含色散增益介质光子晶体微腔的光学特性

为了理解光子晶体微腔的光学传输特性,探讨微腔的折射率对缺陷模放大特性和谐振频率的影响,采用时域有限差分法计算了含洛伦兹色散介质一维光子晶体微腔的透射谱,分析、比较了不同光子晶体微腔的透射谱。结果表明,微腔折射率的大小决定缺陷模的谐振频率,而介质色散特性将导致缺陷模频率的移动。另外,当通过复介电常数的虚部引入光学增益后,缺陷模在增益介质中被放大,其阈值特性和缺陷折射率的大小密切相关。模拟结果证明通过合理的选择微腔中介质折射率的大小,可以改善微腔的光学特性,降低激光器的阈值。     

缺陷奇偶性对光子晶体光传输特性的影响

采用传输矩阵法理论,研究缺陷参数奇偶性对含缺陷光子晶体（AB）m （ACx B）n （AB）m光传输特性的影响,研究结果表明：缺陷数目 n 的奇偶性仅影响缺陷模（透射峰）数目的奇偶性,即缺陷模数目的奇偶性与 n 对应;随着缺陷周期数 x 奇数倍增大,透射谱中的缺陷模向禁带中心靠拢,但缺陷模数目不变且等间距排列,随着 x 偶数倍增大,禁带两侧的两组缺陷模向禁带中心靠拢,且各组缺陷模数目与缺陷周期数 x 相关;缺陷光学厚度 DC 奇偶性对光子晶体透射谱的影响也很明显,随着 DC 增大且 DC ＜DA 时,分布在禁带右侧的缺陷模数目增加且向低频方向移动,随着 DC 增大且 DC ＞DA 时,分布于禁带左侧的缺陷模数目则减少但亦向低频方向移动。缺陷参数奇偶性对光子晶体透射谱的影响规律,为光子晶体设计可调性多通道光学滤波器件、光开关等提供理论借鉴,并为光子晶体的理论研究提供参考。     

一维光子晶体非线性微腔的缺陷模和双稳态

为了了解一维光子晶体布喇格非线性微腔产生的缺陷模和双稳态特性,采用数值模拟和理论分析相结合的方法,研究了缺陷层厚度变化和布喇格镜准周期性对缺陷模和双稳态的影响。研究结果表明,缺陷层厚度增大和折射率递增时,均可使缺陷模向低频方向移动,即布喇格腔共振模红移,因此,只要较小的入射光强就可使腔共振模红移到入射光模而产生阈值较低的双稳态,数值计算与理论分析是一致的。这对光子晶体微腔的设计有一定的意义。     

缺陷对光子晶体透射能带谱的简并效应研究

为了设计高品质、高性能的光学滤波器和光开关,利用传输矩阵法通过数值计算模拟的方式绘制1维光子晶体的透射能带谱,研究和分析了两缺陷之间距离和缺陷的厚度对光子晶体透射能带谱的简并效应。结果表明,当两缺陷之间距离越大,透射能带谱简并效应越明显,当间距增大到一定数值时,出现分立透射峰完全简并现象;当缺陷厚度整数倍增大时,光子晶体透射能带谱出现简并的趋势,但缺陷厚度奇数倍增大与偶数倍增大时,透射能带谱简并速度不一样,前者的简并速度小于后者的简并速度;缺陷厚度无论是奇数倍增大还是偶数倍增大,光子晶体透射能带谱简并的速度均逐渐减小。缺陷对光子晶体透射能带谱简并效应的调制规律,为光子晶体设计新型光学滤波器件、光学开关及其调制机制等提供了指导。     

一种准周期结构一维光子晶体的缺陷模研究

利用传输矩阵方法,研究了单折射率层缓变准周期结构一维光子晶体存在不同缺陷时的缺陷模.研究表明,无论缺陷层是替代高折射率层,还是替代低折射率层,都会引入缺陷模,且缺陷模与缺陷层的位置和结构参数相关.缺陷层位置不同,缺陷模的位置及共振透射峰也不同.随着缺陷层光学厚度的增大,缺陷模波长向长波方向移动.但缺陷模品质因子却随缺陷层替代不同的折射率层而存在差异,这一差异是同所计算的一维光子晶体自身的结构相关的.     

左右手材料光子晶体能带结构及表面波色散关系

根据平面波展开的传输矩阵理论及布洛赫定理,通过参数匹配的方式,研究零平均折射率及表面含覆盖介质层条件下左右手材料光子晶体的能带结构和表面波的色散关系,结果表明:零平均折射率条件下,左右手材料光子晶体不同于正折射率材料光子晶体,能带结构中出现半封闭状禁带、封闭状禁带和通带,且通带中的分立能级沿着低频方向呈现振荡衰减和多重简并趋势,能带结构沿着波矢绝对值增大方向趋于简并至消逝。添加表面覆盖介质层的左右手材料光子晶体支持正反表面波和反向表面波的传播,部分半封闭状或封闭状禁带边缘出现简并能级分裂,形成禁带中斜率有正有负的分立色散曲线。表面覆盖介质层厚度可调制色散曲线的频率位置和数目,随覆盖介质层厚度增大,分立色散曲线向波矢减小方向移动,且高频区域半封闭状禁带中的色散曲线在覆盖介质层厚度达到一定数值时还出现耦合分裂现象,但覆盖介质层厚度变化对能级的多重简并和通带与禁带的简并态不产生影响。左右手材料光子晶体的能带结构特点和表面波色散特性,可为新型光波导器件的研究和设计等提供指导。     

含负折射率材料一维掺杂光子晶体的缺陷模特性研究

采用光学传输矩阵给出了含负折射率材料一维掺杂光子晶体的特征矩阵,研究了缺陷模的相关特性,经数值模拟计算得出：改变负折射率的大小、杂质的吸收系数和厚度,缺陷模的中心频率位置不变,缺陷模透射率随负折射率的减小而降低,透射谱的频率宽度也逐渐减小,同时缺陷模的半高宽度随消光系数和杂质厚度增大而增宽。光子晶体的这些特性将为光的传输控制、全反射镜和滤波器的设计等提供理论依据。     

色散缺陷对Sinc函数型光子晶体带隙的影响

利用传输矩阵法及对色散缺陷层采用洛伦兹振子模型,研究了一维含色散缺陷的Sinc函数型光子晶体的光子禁带和色散缺陷模,计算了该周期结构的复有效折射率。结果表明,加入缺陷层后可获得宽阔的光子禁带;缺陷层引入色散后在中心圆频率附近色散缺陷模出现;随着振子强度的增大,增益性缺陷模圆频率发生阶跃式移动,其透射率显著增大,而吸收性缺陷模的透射率显著减小,此时缺陷模处的色散曲线有一个近乎垂直的斜率,此处的群速度将大大降低;增益性缺陷层基底折射率对缺陷模频率影响显著;缺陷层位于周期结构中心层时缺陷模频率最低、透射率最大。增大入射角使得缺陷模红移,增益性缺陷模在特殊入射角处透射率会出现千倍增益。     

含双缺陷的一维准周期光子晶体的缺陷模特性

利用传输矩阵法,计算了含双缺陷的一维准周期光子晶体的透射谱,并侧重分析了缺陷模的特征。结果表明:当两缺陷层间距较小时,两缺陷模分裂的距离较大,对应的透射率较小;而当两缺陷层间的光学距离变大,两缺陷模的间距变小,缺陷膜的透射率增加。两缺陷模间的关联系数随两缺陷层间的光学厚度的增加而减少。缺陷层光学厚度增加时,缺陷模向长波方向平移,反之向短波方向移动。缺陷层光学厚度的变化对缺陷模的透射率几乎没有影响。     

含色散负折射率缺陷一维Sinc函数型光子晶体的光学传输特性

应用传输矩阵法对含色散负折射率缺陷一维sinc函数型光子晶体的光学传输特性进行了研究。结果表明:含色散负折射率缺陷的sinc函数型光子晶体比含同样缺陷的余弦函数型光子晶体具有更宽阔的光子禁带;该光子晶体的禁带宽度随着介质层折射率nB(0)、nA(0)或半周期厚度的增大迅速收缩变窄,缺陷模消失;当光波入射角增大时,禁带宽度变宽,缺陷模与禁带一起红移;计算还发现该禁带结构对色散负折射率缺陷层的位置变动十分敏感;但是,缺陷层厚度的变化不会改变禁带的位置和宽度,此时缺陷模会随着缺陷层厚度的增大向着禁带中心移动。这些结论对一维函数型光子晶体的设计具有重要参考意义。     

峰值折射率对正弦型函数光子晶体缺陷模的影响

为了分析峰值折射率对1维正弦型函数光子晶体缺陷模的影响,首先对折射率按正弦规律变化的介质进行离散化,然后应用传输矩阵法计算了1维光子晶体(AB)mC(BA)m的透射谱,分析了各介质层的折射率峰值对该结构1维正弦型函数光子晶体缺陷模的影响。结果表明,随着峰值折射率的增大,缺陷模红移,且频率越高缺陷模红移现象越明显;低折射率介质的峰值折射率对缺陷模频移的影响比较显著。这一结果对光子晶体的设计有一定的参考价值。     

Dual-Mode Reconfigurable Filter With Asymmetrical Transmission Zeros and Center Frequency Control

A reconfigurable bandpass filter with asymmetrical responses is demonstrated using a dual-mode microstrip resonator. The proposed topology introduces several fixed and switchable perturbations to control the center frequency and the location of the transmission zeros of the filter. The tuning mechanism consists of capacitively loading the edges of a modified square patch resonator, in order to manipulate the current distribution of the degenerate modes. This operation results in asymmetrical responses with a center frequency tuning ratio of 10% at$X$band, and angular transmission zero displacement of$Deltaomega_z=$3.5rad/s or greater in both a lower and higher side of the passband.     

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.     

材料色散对1维光子晶体缺陷模影响的研究

为了分析材料色散对缺陷模的影响,对色散材料采用洛伦兹振子模型,利用传输矩阵法计算了含缺陷1维光子晶体的透射谱,分析了各层的色散对该结构1维光子晶体缺陷模的影响。结果表明,无论是高、低折射率介质还是缺陷层的色散都可以引起缺陷模的频移或分裂;缺陷模的频移方向与考虑色散后光学厚度的变化有关,如果光学厚度增大,则发生红移,反之则发生蓝移;低折射率介质的色散使缺陷模频移的效果最显著。这一结果对光子晶体的设计和研究有一定的参考价值。     

八通道光子晶体滤波器的设计与仿真

设计了一种具有高隔离度的八通道光子晶体滤波器,并应用时域有限差分法分析计算了在晶格常数相同的条件下,点缺陷微腔局域频率与光子晶体介质柱半径之间的变化规律。在此基础上,对该八通道滤波器的传输特性进行了仿真。结果表明,晶格常数取540nm时,该滤波器各信道的中心频率在1 510～1 580nm,信道间隔小于9.5nm,信道间隔离度均大于35dB。     

两端对称缺陷对对称结构光子晶体透射谱的影响

通过传输矩阵法理论,研究两端对称缺陷C对一维光子晶体ACmB(AB)n(BA)nBCmA透射谱的影响,发现:当无缺陷C时,透射谱符合镜像对称结构光子晶体的透射谱特征。当引入缺陷C后,随着缺陷折射率nC的增大,禁带中的透射峰逐渐变宽的同时向高频方向移动。缺陷周期数m及其光学厚度DC对透射谱的影响,在数值上具有明显的奇偶特性,m为奇数或DC为奇数倍时,禁带中心均出现一个较宽的通带,且通带宽度随着m或DC的增大逐渐变窄,而且通带上方的振荡加快,但通带中心所处频率位置不变;m为偶数或DC为偶数倍时,禁带中心均出现一条细窄缺陷模,且缺陷模的宽度随着m或DC的增大缓慢变窄,但其位置不变;两端对称缺陷对对称结构光子晶体透射谱的调制规律,为光子晶体设计窄带、宽带光学滤波器或光开关等提供指导。