光子晶体平行波导耦合效应研究及应用

在二维矩形阵列结构硅光子晶体中去除相间三排硅柱的两排平行硅柱形成平行线波导对.利用时城有限差分法(FDTD)模拟仿真以及数值分析研究平行线波导时之间的耦合特性,发现改变硅柱半径和背景折射率可以明显改变波导的耦合周期长度.基于此结构,提出了一种新的液体折射率检测方法,以间隔三排硅柱的平行波导对为基本结构,设计了一款液体折...     

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。     

太赫兹波段光子晶体温度传感器的研究

使用对太赫兹波段有吸收效应的掺杂硅设计光子晶体结构,使得在光子带隙内的光波被吸收,并加上金属反射镜面将光子晶体的吸收峰和法布里-珀罗(F-P)谐振吸收峰结合,使此结构在0.29～0.31 THz波段达到宽频吸收,并且在0.31～0.34 THz波段通过测量光子晶体的反射率可以计算出对应温度。在使用商业电磁仿真软件CST2014仿真和优化参数后,反射率对应温度变化的变化范围是0.09～0.36,即最大值与最小值有4倍之差,这一特性表明,此结构的反射率变化随温度变化十分明显,是一款十分灵敏的温度传感器。此外,在入射角不大于40°时,结构性能依然良好。     

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。     

二维光子晶体中反常Doppler效应的相位演变

光在具有负等效折射率的二维光子晶体中传输时会产生反常Doppler现象,为了分析光在该反常效应中传输时的相位变化,首先用时域有限差分(FDTD)法仿真了光经过静止光子晶体时的负折射现象,然后对光子晶体中沿光传输方向的Bloch波做快速傅里叶(FFT)处理。对滤波后的频谱,用iFFT反演出各平面波分量,并通过分析各平面波分量的相位演变,分离出与负折射产生有关的后退波分量。然后,将实验中的连续运动过程分解为各静止瞬间,分析了各相邻时刻探测面上信号光和参考光的相位变化,此处两束光的相位变化差随时间的变化量就是差频。静态FDTD方法仿真计算得到的差频与理论值的误差约为20%,能较好解释反常Doppler效应发生过程中光的相位变化。本文的研究揭示了反常Doppler效应发生时光子晶体中起作用的分量的相位变化,也为研究光在运动介质中的传输特性提供了新的思路。     

入射光频率变化对负折射现象的影响

以硅的圆形介质柱在空气中组成二维六边形排列结构的光子晶体为例,研究了入射光频率变化对光子晶体负折射现象的影响.利用时域有限差分法(FDTD)并通过模拟仿真给出了两者之间的规律,同一光子晶体中,在可产生较明显负折射现象的入射光频率范围内,折射光的偏转角度随入射光频率的增大而减小;随着入射光归一化频率逐渐变小,增加光子晶体的波导宽度可产生较明显负折射现象.要得到折射率为-1的情况,则入射光归一化频率越小,光子晶体的波导宽度要相应越大.     

基于光子晶体和法布里珀罗腔结构的折射率传感器

光子晶体传感器在溶液检测方面具有巨大的应用潜力,设计一种光子晶体液体折射率传感器,通过在光子晶体中构造法布里珀罗腔(F-P腔)并利用光子晶体的自准直效应来实现折射率的探测。通过二维时域有限差分法(2D-FDTD)对电磁波在光子晶体F-P腔中的传播的仿真实验,最终获得了高线性度的输出光功率与液体折射率的对应关系,并可基于此特性实现液体折射率的检测。相较于其他的检测方法,光子晶体的应用使其具有体积小、测量范围广、易于与激光器件集成并且不受外界电磁环境影响等优点。     

基于梯度折射率光子晶体可调谐亚波长聚焦特性的研究

本文对梯度折射率光子晶体的亚波长聚焦特性进行了研究。该光子晶体是由硅和圆形空气孔构成的平行平板,通过改变空气孔的结构来实现折射率的梯度渐变。采用时域有限差分（finite-different time-domain,FDTD）算法对光子晶体的聚焦过程进行仿真分析。研究发现,适当地修正光程差可以大大地提高聚焦效果,同时焦距和中心空气孔的结构对聚焦效果也有影响。综合以上3种要素,最终设计出的梯度折射率光子晶体平板可实现较好的亚波长聚焦效果,其中在光子晶体外部1.45 λ处的光斑最佳,半宽值可达到0.3447 λ。为了提升应用性能,设计了一个动态的调焦系统。在该光子晶体中加入半导体制冷片来调节温度,通过改变温度可以实现1.1374 λ～2.6264 λ的焦点调谐,同时焦斑半宽均小于0.4 λ。