利用转移矩阵法和频域块迭代法分析点缺陷二维光子晶体

本文介绍了广泛用于分析光子晶体的两种方法；转移矩阵法和频域块迭代法。运用这两种方法，我们研究了一个5行5列在空气中呈正方排列的二维介质柱晶体，改变中心介质柱的半律和介电常数，分别得到各自对应不同的透射和色散关系曲线，对于同一参数结构的光子晶体，不同算法得到的带隙和缺陷态频率是一致的。同时根据透射和色散曲线所体现出来的晶体特性，我们分析了将光子晶体用作激光谐振腔以提高Q值的机理。     

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.     

基于双环形谐振腔结构的二维光子晶体波分复用器

为了实现光波的波分复用功能并且提高光波的辐射效率,设计了一种基于双环形谐振腔结构的二维光子晶体波分复用器.首先,对光子晶体结构参数进行设计,通过谐振腔和微腔耦合选择不同频率的光波,设计光子晶体滤波器模型;然后,根据模式耦合理论确定主干波导与谐振腔之间的最佳耦合条件,设计波分复用器;最后,加入散射介质柱并调整两谐振腔之间...     

存在干扰模式时的微波谐振器Q值计算方法北大核心CSCD

谐振法测量介质介电常数时需要计算谐振器的无载Q值。当微波谐振器的工作模式受干扰模式影响时,会导致无载Q值的计算出现偏差。文章针对这种情况提出了一种存在干扰模式时计算微波谐振器无载Q值的迭代算法。该方法基于所提出的反向叠加和同相叠加两种等效电路模型,以传输系数模值平方之差在所有频点的平方之和作为目标函数,采用尺度变换最速下降法进行迭代。将圆柱形金属谐振腔的高Q值TE011模作为工作模式、简并的低Q值TM111模作为干扰模式,通过仿真和实测对该方法进行了验证。实测结果表明,当干扰模式较强时,3 dB法计算的工作模式Q值偏离真值14%,而所提出的迭代法的计算结果偏离真值不到1%。     

等离子体填充二维金属光子晶体色散特性研究

 提出了等离子体填充的二维金属光子晶体模型,采用时域有限差分法研究了等离子体填充的二维正方晶格和三角晶格金属光子晶体的色散和带隙特性.对比分析了两种结构中等离子体密度对TM及TE模式传播特性的影响规律.研究发现,由于背景等离子体的引入,二维金属光子晶体的色散曲线明显往高频方向移动,等离子体密度的改变可同时控制TE和TM模的带隙位置和禁带宽度.这些特性使得二维等离子体金属光子晶体在设计可调谐光子晶体器件方面具有潜在的应用价值.     

二维色散介质光子晶体的能带结构求解问题研究

给出了一种计算二维色散介质光子晶体能带结构的方法，研究二维色散介质光子晶体的特性。考虑色散光子晶体，即介电常数ε=ε (ω)与频率ω相关，求解一个非线性特征值问题得到能带结构。首先，基于光子晶体电磁波传播的控制方程组推导出变分形式，对离散以后的非线性问题选择合适的解作为初始值，基于牛顿法对不同的波矢k值求解该非线性问题，获得色散关系ω(k)，从而得到光子晶体的能带结构分布。基于数值方法，求解了几种不同的色散介质光子晶体在横电（TE）、横磁（TM）模式下的能带结构，数值结果表明该方法是有效的。     

压缩六角格子[A(BC)]m结构光子晶体禁带特性

通过引入缺陷和色散介质方法,调控光子的运动状态,研究一种压缩[A(BC)]m结构负折射率光子晶体的TE波和TM波的传输特性和色散特性,研究发现两种模的禁带特性随入射角和色散介质折射率的变化而变化,并且其带隙比普通光子晶体的大,而透射带要窄,这为高品质低损耗的谐振腔、微波天线、透射光栅、光波导等新器件的研制提供理论依据.     

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。     

光子晶体旋转角度对带隙特性的影响

利用平面波展开法研究了两种结构的光子晶体(PC)在旋转操作情况下的带隙特性。首先构建了两种结构不同的光子晶体,并比较了这两种光子晶体结构带隙特性的不同。分别讨论了旋转操作对两种结构光子晶体TE模式带隙特性的影响,发现TE模式的带隙受到介质在x-z平面分布情况的影响。根据计算的结果,分析了旋转操作对带隙特性产生影响的原因,并给出了最优化带隙的角度范围。本研究对实验上制作性能优良的光子晶体结构具有比较好的理论指导意义。     

光学微腔的应用和发展前景

随着激光技术的不断发展,高Q值光学微腔受到广泛关注,其应用领域不仅局限于传统光学,在量子信息和集成量子芯片方面更是有广阔的应用前景。简要分析了两种不同类型光学微腔(回音壁模式光学微腔和光子晶体缺陷腔)的原理、发展历程以及相对于传统光学谐振腔的优势。同时数值模拟出了不同结构光学微腔的模式分布。基于其特殊优势,介绍回音壁模式光学微腔在激光技术、生物探测以及量子物理领域的重要应用,并且预测光子晶体微腔将在集成光学、微电子技术等领域具有巨大的发展前景。     

闭腔法测量微波介质材料参数的研究

采用TE01δ模闭腔法,推导了介电常数和介质损耗的计算公式.制作了4种介质谐振器,分析了支撑物的材质及高度、耦合的结构及强弱、金属腔材质对所制介质谐振器的谐振频率和品质因数Q值的影响.结果表明:较高的聚四氟乙烯支撑使介质谐振器有较高的有载Q值,弱的耦合使有载Q值非常接近无载Q值,高Q值的金属腔利于介质材料Q值的精确测量...     

Dielectric resonator dual modes filter

In a shielded cylindrical dielectric resonator a number of degenerate modes with identical natural frequencies can be found. These degenerate modes can be coupled together to form coupled circuits by perturbating the geometrical configuration of the structure. The letter presents both TE01p mode resonant frequency perturbation by a tuning screw and a two modes dielectric filter using two perpendicularly polarised HE111 modes of the resonator.     

复合周期特异介质光子晶体异质结的谐振模

一维异质结光子晶体包含两个基本单元结构,其中每个单元都由一种特异介质和常规介质层叠构成.利用传输矩阵法,通过数值模拟得出两种不同异质结光子晶体的透射谱.在1.0 ～ 10.0 GHz频率范围内,(AB)6(CD)4结构的透射谱中出现了三个光子带隙,但带隙中没有谐振模;而在(《AB)6(CD)4)2结构的透射谱中,在三个光子带隙内均出现谐振模.在第一带隙内,随着入射角的增大,TE波和TM波的谐振模数目均减少且谐振模发生频移.其中对于TE波,在2.40 GHz附近出现了全向谐振模.     

介质加载圆柱腔的场分析

本文应用严格场匹配法解决了介质加载圆柱腔的本征问题，计算了圆柱腔在纵向部分填充介质后ＴＥ０１ｎ模和ＴＭ０１ｎ模的本征频率和本征场型的变化。特别分析了本征模式在空气段为截止模的情况。本文的分析方法亦可应用到纵向部分填充介质的传输线和其它形状的谐振腔。     

改进矩形腔微扰法测试微波电介质复介电常数

本文讨论了测试电介质微波复介电常数的矩形腔微扰法。对介质样品加载后的ＴＥ１０ｎ模矩形腔腔内场进行了理论分析。通过对腔内场的数值求解，得出了与微扰公式相似的、已修正的准确计算公式。     

Microwave enhanced polarization in a carbon dioxide molecule.

This paper presents the results of the dielectric response of carbon dioxide measured using a loaded microwave cavity operating in the TE011, mode of a cylindrical cavity near the frequencies 8.8, 9.7 and 10.2 GHz. The temperature dependence of the dielectric response of gas phase CO2 over the range of 160 to 213 degrees K (-113 to -60 degrees C) was measured. Slater perturbation equations for loaded resonant cavities were used to relate the macroscopic parameters deltaf and delta(1/Q) to the real and imaginary parts, epsilon' and epsilon", respectively, hence to calculate the dielectric parameters at each temperature and frequency. Selected peaks in the dielectric response were identified to indicate the frequencies at which strong coupling between the microwave field and the CO2 molecules can be achieved.     

用平面波展开法计算二维方形光子晶体的带隙结构

用平面波展开法计算二维正方晶格光子晶体的带隙结构，对二维光子晶体的电磁波理论及周期介质中的Bloch波解进行了详细的推导，得出TE模和TM模下无缺陷时光子晶体的色散曲线，并设计了低频区域内具有较大带隙宽度的两种二维光子晶体的空间周期结构. 经过大量的计算，发现硅中的空气柱型光子晶体在红外波段TE模和TM模存在重叠的绝对光子带隙，并分别研究了空气中的硅介质柱和硅中的空气柱的TM模带隙宽度随空气柱半径和填充比变化的规律.     

Coaxial resonator for a megawatt 280 GHz gyrotron

To provide the required mode selectivity for a megawatt 280 GHz gyrotron, a coaxial resonator operating in a high order TE mode is considered. Mode discrimination is achieved both by exploring the differences in the transverse structures of the competing modes and investigating a suitable geometry for the coaxial insert. For modes with close eigenfrequencies the associated diffractionQ factors can be widely different in value, thereby ensuring an effective mode selection. In the resonator studied here, the frequency separation between the design mode TE_26,10,1 and its nearest competing mode TE_20,12,1 is about 0.6% and the ratio of the correspondingQ factors is as high as 6.5. Unlike the coaxial resonator, in the hollow cavity without the inner conductor the fundamental spectrum of eigenfrequencies is more dense, and all TE modes within the frequency interval 271–288 GHz have approximately the sameQ factor.     

Properties of the slab modes in photonic crystal optical waveguides

We show that by placing a slab of semiconductor material between two photonic bandgap (PBG) mirrors, waveguide modes at frequencies out of the PBG can be obtained. These modes are similar to the modes of a conventional dielectric slab waveguide. Using these modes, we can obtain very good coupling between a PBG waveguide and a dielectric slab waveguide with similar slab properties. We discuss the properties of these slab modes and outline the guideline for the optimization of the PBG waveguides based on these properties     

Radiation fields of GaAs-(AlGa)As injection lasers

Theoretical radiation patterns from a multilayer model of a dielectric waveguide are fitted to single mode experimental profiles of three symmetrical double-heterojunction cavities to test the adequacy of the model and study the effect of the dielectric parameters on the beam pattern. The radiation from the normal TE modes is approximated by plane waves, while for the TM modes it is given by boundary value solutions of the Maxwell equations. The adequacy of the theory is shown by the faithfulness of the fit out to large beam angles and low intensities, and the agreement of the adjusted cavity parameters to the experimental values. Small changes in either the cavity thickness or the dielectric constant of the internal n-type region have similar first order effects on the angular position of the minima in the profile as well as in the amplitude of the sidelobes. Depths of the minima decrease with departures of the structure from planarity. Pattern distortion from mode coupling at the interfaces and facets is not observed.