衍射光多普勒频移的实验研究

为了证明由周期性造成的光的"负折射"现象不同于光的衍射现象,采用光学外差干涉法,对运动的平面光栅的衍射光进行多普勒频移的测量。通过对参考光引进频移的方法,让拍频值和参考光频移值对比确定衍射光所发生的多普勒频移的正负,验证了周期性的平面光栅当入射光与出射的衍射光在法线同一侧时发生的多普勒频移是正常的。说明仅由周期性造成的"负折射"现象,并不能产生反常多普勒效应;具有反常多普勒频移的周期性二维光子晶体才具有反常的等效负折射率,"左手"材料的反常性质并不仅是由于周期性造成的。     

具有负折射的二维光子晶体设计

提出一种具有负折射特性的二维光子晶体设计。对其色散关系的分析表明,该设计对归一化频率为0.5263的TE极化光波具有负折射特性。时域有限差分(FDTD)数值计算模拟结果证明了分析的正确性;并且负折射对光子晶体层数没有依赖关系;很薄的光子晶体就能表现出明显的负折射,且便于实验制作和探测;在一定入射角范围内,光子晶体平板表现出奇异的负折射导引现象。给出了光子晶体模型参数。     

光子晶体负折射效应在糖溶液浓度检测中的应用

探讨了光子晶体负折射效应在糖溶液浓度检测中的应用,在软件中使用时域有限差分法对光在光子晶体中的传播进行了模拟实验。模拟显示：糖溶液的浓度变化与输出功率变化接近线性关系,而线性相关程度受介质柱半径常数的影响。进行了多组参数比对与优化,最终获得了线性度最高的输出功率与糖溶液浓度的对应关系。基于这个对应关系,提出了基于光子晶体负折射效应的糖溶液浓度检测方法并设计了相应的糖溶液浓度检测器。实验结果表明：基于光子晶体的糖溶液浓度检测器具有结构简单、测量精度高、响应速度快、易于与激光器件集成且不受外界电磁环境影响等优点。     

光子晶体中的能带结构及其光的传播

能带结构的计算和光在周期结构中的传播是光子晶体的两个基本而又重要的问题。着重讨论了计算晶体能带结构的平面波展开法和分析光在周期性介质中传播的Flo-quet-Bloch理论。光子晶体中的电磁场可以用一系列的空间谐波表示,光的传播方向可以用能量传播方向或它的群速度方向来表示,因此表示光在光子晶体中传播的一个直观方法是利用波向量图。     

基于亚波长光栅的负折射光子晶体成像研究

理论上折射率为-1的平板超透镜可以实现完美成像,但等效折射率为-1的光子晶体结构,不满足介电常数ε=-1和磁导率μ=-1的条件,光子晶体与自由空间阻抗不匹配,某些角度的入射光与光子晶体内布洛赫波不能耦合,致使该空间频率光信息丢失,限制了光子晶体成像分辨率。为了提高成像分辨率,在光子晶体表面设置亚波长光栅结构,利用光栅的增透减反和波矢匹配作用,提高光子晶体对入射光的耦合效率。通过调整光栅周期,使更多高空间频率分量参与成像,同时抑制低频分量的传输。设置亚波长光栅结构后,光子晶体成像分辨率由597 lp/mm提高到了850 lp/mm,突破了衍射极限。     

四边形周期结构负折射介质光子晶体光纤的设计

提出了一种纤芯与介质柱为负折射率材料、衬底为正折射率材料的新型四边形周期结构光子晶体光纤(PCF)。介绍了它的结构设计,研究了光子带隙效应导光特性。与传统四边形周期结构光子晶体光纤相比,该种光纤可以实现带隙效应导光传输,取填充比f=0.7时可获得光子带隙传输范围为880~4140nm,可应用于远红外光通信中。     

多信道二维光子晶体滤波器

根据光波模在光子晶体线缺陷波导和环形谐振腔之间的耦合原理,在二维三角晶格光子晶体中设计了一款由线缺陷主波导、环形谐振腔、60°弯下载波导组成的多信道下载滤波器。利用平面波展开方法计算了完整光子晶体及线缺陷波导的能带结构;基于时域有限差分方法计算了各目标频率光信号在器件中的传输特性,分析了影响器件耦合效率的因素并对其进行了改进。分析表明:通过改变环形谐振腔内介质柱的半径可以调节光子晶体环形谐振腔的谐振频率,而改变线缺陷主波导与环形谐振腔之间耦合区域中介质柱的形状以及将直下载波导改换成60°弯下载波导可以提高线缺陷主波导、60°弯波导与环形谐振腔之间的耦合效率。计算结果显示:优化后的多信道二维光子晶体滤波器具备优良的选频功能,各目标频率光信号的透射率均达90%以上。与传统半导体介质材料器件相比,该器件体积较小,结构简单,易于大规模集成,很有应用前景。     

负折射率材料的实现方法和研究进展

负折射率材料作为一种具有奇异特性的新型材料,已经成为人们关注的热点。该文主要介绍了负折射率材料的特性,着重阐述了实现负折射的3种主要方法：左手介质、手征介质、光子晶体,其中,用手征介质和光子晶体方法实现负折射最大的优点是可以使损耗很低。另外,叙述了负折射材料的发展状况和前景展望。     

二维硅薄膜光子晶体波导的设计及制作

为了制作可用于通信波段的二维硅光子晶体波导,研究了光子晶体波导的设计方法及制作工艺。应用平面波展开法计算了两种空气孔型光子晶体结构的TE波禁带,经筛选采用了三角晶格空气孔结构。同样利用平面波展开法计算了引入缺陷后二维三角晶格空气孔型光子晶体波导结构的TE波禁带,经对比发现归一化频率为0.295 7的缺陷态最适宜用来制备光子晶体波导,并据此设计了用于1.55μm波长的二维三角晶格空气孔型光子晶体波导,其晶格周期为458nm,空气孔直径为339 nm。对设计的结构参数进行了容差计算,结果表明误差在-3.95~5.65 nm方能满足设计要求。最后使用聚焦离子束刻蚀工艺,制作了所设计的波导结构,并进行了测试。测试结果表明,样品实际晶格周期为463nm,空气孔直径为344 nm,比设计值大5 nm,在容差允许范围内,满足设计要求。     

基于叠加态涡旋光多普勒效应的物体速度探测

涡旋光携带轨道角动量,具有螺旋相位,其坡印廷矢量与光轴存在夹角。涡旋光坡印廷矢量的角向分量会引起旋转多普勒效应,可对旋转速度进行直接测量。利用涡旋光的线性多普勒效应与旋转多普勒效应可以对物体的线速度以及转动速进行探测,对物体的复合运动状态进行描述。在此基础上,利用叠加了不同轨道角动量模式的涡旋光对目标进行探测,不同的轨道角动量模式会造成不同的频移,结合线性多普勒效应造成的频移可以测量复合运动具体速度成分。由此提出了一种叠加态涡旋光对于复合运动的测量模型,并分析了不同运动状态对探测结果的影响。     

基于硅透镜与光子晶体的逆古斯汉欣位移监测系统及其温度特性研究

基于硅介质柱型光子晶体,采用时域有限差分方法(FDTD),探究高斯光束在光子晶体界面的逆古斯汉欣(GH)位移.通过在光子晶体下表面添加硅透镜,研究高斯光束的入射角度、硅透镜的曲率半径以及温度对光子晶体逆GH位移的影响.研究结果表明,发生最大逆GH位移的角度大于几何理想全反射角.添加焦点位于光子晶体表面中心的硅透镜可以使...     

二维光子晶体波导传输特性的研究

为了研究二维光子晶体波导的传输特性,应用平面波展开法计算得到在0．216～0．35229,0．432-0．48386,0．76886-0．79716Hz波段的光波能在波导中很好的传输。并且分析了当圆柱半径从0．1a～0．5a发生改变时的带隙规律,从而为光子晶体波导器件的开发提供了理论依据。     

高非线性光子晶体光纤中布拉格光栅的制作

采用相位掩模版法实验研究了高非线性掺锗光子晶体光纤中布拉格光栅的制作。实验中采用的光子晶体光纤的非线性系数约为12 W^－1km^－1,模场直径约为2.4 mm。 分析了布拉格光栅的反射率随着曝光脉冲数的变化,随着曝光脉冲数的增加其反射率逐渐达到饱和,继续增加曝光量发射率开始下降。实验验证了可以在高非线性光子晶体中写入布拉格光栅,得到光栅的反射率为44.4%,这对于研究光纤布拉格光栅的非线性效应和应用具有重要意义。讨论了影响布拉格光栅写入效率的因素。     

Experimental Verification of Doppler Effect with the Refraction Method

The traditional methad of measuring Dopplr Effect is either reflection or dispersion.This article clarifies that it can also verify the Doppler Effect with the refraction method.We have designed the experimental system with the method of optical heterodyne,using the refraction light beam from a prism,and made the experiment.The experimental results are in accordance with the theoreticai calculation.It is very useful in some particular case,such as in Negative-Index Materials(NIM),to verify the Doppler Effect with this method.     

光子晶体实验中热辐射干扰的分析

搭建了针对10.6μm波长红外光的光子晶体探测系统,分析了在使用热敏探测器测量光强时,外界的热辐射干扰对光强探测的影响及产生的原因,并计算了高斯光束在经过透镜聚焦后在焦点附近的功率密度,揭示了光阑受热后会产生大量热辐射干扰,采用窄带滤光片可显著减小前置光阑热辐射的干扰。