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。     

可调谐光子晶体偏振通带滤波器的理论研究

通过对设计出的一维掺杂光子晶体的数值计算和理论分析,得出了TM波和TE波缺陷模随入射角变化的特征以及TM波缺陷模随杂质光学厚度的变化特征为:TM波的缺陷模透射峰在入射角为0～π/2范围内均存在,而TE波的缺陷模透射峰只在入射角为0～0.65 rad范围内存在;在一定波长范围内TM波缺陷模的波长随杂质光学厚度近似呈线性变化.以此为基础,设计出滤波通道波长的可调范围达290 nm、滤波通道半高宽的可调范围在1.5～3 nm、滤波通道的透射峰值大于0.98的可调谐一维光子晶体偏振通带滤波器.     

正负交替一维掺杂光子晶体缺陷模的特性

利用光学特征矩阵方法,研究了在正负折射率交替一维光子晶体中掺入正折射率介质后缺陷模的相关特性。结果表明：当杂质层的光学厚度不变时,随着杂质层折射率的增加,缺陷模的半高宽度随之增加,分布在禁带中心两侧的缺陷模分别向临近的透射谱方向移动,并与透射谱形成连续的透射带;随着折射率的增加,透射带的透射率逐渐增加,其半高宽度逐渐减小;而当杂质层折射率不变时,随着杂质层的光学厚度增加,缺陷模向长波方向平移,同时缺陷模的个数也随之增加,而由缺陷模和透射谱连成的透射带的带宽逐渐减小。     

可调谐双通道光子晶体滤波器的设计

通过对设计出的一维掺杂光子晶体的数值计算和理论分析,得出:双通道透射峰的波长随杂质光学厚度呈线性变化和双通道透射峰的半高宽随光子晶体折射率n2的增加而减小.以此为基础,设计出可调波长范围达140 nm、滤波通道半高宽的可调范围在1～5 nm、滤波通道透射峰值大于0.98的一维光子晶体双通道可调谐滤波器.     

光子晶体双通道可调谐偏振滤波器的设计

通过对设计出的一维掺杂光子晶体的数值计算和理论分析,得出了两个偏振态缺陷模的透射峰的变化特征为：TM波其缺陷模透射峰在入射角大于0.75（rad）范围内有多条明显的缺陷模透射峰带,而TE波在入射角大于0.75(rad) 范围内没有缺陷模透射峰;TM波缺陷模透射峰的波长 随杂质光学厚度 近似呈线性变化,并且同一空气膜厚度值可以截到两个波长不同的透射峰。以此为基础设计出：滤波通道波长可调范围大于100nm 、滤波通道的半高宽可调范围在1 nm — 6nm、滤波通道透射峰值大于0.98的一维光子晶体双通道可调谐偏振滤波器。     

杂质吸收对一维光子晶体缺陷模的影响

为了研究杂质吸收对一维光子晶体缺陷模的影响,采用复折射率和法布里-珀罗(F-P)干涉法,计算出掺有吸收杂质的一维光子晶体的缺陷模透射率和反射率随消光系数的变化特征。得出消光系数对一维掺杂光子晶体的缺陷模的透射率和反射率会产生显著的影响。当消光系数由0增加到0.03时缺陷模的透射率由1减少为0。当消光系数由0增加到0.03时缺陷模的反射率由0增加到0.86。消光系数增加时反射波中的缺陷模宽度会增大,而消光系数的变化对透射波中的缺陷模宽度影响很小。     

含负折射率缺陷的正负交替光子晶体的缺陷模

利用光学特征矩阵方法,研究了含负折射率缺陷的正负折射率交替一维光子晶体缺陷模的相关特性。研究表明：当缺陷层的光学厚度不变时,随着缺陷层折射率的增加,分布在禁带中心两侧的缺陷模分别向临近的禁带边缘方向移动,并与透射谱形成连续的透射带,随着折射率的增加,透射带的透射率逐渐增加,其半高宽度逐渐减小;而当缺陷层折射率不变时,随着缺陷层的光学厚度增加,缺陷模向长波方向平移,同时缺陷模的个数也随之增加,而由缺陷模和透射谱连成的透射带的带宽逐渐减小。与正折射率缺陷情形相比较,负折射率缺陷层可以获得更多的缺陷膜。     

一种新型可调谐光子晶体滤波器的理论研究

建立了可调谐光子晶体滤波器的设计标准,作为设计的依据.通过数值计算和理论分析,得出了一维掺杂光子晶体的缺陷模随杂质光学厚度L和光子晶体折射率n2的变化特征.设计出的可调谐一维光子晶体滤波器在理论上能很好地满足设计标准,滤波通道的半高宽(FWHM)可调范围在1～4 nm间,波长λ可调范围达300 nm,透射率峰值大于0.95.     

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。     

含负折射率光子晶体缺陷模偏振态的吸收特性

为了研究含负折射率掺杂光子晶体各缺陷模偏振态的吸收特性,引入复折射率并利用光学特征矩阵法进行分析,结果表明：杂质的消光系数对TE波和TM波的缺陷模均有影响,但对TE波的影响更为明显;当消光系数一定时,对TE波而言,中心波长相对较大的两个缺陷模透射峰值均随入射角的增加而迅速减小,而TM波的三个缺陷模透射峰均随入射角的增加而增加。利用这一特性可以设计双（多）通道光子晶体偏振滤波器。     

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。     

基于磁流体的一维光子晶体磁场传感器的研究

基于磁流体的折射率对外加变化磁场的敏感特性,提出将磁流体作为缺陷层引入到一维光子晶体中实现磁场传感。由于缺陷的存在,使得光子晶体的透射谱中产生缺陷峰。该传感器可通过测量磁场变化时光子晶体缺陷模波长的移动对相应的磁场进行测量。利用传输矩阵法对不同结构参数下,缺陷模波长随在外加磁场的变化进行了模拟计算,为实际磁场传感器的设计提供了理论参考。     

Properties of defect mode and optical enhancement of 1D photonic crystals with a defect layer of negative refractive index material

The band gap properties of one-dimensional photonic crystals with a defect layer of negative refractive index materials are studied. The defect mode width is bigger than that of conventional one-dimensional photonic crystals with a defect layer of positive refractive index materials. The defect mode of the former is different from that of the latter, shifts towards the direction of high frequency （short wavelength）, and has a bigger shifting velocity. Furthermore the effects on the transmission properties of the former photonic crystals caused by change in the position of the defect layer of negative refractive index are investigated. Finally the optical enhancement of the former photonic crystals is also investigated.     

含梯度折射率缺陷的一维光子晶体滤波性能研究

为实现一维光子晶体更优越的滤波特性,引入渐变折射率缺陷层,可以抑制某些特定频率的电磁波,产生光子禁带。利用时域有限差分（FDTD）法,严格求解麦克斯韦方程组。研究了缺陷层的折射率变化为抛物线型时对应的透射率谱线,并分析了周期介质层的折射率比、厚度比及周期数,对滤波性能的影响。研究表明,增加折射率比,含梯度折射率缺陷层的一维光子晶体可以实现更大的滤波带宽;改变厚度比,可以影响透射峰位置;改变周期数,则可以影响透射率。这一研究结果对提高光子晶体滤波器性能具有一定参考价值。     

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。     

光在双缺陷一维光子晶体中的传播特性

利用转移矩阵法分析具有缺陷层的一维光子晶体的传递函数并进行了数值模拟.由于缺陷模之间的相互作用,其传递函数受到缺陷层折射率的影响,定义了缺陷模之间相互作用的关联甬数以及缺陷模的相对折射率函数,进而分析了关联函数和缺陷模折射率的关系.通过模拟仿真,确定了光在双缺陷一维光子晶体中的传播特性.     

Study on temperature property Of band structures in one- dimensional photonic crystals

Using transfer matrix method, the optical transmission properties in one-dimensional (1-D) photonic crystal is analyzed. When the temperature varies, not only the refractive index of the optical medium is changed because of the thermo-optical effect, but also the thickness of the optical medium is changed due to the thermal-expansion effect. Thus, the structure of 1/4 wave-plate stack in original photonic crystal is destroyed and the band structure varies. In this work, the effects of the temperature variation on the first and second band gap in a 1-D photonic crystal are analyzed in detail. It is found that the changes of the starting wavelength, the cut-off wavelength and the forbidden band width depend linearly on the temperature.