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.     

混合光子晶体等离子激元纳米微腔

构建了一种三层混合光子晶体等离子体激元结构,分别为金属银(Ag)层,低折射率二氧化硅(SiO2)层和二维光子晶体层。这种混合光子晶体等离子体激元结构具有明显的横磁模(TM)模式带隙。在二维的光子晶体层的中心引入一个单元胞缺陷,形成缺陷腔结构。这种纳米尺度的光子晶体等离子体微腔的体积远小于传统介质的光学微腔,光子能量可以很好地被局域到低折射率层,实现了深亚波长尺度下的对光的限制。通过改变该混合光子晶体等离子激元结构的参数,利用三维时域有限差分(3D-FDTD)方法,分析了这种混合光子晶体等离子微腔结构的光学特性。分析表明:这种纳米微腔具有极小的模式体积0.0141(λ/n)3和高的Q/V值。     

利用Padé近似理论分析光子晶体微腔结构

利用数学Padé近似理论和时域有限差分(FDTD)方法作为一种谱分析手段,研究了几种具有对称性的光子晶体微腔结构,用较短的时间序列计算得到很高的谱分辨率和精度,通过分析光子晶体微腔的缺陷模式,得到了品质因子高达10~6量级的光子晶体微腔结构,为优选光子晶体材料,提高激光器的功率转换效率提供了一定的理论依据。     

含缺陷光子晶体波分复用器研究

利用光子晶体的光子禁带和体积小的优点,在光子晶体中适当设计线缺陷和点缺陷,使这些缺陷会形成波导和微腔.根据耦合模理论,波导与波导及波导与微腔之间会发生耦合现象,通过调节耦合长度和微腔中心半径的大小,可以选择不同波长的光波在各信道中通过.依此原理,可以制作相应的光子晶体波分复用器.     

基于二维光子晶体的微纳全光显示

利用二维光子晶体结构,通过引入线性波导和大小不同的光子晶体微腔,实现对可见光范围内、从红光到紫光各种波长光的分离,并完成向垂直于二维光子晶体结构表面自由空间中的光发射,从而得到微纳结构的全光彩色显示.由于对应于不同波长光的光子晶体微腔大小和在二维平面内的布局可根据需要设计,因而,对红、绿、蓝三色光,若合理设计分另适合于其对应频率的光子晶体微腔,并在二维平面内进行合理布局,可得到自由空间中的全固态白光照明.     

含色散增益介质光子晶体微腔的光学特性

为了理解光子晶体微腔的光学传输特性,探讨微腔的折射率对缺陷模放大特性和谐振频率的影响,采用时域有限差分法计算了含洛伦兹色散介质一维光子晶体微腔的透射谱,分析、比较了不同光子晶体微腔的透射谱。结果表明,微腔折射率的大小决定缺陷模的谐振频率,而介质色散特性将导致缺陷模频率的移动。另外,当通过复介电常数的虚部引入光学增益后,缺陷模在增益介质中被放大,其阈值特性和缺陷折射率的大小密切相关。模拟结果证明通过合理的选择微腔中介质折射率的大小,可以改善微腔的光学特性,降低激光器的阈值。     

光通信波段二维光子晶体的研制

通过数值模拟方法设计微米和亚微米尺寸的光子晶体及其器件；在物理所微加工条件上在多种材料上制备二维可见光和近红外波段的光子晶体、微腔、波导及光子晶体波分复用器等；然后在我们已经建成的微区光学测试装置上完成对所制备光子晶体及器件的特性测试；结合实验研究光子晶体器件理论，优化设计，进一步研制出性能更好的光子晶体     

二维平板光子晶体微腔与波导的耦合北大核心CSCD

光子晶体是介质介电常数呈周期性排布的结构,具有光子带隙,处于光子带隙中的电磁波无法在其中传播。二维平板光子晶体是通过在衬底上刻蚀周期性排列的空气孔柱而形成的结构,由于其具有优良的控制光传播的特性而得到广泛的研究和应用。介绍了在二维平板光子晶体中引入缺陷形成的光子晶体微腔和波导的方法和性质。通过调整几何参数控制微腔与波导之间的耦合,实现基于二维平板光子晶体的全光开关、光存储、单光子源等光学器件并讨论其在量子光学网络中的应用。     

InGaAsP/InP二维半导体光子晶体激光器的研究

光子晶体具有调控光子的能力,而光子晶体激光器的实现则证实了这种调控能力.描述了基于InGaAsP/InP材料的二维半导体光子晶体激光器的研究,主要介绍了点缺陷型光子晶体微腔激光器的理论设计、模拟分析及与器件性能的比较.理论上采用平面波展开法和三维有限时域差分法,分析了通过采用调整点缺陷腔的最近临空气孔的尺寸,可以提高光学微腔的品质因子Q,从而提高激光器的工作性能,降低激光器的激射阈值,实验中研制了不同近邻孔径尺寸的激光器,观测到激光器激射阈值降低的现象,实验结果与理论模拟相一致,除此之外,还实现了光子晶体三角形腔和H2腔激光器的激射.     

Design and simulation of a high contrast grating organic VCSEL under electrical pumping

We propose an electrically pumped high-index-contrast grating (HCG)-based organic vertical-cavity surface-emitting laser (OVCSEL). The microcavity structure consists of an organic light emitting diode inserted in a very high quality factor hybrid photonic crystal (HPC) in which the top DBR is replaced by a sub-wavelength HCG layer. The results of simulation show that quality factor of the proposed microcavity is at least 280,000. Therefore, a considerable reduction of the laser threshold under electrical pump is expected. We also investigate the threshold behavior and the dynamics of the OVCSEL under electrical pump. Results from numerical simulation show that the structure can reach the lasing condition under electrical pump with a current density above 2 A/cm².     

基于微腔和光学Tamm态耦合的全光二极管

为了实现全光二极管的功能设计,采用1维光子晶体非线性微腔,在1维光子晶体两端设置不同厚度的金属薄膜,并运用非线性传输矩阵方法研究了该结构的传输属性。结果表明,两个非对称光学Tamm态和非线性微腔的耦合结构呈现双稳态,且滞回线的位置与入射方向有关,具有全光二极管功能;光二极管的性能依赖于微腔厚度和两个金属薄膜的厚度比。该设计为全光二极管的性能优化提供了参考。     

Study on a novel photonic crystal temperature sensor

In this paper, a model of photonic crystal temperature sensor based on crystal microcavity in a straight photonic crystal waveguide is proposed. The transmission characteristics of light in the sensor under different temperatures are simulated by using finite-difference time-domain (FDTD) method. The thermal expansion and thermal-optic effects of silicon are taken into account. The results show that the resonant wavelength of microcavity increases linearly as the temperature rising. The waveleng...     

基于PEN柔性衬底的顶发射微腔OLED性能研究

设计了结构为Ag/MoOx空穴注入层(HIL)/有机层/LiF/Al/Ag/Alq3的柔性有机电致发光器件(FOLED),研究通过改变HIL层的厚度改变腔长实现对微腔效应的调节,制备了性能优化的微腔FOLED。通过器件性能的对比,得到了可用Ag作为反射阳极的顶发射微腔FOLED全彩显示器件优化结构,即蓝、绿和红FOLED对应的优化HIL层厚度分别为100nm、120nm和160nm。     

光子晶体二元缺陷微腔的光传输特性

构造和研究了光子晶体插入式二元缺陷和替代式二元缺陷微腔的光学传输特性,结果表明:随着二元缺陷自身周期数增大,微腔透射谱中分立缺陷模的数目增加,且替代式二元缺陷微腔分立缺陷模多于插入式二元缺陷微腔;随着缺陷高折射率介质厚度的增大,二元缺陷微腔的缺陷模向中间靠拢呈现简并趋势,同时禁带两侧出现多组双缺陷模,且高频一侧出现双缺陷模多于低频一侧,但替代式二元缺陷微腔出现的双缺陷模数目多于插入式二元缺陷微腔;随着缺陷低折射率介质厚度增大,插入式二元缺陷微腔的缺陷模向低频方向移动同时呈现耦合分开趋势,且透射率逐渐降低,而替代式二元缺陷微腔的缺陷模则向中间靠拢呈现简并趋势,同时缺陷模整体向高频方向缓慢移动,而透射率保持100%不变。光子晶体二元缺陷微腔的光传输特性为光学滤波器、光学开关和激光器等的设计提供了参考。     

微腔中nc-Si/SiN超晶格的光致发光

研究了一维光子晶体微腔结构对nc-Si/a-SiNz超晶格发射的调制.一维光子晶体微腔采用两种具有不同折射率的非化学组分非晶氮化硅的周期调制结构,腔中嵌入采用激光晶化方法制备的硅量子点阵列,从Raman谱和透射电子显微镜分析得到其尺寸约为3～4 nm.从光致发光谱上观察到明显的选模作用、明显变窄的发光峰以及约两个量级的发光强度的增强.微腔对硅量子点阵列发光的调制主要表现在两个方面:共振模式的增强和非共振模式的抑制.硅量子点中位于腔共振模式的辐射跃迁被增强,非共振模式的辐射跃迁被抑制,因此位于腔共振频率处的跃迁通道成为硅量子点中唯一的辐射跃迁通道,导致光致发光谱的窄化和强度的增强.因此,在提高硅材料发光效率方面,光子晶体微腔具有非常大的应用前景.     

高饱和度蓝色磷光有机发光器件

使用典型天蓝色磷光材料FIrpic作为磷光金属微腔有机发光器件（OLED）的发光层,以高反射的Al膜作为阴极顶电极和半透明的Al膜作为阳极底电极,采用空穴和电子注入层MoO3和LiF,制备了结构glass／Al（15nm）／MoO3（znm）／NPD（40nm）／mCP：Flrpic（30Ftm,7％）／BCP（20n...     

Electrically injected single-defect photonic bandgapsurface-emitting laser at room temperature

An electrically injected defect-mode photonic bandgap microcavity surface-emitting laser at room temperature is demonstrated for the first time. 931 nm lasing is observed under pulsed excitation conditions. With a threshold current of 300 μA. Near- and far-field modal characteristics of the emission confirm lasing from the defect-related microcavity in the photonic bandgap crystal     

Characteristics of a photonic bandgap single defect microcavityelectroluminescent device

A microcavity surface-emitting coherent electroluminescent device operating at room temperature under pulsed current injection is described. The microcavity is formed by a single defect in the center of a 2-D photonic crystal consisting of a GaAs-based heterostructure. The gain region consists of two 70-Å compressively strained In_0.15Ga_0.85As quantum wells, which exhibit a spontaneous emission peak at 940 nm. The maximum measured output power from a single device is 14.4 μW. The near-field image of the output resembles the calculated TE mode distribution in a single defect microcavity. The measured far-field pattern indicates the predicted directionality of a microcavity light source. The light-current characteristics of the device exhibit a gradual turn-on, or a soft threshold, typical of single- or few-mode microcavity devices. Analysis of the characteristics with the carrier and photon rate equations yields a spontaneous emission factor β≈0.06