层状复合介质柱体二维光子晶体透射谱研究

提出层状复合材料柱体构成二维光子晶体的设想，用时域有限差分方法数值研究多层复合介质材料在折射率、厚度、层数、组成次序等因素对组成二维光子晶体透射特性的影响。数值结果表明透射谱中出现禁带宽度、中心频率所处位置都比单一介质组成二维光子晶体有差别，特别是在多层环柱时变化更明显，因此在实际应用中可具体根据要求设计二维光子晶体比单一介质设计时有更多的可调因素，从而为二维光子晶体的应用提供更多的理论依据。     

部分无序二维光子晶体透射特性研究

用时域有限差分法研究了光在部分无序二维光子晶体中的透射特性。结果表明：介质柱的位置和大小无序都对光子晶体的高频透射特性都有影响而对低频几乎无影响,随着无序度增大,禁带呈现拓宽的趋势。仅介质柱的位置无序变化时,每个带隙低频端边缘比高频端边缘对无序度变化更敏感。仅介质柱的大小无序变化时,每个带隙间的通带频率越高对无序度变化越敏感。介质柱的大小无序和位置无序度相同时,在高频段后者比前者作用更显著。     

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。     

二维光子晶体带隙结构的研究

利用时域有限差分法模拟了二维光子晶体的带隙结构。通过改变二维光子晶体的结构、介电常数配比及存在缺陷时，在光频范围内模拟了二维光子晶体带隙结构的变化。     

层状复合介质柱二维光子晶体透射谱研究

针对用层状复合材料柱体构成二维光子晶体的这一设想,采用时域有限差分方法数值研究了多层复合介质材料在折射率、厚度、层数、组成次序等因素对组成二维光子晶体透射特性的影响。数值结果表明,透射谱中出现禁带宽度、中心频率所处位置都与单一介质组成二维光子晶体存在差别,特别是在多层环柱时变化更明显,因此在实际应用中,根据具体要求设计二维光子晶体比设计单一介质有更多的可调因素,为二维光子晶体的应用奠定了理论依据。     

2维超晶格结构光子晶体传输特性研究

为了研究超晶格结构对光子晶体禁带的影响,应用时域有限差分法对圆/椭圆、圆/复合柱超晶格结构光子晶体的传输特性进行了计算,得到了相应的透射谱.结果表明,对圆/椭圆超晶格,禁带宽度随椭圆柱截面积的增大而变宽,中心频率变大;对于圆/复合柱超晶格结构,椭圆柱内接于圆孔时,禁带宽度随截面积的增大而变窄,中心频率变小;当长轴垂直入射波方向时,高频段出现较宽禁带,低频禁带完全消失;而椭圆孔中内嵌圆柱时,禁带宽度变化与前者相反.该研究为光子晶体器件的制作提供了理论依据.     

二维光子晶体的制备及应用

主要论述二维光子晶体的制备方法和二维光子晶体器件，并着重讨论了光子晶体在未来的光学器件集成方面广阔的应用前景．     

二维正方形复式晶胞光子晶体的光子特性研究

用FDTD方法计算了二维正方形复式晶胞光子晶体的光子特性．通过光子能带结构、光子态密度的分布以及沿ГX方向透射谱的计算,发现透射谱光子带隙的位置与能带结构符合得很好．光子态密度的分布也表明存在全带隙的光子频率范围,进一步研究给出这种结构光子晶体全带隙存在的物理起源．     

二维光子晶体波导及耦合器的特性模拟

用平面波展开法计算二维光子晶体的能带结构,作为进一步研究光子晶体器件的基础。接着采用时域有限差分法(FDTD)模拟光波在光子晶体直角转折传播的场图以及光波在两条平行光子晶体波导间传播时的耦合场图。模拟结果显示,光波在直角转弯光子晶体中波导中传播时的损耗非常低;在平行光子晶体波导耦合器中的耦合损耗仅也很低。它们的优异性能在光子晶体集成电路中有极大的应用价值。     

结构和缺陷对二维光子晶体传输性质的影响

用转移矩阵方法计算了二维光子晶体的传输性质，讨论了不同极化光的透射行为，比较了正方点阵、有心正方点阵、含缺陷有心正方点阵光子能带对透射特性的影响，获得了第一禁带特性与光子晶体结构的一些基本关系。     

激励源对二维光子晶体传输特性的影响

用时域有限差分法（FDTD）分析了二维光子晶体的传输特性,研究了纯平面波源、高斯波源对传输特性的影响,指出在同一种激励源情况,二维光子晶体的传输特性与其入射角有关。     

二维光子晶体的带隙分析

研究了三角形二维光子晶体的带隙随结构参数的变化规律。计算表明 ,对于空气柱等边三角形二维光子晶体 ,当介电常数比为 13:1时 ,最佳填充比为 0 .78,最大带宽是 0 .0 94 (Δωa/2πc) ;当填充比固定时 ,介电常数比大于 8才会有带隙出现 ,且介电常数比越大 ,带隙越宽 ;两个晶格矢量的夹角与最佳夹角偏离 60° ,向上最大达到 74°、向下最大达到 4 6°时带隙消失。     

二维空气环型光子晶体的负折射现象

采用平面波展开法和时域有限差分法研究了二维空气环型光子晶体的负折射现象。通过平面波法计算了三角晶格空气环型光子晶体的能带结构和等频曲线分布, 通过等频曲线的分析得到了光子晶体有效折射率与光波归一化频率之间的关系, 并模拟了光波在有效折射率为 -1的平板和楔形结构光子晶体中的负折射传输过程。模拟结果表明, 优化设计的空气环型光子晶体可以实现较为理想的负折射现象, 且特定频率光波实现负折射对结构参数的要求较低, 有效的降低了实验室制作光子晶体负折射材料对结构参数的苛刻要求。在实验室采用X光刻蚀方法制作空气环型光子晶体能够节省大量的刻蚀时间, 进而降低光子晶体的制作成本。     

基于FDTD法模拟一维TiO_2光子晶体缺陷态的研究

介绍了时域有限差分法（FDTD）的基本原理,设计了一个由TiO2和SiO2组成的（AB）MA结构一维光子晶体模型（A为TiO2,B为SiO2,M=8）,并对光子晶体中传播的电磁场作了模拟和分析.结果表明：不通过掺杂的方法,只是改变光子晶体的结构参数也可在光子带隙中引入缺陷态,且缺陷态的中心波长和宽度随结构参数的改变而变化.     

基于FDTD方法的光子晶体光纤色散特性分析

基于电磁场时域有限差分法(FDTD)计算光子晶体光纤(PCF)的方法, 分析了运用该方法时需要注意的一些问题, 特别是关于晶格位置、晶格上各个电磁场分量的分布以及完全匹配层(PML)中在边界处的电磁场的处理。以此为理论依据分析了一种纯石英材料双层芯PCF, 对这种光纤的传输特性进行了详细的数值模拟。通过调整光纤的结构参数, 设计出大负色散值的宽带色散补偿光子晶体光纤(DCPCF)。数值模拟结果显示在1530～1565 nm波长范围内其色散值在-400和-600 ps/(km·nm)之间变化, 达到了具有相同有效模面积的普通色散补偿光纤(DCF)的5倍。在整个C波段可以有效补偿长度25倍以上的标准单模光纤(SMF), 其色散剩余量在±1.0 ps/nm·km以内。该种结构的PCF对于制作高增益和宽带色散补偿于一体的集中式光纤放大器具有十分重要的意义。     

2维组合宽带隙光子晶体的研究

为了研究由两种不同的介质柱组合成的2维光子晶体的传输特性,对包层介质柱/基质光子晶体与空气柱/基质光子晶体组合的三角晶格光子晶体进行研究,采用时域有限差分法,对其进行模拟计算,得到多种情况下光子晶体的透射系数与入射光频率的关系曲线.结果表明,在这种组合结构的光子晶体中,可以得到从低频到高频的组合宽带隙,从而达到在更宽范围内控制电磁波传播的目的;包层介质柱外半径的变化对带隙的宽度影响较大;包层介质柱的内半径的大小、内柱和中间夹层的介电常数对带隙宽度没有影响,但是对带隙内的缺陷模有明显的影响.由此可以根据实际需要,通过调节此种光子晶体的结构参量制作极窄带通的滤波器和光开关等.     

半导体光子晶体激光器的研究进展

半导体光子晶体激光器已成为当今世界范围内的一个研究热点.简述了光子晶体的物理特性对优化半导体激光器的贡献,介绍了几种类型光子晶体激光器,详细阐述了器件的工作原理,并展望了光子晶体激光器的潜在应用前景.     

入射角度对一维光子晶体禁带的调制研究

利用特征矩阵法,分别研究了不同偏振方式的波入射到光子晶体时,光子晶体的禁带随入射角度的变化.结果表明:不论是TM波入射还是TE波入射,随着入射角度的增大,光子晶体的带隙都向短波方向移动;TM波入射时,光子晶体的带隙随入射角度的增大而减小,而以TE波入射光子晶体时,随着入射角度的增大,光子晶体的带隙逐渐增大.     

低损耗高带宽金属光子晶体弯波导的设计

设计了一种采用金属材料的二维光子晶体波导.针对金属的色散特性,运用时域有限差分方法对3种二维结构的90°转弯波导的TM波传播特性进行了研究.给出了在合适的填充率下,转弯效率随周期变化的曲线.最后对其中较优的一种结构作了进一步优化,使其3 dB时的带宽达到了99 nm,目标波长处的转弯效率达到了98.2％.该结构的主要参...