不对称级联结构光子晶体的透射特性

通过传输矩阵法理论,计算和研究不对称级联结构光子晶体的透射特性,结果表明:对于级联镜像对称结构光子晶体,透射谱的禁带中出现单条透射率为100%的透射峰,随着级联数目增大,单透射峰越来越精细并快速向长波方向移动,产生蓝移现象,但透射峰的透射率不变。对于不对称级联结构光子晶体,随着级联数目或级联周期不对称度增大,透射谱中单透射峰的透射率迅速下降,同时透射峰的位置随禁带缓慢向短波方向移动,产生红移现象;随着级联结构不对称度增大,透射谱中单透射峰的透射率缓慢下降,同时透射峰的位置快速向短波方向移动,产生红移现象。不对称级联结构光子晶体的透射特性,对光学滤波器、光学全反射镜和光学开关等器件的研究和设计有一定的指导价值。     

可见光波段空芯光子晶体光纤的实验研究

通过合理设计并采用改进的两次堆积法制备出了结构完整的空芯光子晶体光纤(HC-PCF).从实验中测得的透射谱可以看出,所制备的光纤在450～1100mm波段出现了5条宽窄不同的带隙结构.令人欣喜的是,最后观测到空芯中有显著的绿光传出.将带隙传光区域由近红外波段移至可见光波段,既有利于实验中带隙的观测,又为空芯光纤在可见光波段的应用开辟了广阔的前景.     

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。     

含负折射率材料的1维光子晶体掺杂缺陷模研究

为了研究含有负折射率材料的光子晶体掺杂缺陷模的光学传输特性,利用传输矩阵理论进行数值分析。采用插入和替代两种方式对排列整齐的光子晶体进行掺杂,产生了缺陷模式。结果表明,引入正折射率缺陷只能在布喇格带隙中产生缺陷模,引入负折射缺陷能够同时在全方位光子带隙和布喇格带隙中产生缺陷模。同时研究了掺杂方式、入射方向、缺陷厚度、缺陷位置、缺陷类型对缺陷模式的影响,并对含有两层缺陷的光子晶体进行研究,得到两缺陷层的距离与带隙产生的关系,即距离越近越容易产生缺陷模式,且缺陷模的深度越深。这对于制造新型的全方位滤波器是有指导作用的。     

基于自成像效应七平行光子晶体单模波导分束器

在完整的二维光子晶体中引入线缺陷,就形成了光子晶体波导。将七光子晶体单模波导的相互耦合看成一个多模干涉系统。在多模干涉系统中,本征模的色散曲线相交并出现简并模,简并模之间存在强烈耦合并导致模式的分布方式重新发生变化。本文基于自成像效应的波导多模偶合,提出了一种二维光子晶体波导四端口分束器。采用时域有限差分法和平面波法作为研究工具,TE模为研究对象,从理论上分析了这种器件的特性。结果表明,通过调节介质柱半径R,来改变耦合区电磁场的相位分布,从而控制四个输出端口的能量分布。     

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。     

含双负介质一维光子晶体量子阱的透射谱研究

用传输矩阵法研究一维光子晶体(AB)m(BACAB)n(BA)m的透射谱,研究发现：在双正介质和含双负介质情况下,归一化频率1.0ω0/ω处光子晶体(BACAB)n的能带皆处于光子晶体(AB)m(BA)m的禁带中,均构成以1.0ω0/ω处为对称中心的光量子阱结构。光量子阱透射谱出现对称分布的共振透射峰,呈现明显的量子化效应,透射峰数目和位置可由n调节控制,且双正和含双负光量子阱结构的透射谱结构相同,但后者的透射峰带宽、间距比前者大。该特性可用于设计微波范围内的可调性多通道滤波器和光开关等。     

掺杂二维三角圆柱光子晶体传输特性研究

为了研究掺杂对二维光子晶体传输特性的影响,应用时域有限差分方法数值模拟了各种掺杂情况下二维三角圆柱光子晶体的透射率即光传输函数随频率的变化。数值结果表明,对于一定的入射方向,光子晶体中的带隙的宽度、中心位置都受到掺杂所处的位置、掺杂物的折射率、掺杂柱的粗细不同程度的影响。该结论为该类光子晶体的应用提供了理论依据。     

光子晶体与光子准晶复合型上下载滤波器

基于二维正方晶格光子晶体与十二重Stamfli型光子准晶提出了单环形腔上下载滤波器及双环形腔串联上下载滤波器.分析并对比了两种上下载滤波器的传输效率随光子准晶介质柱半径及折射率大小的变化规律,且对比了两种上下载滤波器的品质因数随环形腔中心介质柱半径及折射率大小的变化规律.结果表明,双环形腔串联复合型上下载滤波器的性能优于单环形腔复合型上下载滤波器.研究结果将为设计及制备优良上下载滤波器件提供一定指导作用.     

两端对称缺陷对对称结构光子晶体透射谱的影响

通过传输矩阵法理论,研究两端对称缺陷C对一维光子晶体ACmB(AB)n(BA)nBCmA透射谱的影响,发现:当无缺陷C时,透射谱符合镜像对称结构光子晶体的透射谱特征。当引入缺陷C后,随着缺陷折射率nC的增大,禁带中的透射峰逐渐变宽的同时向高频方向移动。缺陷周期数m及其光学厚度DC对透射谱的影响,在数值上具有明显的奇偶特性,m为奇数或DC为奇数倍时,禁带中心均出现一个较宽的通带,且通带宽度随着m或DC的增大逐渐变窄,而且通带上方的振荡加快,但通带中心所处频率位置不变;m为偶数或DC为偶数倍时,禁带中心均出现一条细窄缺陷模,且缺陷模的宽度随着m或DC的增大缓慢变窄,但其位置不变;两端对称缺陷对对称结构光子晶体透射谱的调制规律,为光子晶体设计窄带、宽带光学滤波器或光开关等提供指导。     

Transmission spectrum method to measure the photonic bandgap of hollow-core photonic crystal fiber

Photonic crystal fiber (PCF) is also known as microstruc- ture fiber (MSF). PCF typically consists of fused silica with an arrangement of periodic wavelength-scale air-holes run- ning along the full length of the fiber. PCF supports two guid- ance mechani…     

大纤芯红外带隙型光子晶体光纤研究

针对一般红外光纤存在材料损耗高、制备工艺复杂、传输性能和输出光束质量差等问题,提出了一种适合CO2(二氧化碳)激光传输的新型大纤芯红外PBG-PCF(光子带隙型光子晶体光纤),该光纤由三角形结构光子晶体在中心抽掉19根毛细管空气孔形成大纤芯。利用PWM(平面波展开法)分析得到了传输波长为10.6μm的CO2激光的光纤带隙图;再利用基于全矢量有限元法的仿真软件COMSOL Multiphysics分析其损耗特性。结果表明,这种结构的PBG-PCF与现有的红外光纤相比,传输10.6μm CO2激光时的损耗更小,约为0.08dB/km,可满足医用传输大功率CO2激光的需要。     

含双缺陷光子晶体的缺陷模特性及应用

利用传输矩阵法,计算了含双缺陷的一维准周期光子晶体的透射谱,并分析了缺陷模的特征。结果表明:当两缺陷层的折射率为1时,该光子晶体的透射谱有一包含可见光所有波长的带隙。而当两缺陷层的折射率为1.1时,原带隙中产生了一缺陷模,且此缺陷模的位置和透射峰值都随两缺陷层折射率不同而变化。折射率越大,缺陷模位置对应的波长越长,缺陷模的峰值也越大。利用缺陷模的这一特性,可以设计一种微型的烟雾传感器。     

Transmission characteristics of metallodielectric photonic crystalsand resonators

K_u band Fabry-Perot type resonances have been observed in the stop band of a metallodielectric photonic crystal by transmission measurements at microwave frequencies. The metallodielectric photonic crystal has a face centered cubic Bravais lattice structure with a lattice constant of 15 mm. Metallic spheres with 6.35 mm diameter are placed at the lattice sites. The metallodielectric photonic crystal displayed a directional bandgap with a lower band edge of 13.0 GHz, an upper band edge of 21.5 GHz and a center frequency of 17.25 GHz, corresponding to a stop bandwidth center frequency ratio of 50%. The maximum rejection at the band center is 35 dB, corresponding to a 7 dB per unit cell rejection ratio. The Fabry-Perot type resonance in the K _u band has a quality factor of 200, with a maximum transmission peak of -5 dB     

二维光子晶体带隙结构的透射特性

应用时域有限差分法(FDTD)研究了二维光子晶体的透射特性。计算了二维完善的周期性介质柱排列和带有缺陷的排列的带隙结构，得到了透射系数对入射光频率的依赖关系曲线。     

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。     

1维光子晶体中TM波的传输公式及其辨析

为了得到1维光子晶体中TM波的传输公式,采用传输矩阵的方法和电磁波的边界条件,推导出TM波在介质层中的特征矩阵及其反射系数和透射系数公式。结果表明,用TE波反射系数和透射系数公式做代换的方法不能得到正确的TM波的反射系数和透射系数公式;对推导出TM波的反射系数和透射系数公式进行了分析,由TM波的反射系数和透射系数公式得出的光强透射率和反射率满足能量守恒;并且推出的TM波反射系数公式不仅能够反映反射波与入射波的数量关系,且能够反映反射波与入射波的位相关系。这些结果对研究1维光子晶体中TM波的传输性质是有帮助的。     

波分复用各向异性光子晶体滤波器

从光子晶体的光子频率禁带特性出发，提出了用两个或两个以上的各向异性周期结构光子晶体叠加在一起，形成叠层结构光子晶体，以获得窄带滤波特性的设想；利用光学传输矩阵法研究了这种结构的光子晶体，分析了在不同入射角和折射率条件下，该周期结构的透射和偏振的光学特性。分析表明，各向异性光子晶体在折射率比值较大或与高折射率各向同性介质结合使用，可以获得较窄的通带，从而实现滤波。数值模拟的结果也证实了上述构思的正确性。     

基于光子晶体方形谐振器的可调谐光信号分离器

在二维光子晶体结构中通过调节光子晶体方形谐振器PCSRs(Photonic Crystal Square Resonators)与波导的耦合长度、耦合宽度、及其耦合柱半径优化设计了光信号分离器.借助于CMT(Coupled-Mode Theory)理论定性分析了两个PCSRs存在相互作用时,结构中波导与谐振腔之间的电磁波耦合性能,用FDTD方法研究了两信道传输工作特性.表明在设计的参数范围中,基于PCSRs的信号分离器具有高正规化传输率、窄带宽、平稳的信号传输强度,中心波长调谐范围宽的特性.该类结构可用于同一中心波长信号的功率二等均分,也可用于不同中心波长信号的分离.该微型结构在片上的光路设计将是一类有潜力的构筑模块,适于光通信领域波分解复用设计、光路集成设计等方面.     

Microwave photonic multichip modules

The increasing use of microwave frequencies and gigabit per second transmission rates in optical-fibre systems and the corresponding interest in using optical techniques for microwave systems are spurring the development of microwave photonic circuits. Despite a considerable investment in research and development, monolithic photonic and optoelectronic integrated circuits have not entered into widespread production. The paper illustrates that for the majority of microwave photonic applications, the multichip module approach is better suited in terms not only of performance but also of economy and of ease of manufacture. The advantages of the silicon optical bench for optoelectronic integration are discussed in depth. It is then shown how, with suitable modifications, silicon-based multichip modules can also provide interconnections to microwave devices, thus creating microwave photonic multichip modules