(时域有限差分)法,通过数值计算得到了一种新型PCRR(光子晶体环形谐振腔)的宽带频响特性,并分析了介电常数对PCRR传输特性的影响。在此基础上建立了一个三波长的光子晶体分频器,结合对该模型中光场强度动态分布图的分析,实现了在1 5001、550和1 610 nm 3个波长处的分频功能。数值结果表明:与微腔特性相比,PCRR能同时得到多个窄频信号,并且在多波长分频器中可以减少微腔的个数;与波导耦合相比,在结构参数设计上更加灵活。     

光子晶体微腔发光二极管

光子晶体微腔因其具有增强自发辐射、定向输出和单模工作的能力而受到广泛关注。介绍了光子晶体微腔发光二极管的基本原理、设计、特性、制作及其典型器件。     

含缺陷光子晶体波分复用器研究

利用光子晶体的光子禁带和体积小的优点,在光子晶体中适当设计线缺陷和点缺陷,使这些缺陷会形成波导和微腔.根据耦合模理论,波导与波导及波导与微腔之间会发生耦合现象,通过调节耦合长度和微腔中心半径的大小,可以选择不同波长的光波在各信道中通过.依此原理,可以制作相应的光子晶体波分复用器.     

基于微腔和光学Tamm态耦合的全光二极管

为了实现全光二极管的功能设计,采用1维光子晶体非线性微腔,在1维光子晶体两端设置不同厚度的金属薄膜,并运用非线性传输矩阵方法研究了该结构的传输属性。结果表明,两个非对称光学Tamm态和非线性微腔的耦合结构呈现双稳态,且滞回线的位置与入射方向有关,具有全光二极管功能;光二极管的性能依赖于微腔厚度和两个金属薄膜的厚度比。该设计为全光二极管的性能优化提供了参考。