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...     

光子晶体及二维光子晶体波导

光子晶体是一种新兴的光学材料,其各种优异的光学特性可以用来制作所需要的光子晶体器件,。本文介绍了一维、二维、三维光子晶体的结构、特性及其主要的理论研究方法、实验制备方法,并着重阐述了二维光子晶体波导的特性及其制备方法及国内外研究进展。     

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。     

二维三角形光子晶体带隙与耦合特性研究

利用二维三角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的带隙分布及斜边耦合特性.结果表明,光子禁带的大小受到构成光子晶体的介电材料的空间排列分布以及介质柱半径大小的影响;束缚在光子晶体中的光波可以在波导和谐振腔中进行传输,达到选择输出光波的目的.     

光子晶体波导与微腔耦合的三通道波分复用器

为了实现对光波有效的选择输出,并且使光波的带宽很小,设计了微腔耦合的三通道波分复用器。对该器件采用时域有限差分法和微腔与波导间耦合模进行研究。首先,根据微腔选择不同频率的光波,设计光子晶体滤波器模型。然后,基于光子晶体耦合模理论,由定向耦合波导和一个高品质因子微腔构成的波分复用器。最后,为了提高输出光的透射效率,在波分复用结构的主波导的输出端,增加五个介质柱,形成一个反射层。实验结果表明:此结构能够通过微腔选择不同频率的光波,经过优化设计后的波分复用模型,光波的透射率得到了提高,波长λ=1.763μm的光波达到透射率将近90%。在光子晶体中取多个微腔可以选择输出更多波长的光波,所以这种结构在光子晶体集成器件的制作上有很好的应用前景。     

二维光子晶体波导的能带分析

设计了在25×13的二维圆柱正方晶格中心引入线缺陷构成的光子晶体波导,利用平面波展开法(PW E)方法计算并仿真了该波导的能带分布,分析出其带隙分布与介质柱折射率和占空比的关系,总结出了能带与两者之间的变化规律,得出了存在最大带隙结构的波导参数是介质柱的折射率为6.9,占空比2r/a=3.6,对于实际制作光子晶体波导提供了理论指导。     

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。     

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。     

一维液晶缺陷光子晶体温度传感器的研究

将向列相液晶作为缺陷层引入一维光子晶体中,利用液晶折射率对温度变化敏感特性,设计了一维液晶缺陷光子晶体温度传感器。用传输矩阵法研究了传感器的温度特性,并用Matlab编程进行了模拟计算。结果表明,当温度升高时,液晶排列沿平行介质表面的传感器,缺陷峰波长向长波长方向漂移,缺陷模透射峰的宽度减小;而液晶排列沿介质表面法向的传感器,缺陷峰波长则向短波长方向漂移,缺陷模透射峰的宽度增大;传感器的温度灵敏度大于普通材料缺陷的光子晶体,与液晶材料和温度有关,温度接近液晶相变点而增大迅速;传感器缺陷峰波长的漂移与温度成非线性关系。设计了温度传感器探头结构和实验测量系统,测量结果与理论计算值符合。     

平板型光子晶体液晶微谐振腔的温度特性

在二维光子晶体薄板的中心空气孔中填充厚度与光波长相当的液晶材料,形成平板型光子晶体液晶微谐振腔结构。用时域有限差分法研究了液晶微谐振腔的温度特性,并用Matlab编程进行了数值计算。计算结果表明,由于液晶折射率是温度的函数以及微腔对光波传输的约束,当温度升高时微谐振腔的透射峰波长向长波长方向移动,透射峰半高宽度减小,品质因子增大,谐振波长和品质因子随填充因子与平板厚度的变化曲线向增大方向移动,接近液晶相变点时微腔的温度特性变化更迅速。平板型光子晶体液晶微谐振腔的温度特性,为可调光子晶体器件的设计提供了理论基础。     

Characteristics of tunable micro-cavity based on one-dimensional photonic crystal doping KTP as defect layer

The tunable micro-cavity based on one-dimensional(1D) photonic crystal doped by KTP is designed.The optical transmission properties in the doped one-dimensional defect photonic crystals are analyzed using transfer matrix method(TMM).According to the electro-optic effect,the refractive index ellipsoid equation is established with the applied alternating current at both coordinate axes,and the characteristics of temperature-optics and modulation are studied.Numerical calculations and experimental results show that the tuning range is ～40 nm.     

折射率可调的二维光子晶体设计与特性

光子晶体在传感、滤波和光子晶体激光器等方面具有很重要的应用价值。设计了一种基于改变缺陷介质折射率的可调谐二维正方晶格和三角晶格光子晶体激光器微腔,在平面光子晶体薄板中引入点缺陷磷酸氧钛钾(KTP),在KTP两端施加交流电场控制KTP晶体折射率变化。实验中随着KTP晶体折射率逐渐增大,正方晶格光子晶体禁带数量减少,归一化频率减小,禁带宽度基本不变;而三角晶格光子晶体禁带逐渐变窄,且向低频方向移动。最后,用平面波展开法分析了晶体的能带结构,得到理论上的描述,验证了实验结果。     

光子晶体波导传输特性的计算和模拟

应用时域有限差分法研究了在空气孔-介质光子晶体波导中引入一空气柱后对光学传输特性的影响.结果表明:引入空气柱后,通过改变空气柱的半径及其在波导中的位置,能使其透射特性产生显著的变化.在归一化频率＞0.26的高频段,透射率迅速降低;空气柱半径越大、越靠近入射源,透射率越小.通过数值模拟对计算结果进行了验证.     

含一液晶缺陷层的一维光子晶体缺陷模的电场调控特性研究

当电场强度大于阈值时,液晶可以看成是单轴介质,其折射率可以通过电场方向来调控.在光子晶体中引入缺陷层液晶,利用传输矩阵法研究了含有一层填充不同液晶(分别为E7、5CB或BL-009)缺陷的一维光子晶体缺陷模的电场调控特性.结果表明:对应于E7、5CB或BL-009不同液晶缺陷,缺陷模波长可调量分别为43nm、34.5nm和37.1nm,电场对E7这种液晶相对于其他两种液晶可调量更大.随着垂直入射光与电场方向间夹角θ在(00,900)内增大,缺陷模波长向着短波方向漂移.这是由于有效折射率的变化及变化范围所引起的.     

Low-loss silicon-on-insulator photonic crystal waveguides

Silicon-on-insulator-based 2D photonic crystal waveguides have been optically characterised. The measured total insertion loss is below 19 dB in the waveguides with unpolarised light. With the length mask technique, it is found that the photonic crystal waveguides show propagation losses below 4 dB/mm     

Coupling between photonic crystal waveguides

A calculation procedure for evaluation of the coupling length of two parallel coupled channel waveguides in a planar photonic crystal is proposed. The first step of the calculation is evaluation of the band structure of a photonic crystal containing two coupled linear defects. The eigenvalue corresponding to eigenstates localized in the linear defect (the waveguide) is split due to the coupling. This splitting is treated within the coupled-mode theory that yields a simple relation between the splitting and the coupling length. The MIT photonic bands code is used to evaluate the coupling between channel waveguides in silicon./sup 1/ These calculations show that in contrast to the finite-difference time-domain approach, the method is effective for three-dimensional light propagation.