一维准周期结构光子晶体的滤波特性

研究了按照Fibonacci序列排序的一维准周期结构的光子晶体滤波特性，由于这种结构的可调参数多，人们很容易得到在红外波段1550nm附近窄带滤波窗口，透过率可达到近99％以上，而窗口以外的透过率在0．01％以下，当调节周期数、分层厚度、两种介质的折射率及相对折射率这些参数，就会出现多波长滤波器，并设计了一种通道间隔为0．8nm的多通道波分复用滤波器，在光通信中将得到很好的应用。     

对称结构的一维三元光子晶体滤波特性的研究

构造了形如(AB)N1(BA)N2的具有对称结构的一维三元光子晶体,并利用光子晶体的传输矩阵法进行了数值计算.发现这种对称结构的光子晶体透射谱中主禁带内存在极窄的单透射峰,与在这种对称结构的光子晶体中引入一定尺寸范围的缺陷层有相似的效果,并分析了这种光子晶体主禁带内的透射峰位置λ,起始位置λ1和终止位置λ2随所取周期数Ni(i=1,2)、折射率nj(j=1,2,3)和厚度a、b、c的变化规律,得出在小范围内可以近似认为它们均成线性变化和N1=N2=7为理论最优化周期数的结论.利用这些性质在一束波长范围在2280～2396 nm的混合光中,用折射率n1为1.378、厚度a为159 nm的氟化镁,折射率n2为2.356、厚度b为200 nm.的硫化锌,以及折射率n3为4.100、厚度c为400 nm的碲化铅为光子晶体材料,通过调节参数变化,提取出了需要的波长为2351 nm的光,滤波效果很好.     

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.     

对称和非对称结构1维光子晶体的滤波特性

为了得到1维光子晶体新的滤波特性,并把这种特性应用到滤波器的设计中,采用传输矩阵法计算了对称和非对称结构1维光子晶体的滤波特性,同时还分析了不同的折射率比对两种结构1维光子晶体滤波特性的影响。结果表明,对称结构1维光子晶体可实现窄带滤波功能,该结构的滤波器对入射角的选取是有限制的,不适于微弱信号的检测;且当多层膜系外层为高折射率时,透射带宽要窄些。非对称结构光子晶体则具有带阻滤波特性,与对称结构1维光子晶体最大的不同是改变膜系中高低折射率材料的顺序,其滤波特性没有变化。理论分析和数值模拟结果为设计窄带滤波器和带阻滤波器提供了依据。     

准周期结构一维光子晶体的带隙特性与滤波特性

研究了准周期结构一维光子晶体的带隙特性和滤波特性,对ZnS与MgF2和GaAs与AlAs两种电介质组合的光子晶体在层厚不变、折射率递变和折射率不变、层厚递变以及层厚不变、折射率比递变三种情况下的透射谱作了模拟计算,得到了带隙特性的变化规律,并指出了其在滤波中的应用.与周期结构光子晶体相比,准周期结构光子晶体的透射谱发生移动,带隙宽度改变.     

杂质色散对一维光子晶体偏振滤波特性的影响

利用杂质的色散关系和特征矩阵法研究了一维光子晶体中TE波和TM波的滤波通道的变化特征,碍出了TE波和TM波的滤波通道随色散强度、入射角、杂质厚度的变化规律.色散强度、入射角、杂质厚度能够对一维光子晶体中TE波和TM波的滤波通道产生明显的影响.利用TE波TM和波滤波通道随色散强度、入射角、杂质厚度的变化规律,可以有效地实现对TE波和TM波滤波频率和频率宽度的控制.     

多掺杂一维各向异性光子晶体的缺陷特性

为了研究多掺杂一维各向异性光子晶体的光学特性,采用传输矩阵法计算了光波通过多掺杂一维各向异性光子晶体的透射率。经数值模拟得到:光通过该结构光子晶体后,TE波和TM波的透射谱中随掺杂层个数的变化出现了单、双及多缺陷模,禁带中缺陷模的个数随掺杂层数的增大而增多,缺陷模的位置随掺杂层光学厚度的变化向短波方向移动,TE波和TM波的缺陷模能完全分开,透射谱的这一特点为设计制作单、双通道滤波器提供了理论依据。     

一种缓变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。结果表明,当该准周期结构中存在缺陷时,引入了缺陷模,且缺陷模与缺陷层的位置和结构参数相关。缺陷层不同,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。     

一维二元光子晶体的带结构特性研究

用传输矩阵法研究了一维光子晶体的带隙结构。比较（AB）s（AB）t型和（AB）s（BA）t型的带隙,发现后者会出现共振模,且共振模与（AB）s（BA）t型的周期数有关。特别对含缺陷的（AB）s（c）m（BA）t型结构分析,发现缺陷层的位置、厚度变化,会影响缺陷模的幅度和位置,模的峰值会出现“此消彼长”现象。这些特性在光子晶体器件方面有重要的应用价值。     

一维平板掺杂光子晶体的滤波特性

利用电磁波在一维平板掺杂光子晶体中横向受限的条件,推导出电磁波在一维平板掺杂光子晶体中各个模式满足的关系式。研究了TE波和TM波各模式的缺陷模随模式量子数和杂质光学厚度的变化规律。利用缺陷模随模式量子数的变化规律可以实现多通道滤波,利用缺陷模随杂质光学厚度的变化规律可以实现调谐滤波。     

光在一维光子晶体中的传播特性分析

利用转移矩阵法分析具有线性和非线性缺陷层的一维光子晶体的传递函数并进行了数值模拟。由于缺陷层对周期性介质层的周期性破坏,带隙中产生了缺陷模。通过模拟仿真的结果,发现多缺陷层和非线性层都能够使带隙展宽,变得更加平坦。相比较之下,非线性层缺陷对带隙的作用更加强烈。     

一种光子晶体滤波器的设计

设计了一种由TiO2和SiO2两种介质构成的对称式光子晶体,并在考虑色散关系的基础上,利用传输矩阵法,计算了该光子晶体的透射谱。结果表明:当入射角θ≤30°时,在0.8~1.2ν/ν0的频率范围内只有一个半宽度较窄、透射率为1的透射峰。入射角增加,透射峰中心频率发生蓝移,峰值保持不变,半宽度变化很小。与之对应的光子晶体滤波器具有极好的透射性、良好的单色性和较好的角度宽容性,特别适合小角度入射的情况。     

可调谐声子晶体滤波器的设计

推导出一维掺杂声子晶体的转移矩阵,研究了一维掺杂声子晶体的缺陷模随杂质厚度和声子晶体的声阻抗的变化特征。设计出能很好地满足设计要求,滤波通道的频率半高宽的可调范围在4~18 Hz,滤波通道的频率可调范围达1 750 Hz的可调谐一维声子晶体滤波器。     

一维光量子阱滤波性能的研究

利用传输矩阵理论研究了形式为(AB)m(ABBA)n(BA)m一维对称光量子阱结构的传输特性.研究结果表明:一维光量子阱垒区和阱区不同周期数、介质A和介质B不同高低折射率比都会对该结构的禁带宽度和透射率影响很大,而选取不同的中心波长又会影响光量子阱的带隙位置.为了制作更精密的光学开关、光滤波器等光学器件,综合考虑这些因素的影响是十分必要的.     

含负折射率材料的光子晶体异质结构的能带

构造了(AnBm)s型正负折射率材料交替生成的一维异质结构光子晶体.由于传输矩阵法具有方法简单、计算量低和精确度好等优点,本文利用传输矩阵法来研究电磁波在这种结构中的传输特性.由透射谱可以看出,该结构的光子晶体具有宽窄不同的通带,且整个能带结构不敏感于周期数的变化,而敏感于晶格厚度和入射角的改变:随着晶格厚度的减小,禁带逐渐变宽,在原来的通带区逐渐形成多个禁带,通带区震荡的剧烈程度逐渐减弱;随着入射角的增加,在原来的通带区也会逐渐出现多个禁带,其中在低频区逐渐出现的禁带都比较窄,而在高频区则逐渐出现一个很宽的禁带,并且这个禁带随着入射角的增加而变宽,同时透射峰随入射角的增加而逐渐向低频移动.由此可以看出,这种光子晶体可以同时实现窄带滤波和宽带滤波的双重滤波功能.     

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.     

用一维多元光子晶体实现光学梳状滤波的数值研究

把传输矩阵方法推广应用于研究一维多元光子晶体实现光学梳状滤波.数值结果指出,要实现光学梳状滤波,首先要找到合适的组元个数,并通过调节组元位置和厚度找到所需要的禁带中心位置与宽度;其次根据梳状滤波的梳齿数目、位置和透过率等具体要求,通过调节缺陷组数、缺陷组相对位置、缺陷组各组元厚度而达到梳状滤波设计的目的.     

光子晶体光纤模式特征的数值研究

应用光子晶体光纤（PCF）的本地正交基函数模型，对PCF的模式特征进行了详尽的数值研究，包括模式特性、传输常量、模场分布、模场面积、功率限制特性等。结果表明：通过调节PCF的结构参量，可以设计大有效面积PCF，用于高功率传输和制作光纤激光器；利用PCF的芯层与包层较高的折射率差，将光功率更大限度地限制在芯层以利于研究非线性效应等。     

色散对圆柱形光子晶体波导传输模式的影响

利用材料的色散关系和特征矩阵法研究了一维圆柱形光子晶体波导中TE波和TM波模式禁带的变化特征,得出了TE波和TM波模式禁带随色散强度、色散厚度的变化规律.色散强度和色散厚度都会对一维圆柱形光子晶体波导中TE波和TM波的模式禁带产生影响.利用TE波和TM模式禁带随色散强度、色散厚度的变化规律,可实现对一维圆柱形光子晶体波导中TE波和TM波各传输模式的有效控制.