Ge_(20)Sb_(15)Se_(65)硫基光子晶体平板波导的宽带慢光特性研究

通过改变最内层两排空气孔的半径,研究了Ge20Sb15Se65硫基光子晶体平板波导的宽带慢光特性。利用三维平面波展开法,通过计算得到波导的能带结构、群折射率和色散,并分析了它们与内层空气孔半径大小的关系。同时优化第一层和第二层空气孔的半径大小,得到了群速度色散为零的对称型硫系光子晶体波导结构,并在20%的变化范围内获得大小分别为125、40和18的群折射率,对应通信波长处的带宽分别为1.7、5.6、9.7 nm,并讨论了折射率对光子晶体波导慢光性能的影响。并为高非线性、低色散的宽带慢光硫基光子晶体平板波导器件的设计及制备提供了理论基础。     

复合结构光子晶体耦合腔波导慢光特性研究

为了设计能够传输宽带低色散慢光的光子晶体波导,以三角晶格圆形介质柱光子晶体结构为基础,使用圆形散射元和椭圆形散射元进行周期性排列,采用平面波展开法对所设计的耦合腔波导进行了仿真分析。结果表明,调整缺陷行椭圆形散射元长轴R_a可以使导模最大群速度从0.035c降低到0.01c,调节缺陷行短轴R_b的值,可以再次降低导模群速度;通过改变微腔周围第1排两种散射元的面积比,能够得到最大群速度0.0065c,波长范围为3.25nm的低色散慢光;将所设计的耦合腔应用于光缓存中,计算得出缓存时间为76.82ps,存储容量达到了15.56bit。这项研究对新型光子晶体慢光器件的设计和应用具有参考意义。     

空气环型散射元光子晶体慢光特性研究

以三角晶格空气环光子晶体线波导结构为研究对象,分析了空气环散射元内半径Rin和外半径Rout对波导慢光特性的影响,结果表明Rin/Rout的值在0.15~0.35之间时,能够获得宽带慢光,而且邻近波导两侧首排空气环的外半径Rfout相对于其内半径Rfin对慢光特性的影响更大。当波导两侧首排散射元为空气孔时有利于慢光群速度的降低、为空气环时有利于获得更宽的带宽。当波导两侧首排散射元由空气孔和空气环交替排布构成新型非对称线缺陷波导结构,同时具有了两类散射元的优点,它的群速度与带宽特性优于对称型波导,实现了群速度为0.0086 c、波长范围为6.588 nm的低色散慢光。     

基于方形孔线缺陷的新型光子晶体零色散慢光结构研究

为了获得最优化的光子晶体零色散慢光结构,在传统的光子晶体线缺陷波导结构的基础上,进一步在线缺陷上下两侧各引入了两排方形空气孔,并进一步优化了这两排方形孔的结构参数。通过平面波展开法(PWE)与时域有限差分法(FDTD)进行数值分析表明,这种新型结构的光子晶体波导能够在中心波长1550 nm处实现带宽为8.34 nm、平均群折射率为61、群速度色散(GVD)为104量级的理想宽带慢光。     

光子晶体线缺陷波导中的慢光研究

研究了线缺陷光子晶体波导中的慢光现象。运用平面波展开法对线缺陷光子晶体波导结构进行了模拟计算,分析了填充因子作为敏感结构参量,其变化对色散性质和群速度的影响。发现光子晶体的填充因子决定了光子晶体带隙中导模的传输特性。随着填充因子的增加,光子晶体波导中的群速度先增大再减小。可以证明,通过改变光子晶体的填充因子,群速度可以达到0.01c以下。     

二维三角晶格介质柱光子晶体线缺陷波导慢光研究

以二维三角晶格介质柱光子晶体线缺陷波导为研究对象,通过平面波展开(PWE)法对光在波导中传输时的慢光特性进行了仿真分析,发现光子晶体的填充因子以及线缺陷中的柱子半径大小决定了慢光导模在光子带隙中的传输特性.随着填充因子的增大,光子晶体波导的导模群速度迅速减小.缺陷柱的半径大小对导模群速度的影响要强于填充比.通过调整填充因子和缺陷柱半径,得到了导模群速度小于0.01c的波导结构.结合慢光导模的群速度色散(GVD)特性分析,发现极慢光区域的GVD值位于105～106量级,能够保证光的高效传输.     

不同介电常数材料光子晶体慢光特性研究

在研究光子晶体慢光波导中,能带结构和色散特性是两个最重要的问题.采用平面波展开法及相关的数学理论推导,研究不同的介电常数材料对光子晶体线缺陷波导中慢光传播性质的影响,对二维线缺陷光子晶体慢光特性进行模拟和计算.仿真结果显示:随着材料介电常数的增大,慢光波导的相对禁带宽度增加,缺陷模式导光频率降低,群速度减小.因此,选择...     

基于光子晶体慢光实现光缓存北大核心

慢光技术是实现全光网络中光缓存器件的关键技术,为了实现具有较低群速度、较大带宽的慢光,设计了一种基于二维正方晶格介质柱旋转-45°形成线缺陷的新型波导结构,实现了慢光传输并将其应用于光缓存技术中。通过改变介质柱的半径和波导宽度可进一步优化慢光性能,利用基于超晶胞的平面波展开法进行计算仿真,得到缺陷模的色散曲线,并详细分析了光在波导中的传输群速度和群速度色散的性质,实现了最大群速度仅为0.007 89c（c为光在真空中的传播速度）,并且群速度色散在-106~106 ps2/km范围内。将所设计的长度为1mm的光子晶体结构应用到光缓存中,可以实现的最大缓存时间为2.778ps,最大缓存容量达145.98bit。     

基于光子晶体慢光实现光缓存

慢光技术是实现全光网络中光缓存器件的关键技术,为了实现具有较低群速度、较大带宽的慢光,设计了一种基于二维正方晶格介质柱旋转-45°形成线缺陷的新型波导结构,实现了慢光传输并将其应用于光缓存技术中。通过改变介质柱的半径和波导宽度可进一步优化慢光性能,利用基于超晶胞的平面波展开法进行计算仿真,得到缺陷模的色散曲线,并详细分析了光在波导中的传输群速度和群速度色散的性质,实现了最大群速度仅为0.007 89c(c为光在真空中的传播速度),并且群速度色散在-106~106 ps2/km范围内。将所设计的长度为1mm的光子晶体结构应用到光缓存中,可以实现的最大缓存时间为2.778ps,最大缓存容量达145.98bit。     

光子晶体波导中慢光的实现

首先指出实现慢光的两种不同途径--改变材料色散和波导结构色散,并对利用结构色散产生慢光的光子晶体波导的原理、结构和特征作了说明.然后综述了目前光子晶体波导中产生慢光的新型结构和方法:啁啾结构、耦合结构和优化参数方法,并对它们做了比较.最后简要说明了慢光的研究意义和发展前景.     

光子晶体慢光波导色散曲线的FDTD计算

首先介绍了光子晶体的原理,以及光子晶体波导在现代光通信中的应用.设计了一种新型的光子晶体慢光波导结构,基于麦克斯韦方程利用有限时域差分法对光子晶体慢光波导的色散关系进行分析,并利用FDTD进行仿真验证.     

调整圆弓形散射元参数实现低群速和低色散的慢光效应

圆弓形散射元具有各向异性和多个可控自由度的特点。采用平面波展开方法,通过长轴微调、短轴变化和散射元转动几个方面,优化了光子晶体线性缺陷波导结构,实现了高群折射率和低色散的慢光效应并进行了模拟。结果表明,通过调整长轴和短轴变化,可以获得带宽在10.1～1.1nm,折射率为36.5～287.5的低色散慢光;通过散射元转动,可以获得带宽在11.4～0.8nm、折射率为45.5～293.7的低色散慢光。上述方法还可以获得超低色散和接近零色散效果的慢光。由此表明,选择合适的散射元和调整散射元参数,可以有效地实现高群折射率和低色散的慢光效应。     

一维光子晶体慢光波导的FDTD研究

设计了一种新型一维光子晶体慢光波导结构。在常规波导一侧进行了特殊的设计,使波导具有周期性结构,从而具有特殊的色散关系,获得慢光效应。基于麦克斯韦方程利用平面波展开法对光子晶体慢光波导的色散关系进行了分析,获得了波导模以及相应的慢光频率。并利用时域有限差分法（FDTD）对脉冲在波导的传播进行了时域上的模拟,对慢光效应进行验证。     

二维正方晶格光子晶体波导的慢光特性研究

利用平面波展开法对二维正方晶格光子晶体波导进行了理论研究和分析.通过减小一排介质柱半径至原来的一半以及直接去除一排介质柱分别获得了0.066c和0.083c的最大群速度,对应的带宽分别为0.060(ωa/2πc)和0.062(ωa/2πc),得出了通过减小介质柱的半径比去除一排介质柱可获得更优慢光效果的结论.进一步分析了缺陷柱半径的变化对导模色散曲线及群折射率曲线的影响,发现当缺陷柱半径在低于介质柱半径的范围内变化时,导模曲线随着缺陷柱半径的增加而向低频方向移动,且渐趋平坦,亦即群速度变小.研究结果对优化正方晶格光子晶体慢光波导提供了理论依据.     

二维光子晶体的能带及慢光特性研究

通过二维方形与二维三角晶格光子晶体光纤能带的对比,选取二维三角晶格作为研究对象。介电常数的周期性在光子晶体中可以形成特殊的光子禁带,进而控制光子的运动状态。基于此,提出了一种单线缺陷光子晶体波导结构,通过分析其含有线缺陷时的能带结构及其色散关系、对群速度的影响等,使其有效慢光区域的GVD位于105～106量级。通过动态...     

光子晶体光纤色散特性的研究

基于标量近似理论,使用有效折射率方法对光子晶体光纤的群速度色散特性进行了详尽研究.由于光子晶体光纤是由单一材料制成,光纤的总色散便由波导色散决定,将群速度色散分为材料色散和波导色散,在分析光纤结构参数与波导色散关系的同时还讨论了剖面色散对总色散的影响.研究表明:调节光子晶体光纤包层空气柱的节距及其有效芯径,可以实现在很宽的波长范围内的单模传输,可以设计零色散光子晶体光纤和在较宽的波长段接近零色散的色散平坦光纤,以及具有较大正常色散的色散补偿光纤,尤其在零色散光纤设计时必须考虑剖面色散的影响.     

Compton散射下磁化等离子体光子晶体光子带隙特性

为了研究多光子非线性Compton散射对横向磁光效应磁化等离子体光子晶体光子带隙特性的影响,采用多光子非线性Compton散射模型和时域有限差分法进行了理论分析和实验验证,取得了关于晶体色散和调制不稳定性、光子带宽变化的重要数据,并提出了将入射光和Compton散射光作为磁化等离子体光子晶体色散的新机制.结果表明,Compton散射使等离子体色散增强,耦合电磁波通带变窄、阻带变宽,有效地降低了电磁波传输中的交叉相位调制的不稳定性,频率低于等离子体频率的电磁波在等离子体中的传播几率减小.     

全固高非线性低色散斜率光子晶体光纤设计

提出了利用掺氟同心圆环的光纤结构来提高光子晶体光纤(PCF)的非线性,所需控制的参量仅有两个。设计了三种具有高非线性、低色散斜率和低限制损耗的全固光子晶体光纤。这三种光纤分别具有正常色散、双零色散点和零色散点恰好在1.55 μm波长处的色散曲线特性。所设计的零色散点恰好在1.55 μm波长处的光子晶体光纤色散斜率值为5.12×10-4 ps/(km·nm2),这比传统的高非线性光纤的色散斜率小了2个数量级。同时,该光纤在1.55 μm波长处的非线性系数为31.5 W-1·km-1,限制损耗为9.62×10-5 dB/km。     

光子晶体波导定向耦合光功分器的设计与优化

基于波导定向耦合原理设计了一种全新的光子晶体波导定向耦合光功分器.采用时域有限差分法对这种器件的光波传输特性进行了数值分析,结果表明:本征模色散曲线之间相交;器件的尺寸比传统光功分器更小;入射到光功分器的能量平均分配到输出端,且光波透射率高达95%.这些优异特性对于制造大带宽、高透射率和结构紧凑的光电器件具有极大的应用价值.     

飞秒光脉冲在透镜和非线性晶体中的展宽

计算了飞秒光脉冲在具有群速度色散的介质中的展宽,证明在飞秒光脉冲的自相关测量中,由于透镜和非线性晶体的群速度色散所引起的展宽是一个不容忽视的因素。