二维光子晶体波导和微腔缺陷态研究

利用二维三角晶格及正方晶格介质柱光子晶体TE偏振的禁带与介质柱半径的变化关系,分析了二维光子晶体缺陷态的分布.根据光子晶体波导间的耦合作用,计算其耦合长度设计合理的定向耦合器.通过分析波导与微腔的耦合特性,选取不同的传输方向,可以设计多种基于光子晶体波导与微腔耦合的波分复用系统.     

光子晶体微腔发光二极管

光子晶体微腔因其具有增强自发辐射、定向输出和单模工作的能力而受到广泛关注。介绍了光子晶体微腔发光二极管的基本原理、设计、特性、制作及其典型器件。     

光子晶体的微腔特性

为了设计一种高品质因子的光子晶体微腔和研究单缺陷光子晶体微腔谐振模波长随晶格常数的变化规律,使用时域有限差分法(difference time-domain method)和基于Baker算法的Padé近似方法计算了半导体材料上空气孔阵列光子晶体微腔的谐振模波长和品质因子.得到的新型光子晶体微腔的品质因子达246510,单缺陷光子晶体微腔模波长随晶格常数a和孔半径r的近似为线性变化关系:当孔半径r为一常数时,表现为晶格常数改变1nm,谐振波长变化约3nm,为实际制作光子晶体微腔激光器提供了理论指导.     

光子晶体的微腔特性

为了设计一种高品质因子的光子晶体微腔和研究单缺陷光子晶体微腔谐振模波长随晶格常数的变化规律,使用时域有限差分法(difference time-domain method)和基于Baker算法的Padé近似方法计算了半导体材料上空气孔阵列光子晶体微腔的谐振模波长和品质因子.得到的新型光子晶体微腔的品质因子达246510,单缺陷光子晶体微腔模波长随晶格常数a和孔半径r的近似为线性变化关系:当孔半径r为一常数时,表现为晶格常数改变1nm,谐振波长变化约3nm,为实际制作光子晶体微腔激光器提供了理论指导.     

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。     

1维光子晶体微腔的光子局域特性分析

为了研究光子晶体的光局域特性,采用传输矩阵法计算了1维缺陷光子晶体微腔中缺陷模的局域场强分布,建立了相对局域化长度的概念,它表征光子局域程度的强弱,局域化长度越小,光子局域程度越强,反之亦然。结果表明,缺陷层两侧排列为高折射率介质层的结构局域光的能力比两侧为低折射率介质层的强;考察前一种结构,且满足共振布喇格散射条件或共振米散射条件范围时,相对局域化长度可获得较小值。     

1维光子晶体微腔的光子局域特性分析

为了研究光子晶体的光局域特性,采用传输矩阵法计算了1维缺陷光子晶体微腔中缺陷模的局域场强分布,建立了相对局域化长度的概念,它表征光子局域程度的强弱,局域化长度越小,光子局域程度越强,反之亦然.结果表明,缺陷层两侧排列为高折射率介质层的结构局域光的能力比两侧为低折射率介质层的强;考察前一种结构,且满足共振布喇格散射条件或共振米散射条件范围时,相对局域化长度可获得较小值.     

缺陷奇偶性对光子晶体光传输特性的影响

采用传输矩阵法理论,研究缺陷参数奇偶性对含缺陷光子晶体（AB）m （ACx B）n （AB）m光传输特性的影响,研究结果表明：缺陷数目 n 的奇偶性仅影响缺陷模（透射峰）数目的奇偶性,即缺陷模数目的奇偶性与 n 对应;随着缺陷周期数 x 奇数倍增大,透射谱中的缺陷模向禁带中心靠拢,但缺陷模数目不变且等间距排列,随着 x 偶数倍增大,禁带两侧的两组缺陷模向禁带中心靠拢,且各组缺陷模数目与缺陷周期数 x 相关;缺陷光学厚度 DC 奇偶性对光子晶体透射谱的影响也很明显,随着 DC 增大且 DC ＜DA 时,分布在禁带右侧的缺陷模数目增加且向低频方向移动,随着 DC 增大且 DC ＞DA 时,分布于禁带左侧的缺陷模数目则减少但亦向低频方向移动。缺陷参数奇偶性对光子晶体透射谱的影响规律,为光子晶体设计可调性多通道光学滤波器件、光开关等提供理论借鉴,并为光子晶体的理论研究提供参考。     

两端对称缺陷复合光子晶体特性研究

用传输矩阵法计算了两端对称缺陷复合光子晶体的传输特性。计算结果表明：两端对称缺陷复合光子晶体［D（AB）mD］2结构中的禁带出现两个完全共振透射峰。通过控制温度来微小改变光子晶体介电层的厚度,使得完全共振透射峰移动,且各介质厚度的变化与透射峰波长的变化呈良好的线性关系,折射率大的介电层厚度的变化对共振透射峰波长的变化较大。此结果为设计所需要的共振透射峰波长的双通道滤波器提供了理论依据,也为该结构实现热敏开关提供了理论基础。     

二维光子晶体波导微腔传输特性的研究

用时域有限差分(FDTD)法和快速傅里叶变换(FFT)方法计算了二维正方格子光子晶体的点缺陷的谐振频率,研究了点缺陷的半径和背景材料折射率的变化对谐振频率的影响.研究结果表明,谐振归一化频率随点缺陷的半径或背景材料折射率增大而减小,当点缺陷半径增大到0.45r时,谐振中心归一化频率为0.336,波导微腔传输系数最大为9...     

Linewidth and modulation response of two-dimensional microcavity photonic crystal lattice defect lasers

Linewidth and small-signal modulation response measurements are reported for room-temperature-operating microcavity two-dimensional photonic crystal lasers. The measured optical linewidth versus the output power was found to saturate at values on the order of 1 GHz. The modulation bandwidth for these low-power lasers was demonstrated to be on the order of 10 GHz.     

杂质吸收对1维光子晶体孪生缺陷模的影响

为了研究在1维光子晶体中掺杂具有吸收的零平均折射率材料而产生的孪生缺陷模特性,采用特征矩阵的方法进行了理论分析。结果表明,随着消光系数的变大,会使孪生缺陷模透射率先变大后变小,当其取某一特定值时,高低频缺陷模会出现最大值,但不能同时出现;具有吸收特性的介质在缺陷层中的位置不同,会改变孪生缺陷模透射率的响应曲线。这一结果对开发光子晶体新的应用有重要意义。     

Design of a photonic crystal microcavity for biosensing

We have designed an air-bridged PhC microcavity with high sensitivity and a high quality factor.The structure parameters of the microcavity are optimized by three-dimensional finite-difference time-domain method. We compare the performance of a silicon-on-insulator PhC microcavity and an air-bridged PhC microcavity,and analyze the effect of the thickness of the slab and the radius of the defect hole on the performance of the air-bridged PhC microcavity.For a thinner slab and a larger defect hole,the sensitivity is higher while the quality factor is lower.For the air-bridged photonic crystal slab,the sensitivity can reach 320-nm/RIU(refractive index unit) while the quality factor keeps a relatively high value of 120 by selecting the proper slab thickness and the defect hole radius,respectively,when the refractive index is 1.33.This is meaningful for low-detection-limit biosensing.     

Study of whispering-gallery-mode in a photonic crystal microcavity

The whispering-gallery-mode (WGM) photonic crystal microcavity can be potentially used for miniaturized photonic devices, such as thresholdless lasers. In this paper, we use plane wave expansion (PWE) method and study the WGM of H2 photonic crystal microcavities which are formed by removing seven center air holes in a photonic crystal. The WGM in these large-size cavities has some advantages compared with single defect WGM in the view of real device applications. We analyze the nearby air hole e...     

应用于生物传感的光子晶体微腔设计

We have designed an air-bridged PhC microcavity with high sensitivity and a high quality factor.The structure parameters of the microcavity are optimized by three-dimensional finite-difference time-domain method. We compare the performance of a silicon-on-insulator PhC microcavity and an air-bridged PhC microcavity,and analyze the effect of the thickness of the slab and the radius of the defect hole on the performance of the air-bridged PhC microcavity.For a thinner slab and a larger defect hole,the sens...     

缺陷层厚度对1维光子晶体孪生缺陷模的影响

为了研究由1维特定掺杂光子晶体生成的孪生缺陷模与缺陷层厚度的关系,采用特征矩阵的方法进行了理论分析。结果表明,当整体改变这种缺陷层厚度时,孪生缺陷模低频和高频模位置的变化情况各不相同;当仅改变缺陷层的正折射率材料的厚度时,随着厚度增加,孪生缺陷模红移;当仅改变缺陷层负折射率材料的厚度时,随着厚度增加,缺陷模蓝移;并且孪生缺陷模透射率的变化也很复杂。这一结果为设计有特殊用途的光子晶体器件提供了理论依据。     

光子晶体缺陷模随缺陷结构变化规律及其双模特性的数值研究

本文利用光学传输矩阵理论,对一维光子晶体缺陷层存在和不存在时光子晶体缺陷模进行了研究。计算表明:在计算模型中缺陷层存在与否,都可以产生缺陷模,并从产生机理上给予了解释。计算了不同周期厚度与光的入射角对光子晶体缺陷模的影响,得到了单缺陷层时,双模产生的条件及随缺陷层光学厚度变化的规律,得到的一些结论将有助于我们更好的理解和进一步开发光子晶体的应用。     

一维光子晶体缺陷模光场分布的色散效应

利用特征矩阵的方法推导出光在一维掺杂光子晶体中光场的分布公式,利用光场的分布公式和材料的色散公式研究了杂质色散对一维掺杂光子晶体缺陷模和禁带光场分布的影响。研究表明:杂质色散对一维掺杂光子晶体缺陷模的光场的分布会产生明显的影响,杂质色散会使缺陷模的光场的峰值明显降低,会使光场分布的半高宽明显减小。     

Low-loss propagation in photonic crystal waveguides

The fabrication and characterisation of high-quality silicon membrane photonic crystals are reported. The etching process was carefully optimised to give holes with very smooth and vertical sidewalls, resulting in propagation, with a minimum loss of 4.1plusmn0.9 dB/cm in a single line defect (W1) waveguide