光子晶体及其在光通信中的应用研究

介绍了光子晶体的概念,分析了光子晶体在光通信中的主要应用,讨论了光子晶体光纤的光传输性质以及由光子晶体构造的光通信器件,指出了光子晶体对未来光通信技术发展的重要意义。     

模式识别的光子晶体光纤传感器误差校正研究

为了克服当前光子晶体光纤传感器误差校正方法存在的不足,提出了模式识别的光子晶体光纤传感器误差校正方法。首先分析光子晶体光纤传感器误差产生原因,然后采集光子晶体光纤传感器误差历史数据,引入模式识别技术对光子晶体光纤传感器误差进行学习,并对光子晶体光纤传感器误差进行校正,最后并与其它方法进行了光子晶体光纤传感器误差校正仿真实验。结果表明,本文方法提升了光子晶体光纤传感器误差校正准确性,能够刻画光子晶体光纤传感器误差变化趋势,光子晶体光纤传感器误差校正效果明显好于对比方法,验证了本文方法的优势。     

复合型二维光子晶体的带隙展宽特性

选用时域有限分方法(FDTD)分析光子晶体带隙结构.选择两种不同晶格常数的二维光子晶体构成复合型二维光子晶体,计算了复合型光子晶体和组合光子晶体在近红外频段的带隙结构,结果表明,复合型二维光子晶体在近红外波频段的禁带宽度明显大于组合光子晶体禁带宽度.通过改变复合光子晶体的介电常数,实现其禁带向高频区或低频区移动.     

光子晶体光纤弯曲损耗特性研究

光子晶体光纤是一种新型光纤,由于它的性能优良,成为研究领域的热点。本文先对光子晶体光纤进行了介绍,分析了光子晶体光纤弯曲耗损理论,最后对光子带隙型晶体光纤的弯曲耗损进行了测试研究。结果表明光子带隙型晶体光纤抗弯曲耗损比传统的单模光子晶体光纤能力强。     

光子晶体光纤弯曲损耗特性研究

光子晶体光纤是一种新型光纤,由于它的性能优良,成为研究领域的热点。本文先对光子晶体光纤进行了介绍,分析了光子晶体光纤弯曲耗损理论,最后对光子带隙型晶体光纤的弯曲耗损进行了测试研究。结果表明光子带隙型晶体光纤抗弯曲耗损比传统的单模光子晶体光纤能力强。     

变周期结构光子晶体的带隙研究

研究了变周期结构的光子晶体,即两种介质的厚度随单元数增加而变化,并对其光子能带特性进行了分析.研究发现,相对于周期性光子晶体,相同单元数的变周期结构的光子晶体具有更宽的光子能带带隙,且周期非线性变化比线性变化结构有更宽的光子带隙,这样对于同样宽的带隙的光子晶体,可采用较少单元数的变周期结构光子晶体,这一结果有助于光子晶体的广泛应用.     

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。     

波导层介质对二维光子晶体反射光谱的影响

构建了基底介质为SiO2、表面覆层介质为TiO2 的二维光子晶体,采用严格耦合波法分析了二维光子晶体的窄带光学传输特性。分析了二维光子晶体的晶格周期、波导层的折射率及厚度对其反射光谱的影响。分析结果表明:当光子晶体的晶格周期和波导层介质厚度为常数时,随着波导层介质折射率的增大,光子晶体的反射峰值波长红移,且波导层折射率与反射峰值波长呈线性关系。当光子晶体波导层介质折射率为常数时,波导层厚度增大或光子晶体晶格周期的增大都会引起光子晶体反射峰值波长增大,但这两个参数与反射峰值波长只是在一定的变化范围内为线性关系。此种结构的二维光子晶体覆层表面吸附分布不均匀的介质时,通过分析光子晶体的呈现光谱可获得其表面吸附介质的不均匀特性。     

光子晶体的研究进展

光子晶体是20世纪80年代末提出的新概念和新材料,由于其奇特的调节光子运动状态的特性,在许多领域具有广泛的应用前景。本文简要介绍了光子晶体的基本概念和主要特征,同时介绍了光子晶体的制备方法和各种理论分析,并对光子晶体的应用前景进行了展望。     

基于亚波长光栅理论的二维光子晶体的禁带特性研究

本文根据光子晶体自身的结构特点,提出适合于二维光子晶体的光栅组模型,从而利用光栅的矢量衍射理论来分析光子晶体的禁带结构。采用该方法,本文讨论了几类典型的二维光子晶体的禁带特性。     

1维光子晶体的能带结构分析

为了分析研究1维光子晶体的结构参量对其能带结构的影响,并把这种影响作用应用到滤波器的设计中,采用传输矩阵法、利用MATLAB仿真软件,对不同结构参量的1维光子晶体的能带结构进行了计算仿真,分别得到了不同周期数、不同介质层厚度、不同介质折射率的1维光子晶体的能带分布图,进一步分析比较,得出了1维光子晶体的结构参量对其能带结构的影响。结果表明,较大的周期数可以使1维光子晶体的禁带边缘更加陡峭,通带透射性增强,能带分布更加分明;介质层厚度可以调节光子晶体的能带分布情况及能带宽度;介质折射率比值可以改变禁带宽度,禁带宽度随介质折射率比值的增大而增大。这些结果对宽带带阻滤波器的设计是有帮助的。     

Analysis on characteristics of 1-D apodized and chirped photonic crystals containing negative refractive materials

Using transfer matrix method, the optical transmission properties of 1-D photonic crystals composed partially of negative refraction media are analyzed. The transmission spectra of periodic photonic crystal, chirped photonic crystal and apodized photonic crystal are numerically simulated respectively. By contrast with optical transmission properties of ordinary photo- nic crystals made of positive refraction media, the transmission spectra of apodized photonic crystal become unregular, the Bragg flat-headed area recurs but the peak of transmission does not change significantly. Futhermore, the band gap range of chirped photonic crystal diminishes gradually.     

柚子型光子晶体光纤布拉格光栅理论及实验研究

利用有限元法对一种柚子型光子晶体光纤中的传输模式进行了模拟,得到了各传输模式的有效折射率和模场分布。结合耦合模理论和相关函数方法,对柚子型光子晶体光纤布拉格光栅反射谱进行了理论分析,解释了柚子型光纤光栅出现多个谐振峰的原因;数值分析了光纤纤芯直径和空气孔尺寸对光栅传输谱的影响。结果表明谐振峰波长随纤芯直径的增大向长波方向漂移,而随空气孔增大向短波方向移动,并且不同谐振模式的变化幅度不同;利用相位模板法写制了光子晶体光纤光栅,实验结果与理论分析能够很好地吻合。     

二维光子晶体的负折射现象

研究了由多层周期圆柱阵构成的二维光子晶体对电磁波的散射,并通过算例从数值上证实了负折射现象的存在.采用的是有效而精确的T-矩阵方法.首先利用单个圆柱的T-矩阵和体现层阵列周期性的栅和得到每一层周期阵的空间谐波散射与透射矩阵,再将每一层的散射与透射矩阵级联起来而得到多层周期圆柱阵的广义散射与透射矩阵.给出了具体的算例,画出了该光子晶体上部空间和下部空间的场的幅值分布,还给出了晶体内部和外部坡印亭矢量的分布图.这些图清楚地显示了负折射现象的存在.     

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。     

基于二维光子晶体带隙及自准直效应的光分插滤波器研究

鉴于光子晶体具备控光能力强和响应速度快等优点,设计了基于二维光子晶体带隙及自准直效应的光分插滤波器。将二维的正方晶格介质柱当作材料,并融合光子晶体带隙、自准直效应实现光分插滤波器设计。引入平面波展开法,实现完整周期光子晶体架构求解。引入时域有限差分法,获取晶体中的电场磁场整体分布。模拟结果显示,该结构耦合效率与品质因子良好,且场图模拟与对应结构透射谱拟合度较高,表现出了较强的可实践性。     

基于光子带隙的双平板太赫兹传输系统研究

研究了一种利用光子晶体带隙特性工作的双平板太赫兹传输系统,它结合了光子晶体波导传输能量集中、损耗低以及双平板波导低色散和单模传输的优点.具体设计了工作在O.32THz的传输系统,研究结果表明:光子晶体双平板波导不但可以实现单模的高效传输,而且也具有良好的输入输出匹配性能.该设计中,采用矩形波导的输入输出结构在316～360 GHz的带宽内可以获得S11<-10 dB的匹配.而且,和普通双平板波导相比更具有结构紧凑、易于集成等优点,因此具有较高的实用价值.     

带有环形谐振器的T形光子晶体滤波器

提出了一种带有环形谐振器的T形光子晶体滤波器,利用时域有限差分法研究了滤波器传输特性,分析了光子晶体结构参数对其传输特性影响。结果表明：该结构具有可调性开关波长、传输率高及频带宽的特点,在光子晶体集成制作、光通信器件制作等方面具有潜在的应用价值。     

Transmission properties of a two-dimensional photonic crystal slabwith an excitonic resonance

The transmission properties of a 2-D photonic crystal slab with an exciton resonance are investigated experimentally and theoretically. Good agreement between experiment and scattering matrix based theory is obtained. The photonic crystal slab is composed of a square lattice of etched square holes in a quartz substrate, filled by an inorganic-organic semiconductor and covered by a polystyrene guiding film. We demonstrate that the transmissivity of the structure shows pronounced dips, which originate from the excitation of quasi-guided modes in the photonic crystal slab. The measured and calculated angular dependence of the energy of these dips and their optical activity allow us to identify the physical properties of the quasi-guided modes, such as their symmetry and distribution of electromagnetic field