光子晶体太赫兹波导带隙的研究

提出了一种光子晶体太赫兹波导,该波导包层为硅介质中含有按三角形格子周期排列的空气孔,纤芯为有机材料聚乙烯.这种波导是一种带隙效应波导.首先介绍平面波法(PWM)的理论,然后应用平面波法分析了这种光子晶体太赫兹波导的带隙结构,研究空气填充率变化对光子带隙结构的影响,得到了光子晶体太赫兹波导周期性结构的结构参数及与其相对应的导波频率.分析结果表明,增大空气填充率,可得到多条带隙和较大的带隙宽度,更易于实现纤芯导光.保持空气填充率不变,仅改变空气空间距可以在保持带隙结构不变条件下改变光子晶体太赫兹波导的导光频率.     

掺杂型塑料光子晶体太赫兹波导色散特性研究

文章设计了一种新型的塑料光子晶体太赫兹波导,该波导包层为聚乙烯(含周期性排列的三角格子型空气孔),芯层为有机材料聚四氟乙烯.采用时域有限差分(FDTD)法仿真得到色散特性曲线.研究结果表明,该掺杂型塑料光子晶体太赫兹波导是一种适合太赫兹波传输的光子带隙效应型波导.在太赫兹波段具有良好的传输特性.     

太赫兹波在光子晶体中的传输特性

为了研究太赫兹波在2维正方晶格光子晶体中的传播特性,利用平面波展开法数值模拟了光子晶体能带结构和态密度分布。计算表明,E偏振当填充率f=0.6362和H偏振当填充率f=0.7845时出现最大光子带隙,在f=0.7791出现最大完全光子带隙;增加介电常数的差值,也增加了太赫兹波在正方晶格光子晶体中传输的带隙;光子晶体态密度的分布验证了存在光子带隙的范围。研究结果为太赫兹波器件的开发提供了理论依据。     

太赫兹波在二维光子晶体中的传播特性

为了得到太赫兹波在二维三角晶格光子晶体中的传播特性,利用平面波展开法数值模拟了三角晶格能带结构和态密度分布,得出E偏振当填充率f=0.9069和H偏振f=0.7346时出现最大光子带隙,在f=0.8358出现最大完全光子带隙.计算表明,增加介电常数的差值,太赫兹波在三角晶格光子晶体中传播的带隙增加了,光子晶体态密度的分布验证了存在光子带隙的范围.研究结果为太赫兹波器件的开发提供了理论依据.     

光子晶体波导可调光衰减器

提出一种直接用光子晶体(PC)波导实现的新型可调光衰减器(VOA)。基于填充液晶的光子晶体方向带隙的可调节性,通过调节液晶指向矢的旋转角实现对光子晶体波导衰减量进行控制。采用时域有限差分法(FDTD)对其原理和结构参量进行了分析。数值模拟结果表明,随着液晶旋转角从0°～90°改变,填充液晶的光子晶体波导可以实现光通量在0.5～25.4dB的动态衰减,它插入到普通光子晶体波导之间的额外损耗只有0.2dB,尺寸仅为微米量级。     

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.     

矩形缺陷光子晶体太赫兹波波导的慢波特性

设计了一种工作于太赫兹波段的矩形孔缺陷光子晶体慢波波导。首先分析三角空气孔型光子晶体的带隙特性,引入线缺陷形成波导,并将邻近缺陷空气孔设为矩形,通过分析矩形孔尺寸对波导的带隙结构、群速度的影响,确定孔尺寸;研究缺陷宽度对缺陷模式的影响,并通过优化将缺陷模式频率移到目标频率338 GHz处,最终在布里渊边界处实现了c0/1543(c0=3×108m/s)的低群速度,证明了矩形缺陷光子晶体太赫兹波导良好的慢波特性。     

THz波段光子晶体谐振腔的特性分析

提出了一种适用于太赫兹器件的二维光子晶体谐振腔,分析了这种谐振腔的主要特性.采用平面波展开法进行仿真计算,通过改变二维光子晶体的晶格常数、介电常数比、填充率等研究其带隙结构、谐振频率在THz波段的变化规律.研究结果为THz波段器件的制作及THz系统的应用提供了理论依据.     

太赫兹波段蜂巢晶格二维光子晶体传输特性的研究

运用平面波展开法优化了太赫兹波段蜂巢晶格二维光子晶体带隙结构,数值模拟得到了太赫兹波段蜂巢晶格光子晶体的最大TE模、TM模和完全带隙,通过光子晶体态密度分布进一步验证了所优化的带隙结构,并设计了对应带隙范围的太赫兹波器件。研究结果为太赫兹器件的开发提供了理论依据。     

太赫兹波在二维正三角晶格金属光子晶体中的传输特性

运用频域有限元法研究了一种二维正三角晶格金属光子晶体在太赫兹波段的传输特性。该模型选取空气为背景材料,金属铜为介质柱。通过改变太赫兹波的入射方向、晶格常数和介质柱填充率,对TM模和TE模的传输特性进行了系统完整的分析,获得了太赫兹波在正三角晶格金属光子晶体中的传输规律。结果表明,传输特性随着介质柱填充率、晶格常数及太赫兹波入射方向的变化而变化,且TE模和TM模带隙差异很大,这为太赫兹波段的光子晶体滤波器、反射器和极化器的开发与制作提供了参考依据。     

宽带色散平坦光子晶体光纤的优化设计与特性分析

设计了一种第一层为椭圆空气孔缺陷的宽带色散平坦光子晶体光纤,借助全矢量有限元法对这种结构的光子晶体光纤的色散特性、模场面积、双折射和限制损耗特性进行了数值模拟.结果表明改进的光子晶体光纤的色散曲线可以在很宽的波长范围内保持色散平坦并具有较低的色散值,其模场面积较未改进光子晶体光纤的模场面积要大,光纤的限制损耗变小且双折射也相当小.主要分析了这种光纤的结构参数的优化后,光纤的色散特性、有效模面积、双折射以及限制损耗特性的变化规律,最终设计了在1 200～1 800 nm波长范围内超平坦色散的光子晶体光纤.     

Low loss and low dispersion hybrid core photonic crystal fiber for terahertz propagation

In this paper, a hybrid-core circular cladded photonic crystal fiber is designed and analyzed for application in the terahertz frequency range. We introduce a rectangular structure in addition to a conventional hexagonal structure in the core to reduce the material absorption loss. The modal characteristics of the fiber have been investigated using full vector finite element method. Simulated results exhibit an ultra-low effective material loss of 0.035 cm\(^{-1}\) and ultra-flattened dispersion of 0.07 ps/THz/cm. Some other important fiber characteristics suitable for terahertz signal transmission including confinement loss, core power fraction, effective area and single-mode conditions of the fiber have also been investigated. In order to simplify design and facilitate fabrication, only circular shaped air holes have been employed. Due to its promising characteristics, the proposed waveguide may provide efficient transmission of broadband terahertz signals.     

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。     

太赫兹光子晶体光纤与天线设计

以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料为基质,设计了一种空芯多孔包层结构的太赫兹光纤,中心的大孔缺陷用于传输太赫兹波,周围四层小孔可以将太赫兹波的传播限制在缺陷内部。利用COMSOL软件对光纤的损耗特性进行仿真分析发现,光纤在0.6 THz的泄露损耗低于0.1 dB/m,具有良好的传输特性。和金属波导口可以当作天线辐射电磁波的原理相似,光纤的端面也可以作为天线将内部传输的太赫兹波向外辐射,通过仿真分析,天线在0.59~0.61 THz的回波损耗低于-25 dB,方向性系数大于20 dB,半功率波束宽度约为13。     

3-D FEM Modeling and Fabrication of Circular Photonic Crystal Microcavity

In this paper, we study an unconventional kind of quasi-three-dimensional (3-D) photonic crystal (PhC) with circular lattice pattern: it consists of air holes in a GaAs material $({rm n}=3.408)$ along circular concentric lines. This particular PhC geometry has peculiar behavior if compared with the traditional square and triangular lattices, but it is difficult to model by using conventional numerical approaches such as wave expansion method. The resonance and the radiation aspects are analyzed by the 3-D finite-element method (FEM). The model, based on a scattering matrix approach, considers the cavity resonance frequency and evaluates the input–output relationship by enclosing the photonic crystal slab (PhCS) in a black box in order to define the responses at different input–output ports. The scattering matrix method gives important information about the frequency responses of the passive 3-D crystal in the 3-D spatial domain. A high sensitivity of the scattering parameters to the variation of the geometrical imperfection is also observed. The model is completed by the quality factor (Q-factor) estimation. We fabricated the designed circular photonic crystal over a slab membrane waveguide embedding InAs/GaAs quantum dots emitting around 1.28 $mu{hbox{m}}$. Good agreement between numerical and experimental results was found, thus validating the 3-D FEM full-wave investigation.      

基于二维光子晶体的多频段太赫兹波滤波器研究

基于二维光子晶体,提出一种多频段 太赫兹(THz)波滤波器。在光子晶体中引入3条平行的横向波导,通过改变介质柱的半 径或插入半径较小的介质柱在 相邻波导之间构成耦合区域,使特定频率的THz波从中部波导耦合至上、下侧光子晶体波 导并分别从端口2和1输出, 其余的THz波经中部波导从端口3输出,最终达到多频段滤波的效果。利用时域有限差 分法和平面波展开法对所提出 的器件计算和仿真结果显示,频率为f=3.24和3.75THz的THz波分 别从端口1、2和3输出中,传输效率分 别达到95%和99% ,表明本文结构能很好实现多频段滤波效果。     

高非线性色散平坦光子晶体光纤的理论研究和数值模拟

利用全矢量等效折射率模型计算了空气孔间距、空气穴半径、空气填充率对非线性系数以及色散特性的影响,通过计算发现空气填充率主要影响色散曲线的形状和变化趋势，孔距A主要影响具体的数值大小，调整孔距可以改变曲线零点的位置。非线性系数随空气穴半径r的增大而增大，随孔距A增大而减小，当空气填充率一定时，即孔距A和半径r同时增大时，非线性系数却是减小的，这说明空气穴节距对非线性系数起主要作用, 最终设计出了几种不同特性的820nm处高非线性色散平坦光子晶体光纤。     

二氧化钛光子晶体波导的太赫兹波传输特性

本文应用时域有限差分法研究了二维二氧化钛光 子晶体波导的禁带范围和太赫兹波的 传输特性,分别设计了带隙宽度为0.226 THz 、0.2728 THz和0.316 THz的直线型、直角型和T 型二氧化钛光子晶体波导结构。研究发现,相比传统波导,本文设计的二维二氧化钛光子晶 体波导不仅在直线路径中有较高的太赫兹波传输效率,而且在转角的路径中也有很高的太赫 兹波传输效率。此研究结果为太赫兹器件的设计和制作提供重要理论依据,为高速宽带无线 通信系统的发展提供重要理论借鉴。     

渐近式太赫兹多孔光子晶体光纤模式特性研究

为了研究太赫兹波在新型渐近式多孔光子晶体光纤的传输特性, 采用有限元数值分析法进行了数值仿真, 分析了有效模态面积、纤芯孔隙度对有效材料损失及限制损耗、功率分布分数等波导特性的影响。结果表明, 在单模传输范围0.5THz~0.85THz内, 通过在光纤上引入渐近矩形阵列气孔和椭圆空穴, 实现了零色散、0.0532高双折射、有效材料损失为0.1157/cm, 限制损耗低至1.47×10-4dB/cm。此研究可用于制造极化THz波导、滤波器等, 对新一代太赫兹波导实现长距离、高性能传输的研究具有重要意义。