镜像耦合一维光子晶体窄带滤波器设计研究

文章提出准周期一维光子晶体的概念,把一维时域有限差分方法用于一维二元准周期光子晶体构成镜像耦合结构的窄带滤波特性设计研究.数值结果表明,用此结构能实现窄带滤波.进一步研究表明,要实现同一波长的滤波,在其他条件不变时,耦合层的折射率越大,则镜像耦合层厚度越小;在耦合层介质一定时,耦合层厚度决定窄带的位置与带宽;在其他条件一定时,入射角大小决定窄带的位置,入射角度越大,窄带位置越向短波方向移动.     

负折射激活介质一维光子晶体超窄带滤波器研究

把一维时域有限差分方法用于可见光区一维光子晶体超窄带滤波设计研究,首先适当选择完整的一维二元光子晶体参数找到可见光区中的禁带,然后在完整一维光子晶体中间引入缺陷层可得到在某一波长出现超窄通带.进一步研究缺陷层参数物理厚度、折射率对超窄带的位置、透过率的调节,数值结果表明当缺陷层用无损介质时超窄通带的中心波长与缺陷层物理厚度、折射率有很大关系,透过率与它们关系不大.当介质是有损或激活介质时超窄通带的中心波长与介质折射率虚部消光系数、激活系数大小无关,消光系数越大透过率越小,激活系数与透过率没有线性关系但有最大值出现,当缺陷层介质是负折射材料时折射率数值在一定范围内取值同样会出现窄带滤波特性,折射率数值绝对值较大时在可见光区禁带中会出现多个透过峰.     

光子晶体波导传输特性研究

在完整二维光子晶体中引入线缺陷后,就形成了二维光子晶体波导。将时域有限差分方法(FDTD)用于光子晶体波导传输特性研究,计算了光子晶体波导的透射率频率分布,给出不同结构的光子晶体波导的光场分布及能流密度示意图。     

对称型正负交替一维光子晶体超窄带滤波器

构造了(AB)N1(BA)N2对称型正负折射率交替一维光子晶体,并利用传输矩阵法进行数值模拟,研究了这种正负折射率交替一维光子晶体的能带结构与各参数之间的关系.结果表明:当两种材料的光学厚度相同时,该结构光子晶体比传统的光子晶体的带隙大得多,且在主禁带内有极窄的透射带.并利用此透射带,设计了一种在红外波段1550nm窗口3dB带宽可以做到0.000001nm以下,窗口内透过率接近100%的超窄带滤波器.该结构的光子晶体可以用作超窄带滤波器,有望在光通信超密集波分复用系统中获得广泛应用.     

二维光子晶体窄带滤波器研究

由于光子晶体存在带隙,只要在完整的二维光子晶体中引入线缺陷,那么原来处于禁带处特定波长的光也能沿着形成的波导传播,从而该光子晶体就具备了滤波的功能,再在线型波导的一侧设计个点缺陷,利用时域有限差分法分析发现,在缺陷处耦合出来的光不仅仅光强增大了,而且半高宽也变小了,这就与窄带滤波器的功能十分吻合。此外,只要根据光子晶体的晶格常数和椭圆介质柱的半径与窄带滤波器的中心波长关系,通过调整光子晶体的晶格常数和介质柱的半径,就可以改变窄带滤波器的中心波长。     

一维缺陷光子晶体多个禁带中的窄带缺陷模

用特征矩阵法研究了一维缺陷光子晶体的透射谱。结果发现:在一维缺陷光子晶体的透射谱中的多个禁带内都有窄带缺陷模,窄带缺陷模的波长越大,其宽度越大;当入射角增大后,波长越长的窄带缺陷模的强度变化越小,位置向短波方向移动越多,且S偏振光与P偏振光的窄带缺陷模的分离越大;增大一维缺陷光子晶体中周期性介质的厚度,窄带缺陷模的波长和移动的范围都增大。本研究对一维缺陷光子晶体的窄带缺陷模的选择使用具有重要意义。     

一维光子晶体的带隙结构研究

利用时域有限差分法(FDTD)对光子晶体的传输特性进行了研究.计算了不同条件下完整结构阶跃型光子晶体的透过率谱.通过透过率谱的变化,分析了介质层数、介质所占空间配比、介质介电常数比对光子带隙的影响.发现介质层数的增加会使光子带隙拓宽并加深,但是带隙的位置不会移动;介质介电常数比越大,带隙越宽越深,也越容易出现带隙.     

二维光子晶体中的自准直研究

利用平面波展开法计算了二维三角晶格的光子晶体的色散关系,分析了第一条带的等频率线,利用时域有限差分法仿真显示了第一条带具有较好的自准直现象特性.在此基础上,设计了一种可以使得光在无缺陷光子晶体中改变传播方向的结构,并对此结构进行了实验仿真.     

一维光子晶体的偏振特性研究

本文采用光子晶体带隙结构计算的Pendry理论研究了一维光子晶体的偏振特性,由Pendry理论导出的传输矩阵法计算了TE模和TM模的透射谱,不同入射角时基频PBG(Photonic band gap)分布,固定入射角及入射光频率时透射率随介质a的填充率因子变化曲线.     

用于窄波段红外发射的光子晶体

光通过人工周期介质和穿孔的金属薄膜进行传播,这在多年前就已成为人们的研究课题。介电常数中的周期性使可用的电磁波传播模式产生带结构。也就是说,介质周期性在晶体的频谱中产生带隙。这些带隙的存在遏止了光在这些频率处的传播。孔径相当于入射光波长的穿孔金属薄膜允许入射光(来自下面的硅)与金属表面的等离子体振子通过共振进行耦合。     

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．     

一种基于光子带隙结构的宽阻带低通滤波器

提出了两种新颖的基于光子带隙结构微带线的宽阻带低通滤波器,该滤波器分别采用了T形和十字形短截线来构造．文中还讨论了该滤波器的传输特性,该滤波器设计和制作简易．最后绐出的该低通滤波器的模拟结果和测试结果,表明了该滤波器设计的有效性．     

基于场景模型的热红外遥感成像模拟方法

为实现升空后运行的卫星的整体性能处于最佳状态,通常在卫星发射前,采用计算机仿真的方法对从地表到影像获取的整个遥感物理过程进行模拟.针对现有模拟方法不能全部采用辐射传输、成像等物理模型,实现大场景、复杂地表覆盖情况下的热红外遥感成像模拟,在基于场景模型的热红外遥感成像模拟基础上,将模拟系统分为地表场景模拟、大气作用模拟及传感器成像场景,重点对模拟各场景所涉及的物理模型和算法进行了综述和分析,并初步构建了大场景、复杂地表覆盖下模拟的技术框架,是对热红外遥感成像模拟的一种全新而有益的尝试,对相关研究工作也有一定参考价值.     

时域有限差分法模拟量子阱红外探测器光栅的光耦合

由于量子选择定则的限制,对于量子阱红外探测器(QWIP),必须利用衍射光栅增强其光学偶合效率,本文给出了一种基于时域有限差分法(FDTD)的数值方法,计算制备在QWIP器件上的金属光栅的衍射效应,模拟计算的结罘表明,FDTD方法是解析这种复杂结构内电磁场问题的有效手段．可以计算QWIP器件内各点电磁场所有分量的详细分布,进而可以估算衍射光栅的偶合效率,以及优化QWIP结构设计。     

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。     

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...     

用于生物组织电特性重建的探头研究

对适用于分层生物组织电特性重建的宽带同轴贴片探头进行了研究.采用时域有限差分(FDTD)法分析了同轴贴片探头在三层生物组织中的场分布,结合遗传算法(GA)优化了探头的尺寸.优化设计出的圆形同轴贴片探头具有轴对称特点,辐射近场在生物组织中透入深、分布集中,反射系数的频率响应特性好,适用于局部分层生物组织电特性的重建,实验证明探头的设计优化是正确的.     

脉冲源激励下地下目标的电磁散射分析

本文分析在地面上放置冲激函数源情况地下电磁场的传播和散射特性.在冲激函数源的后期由于电磁场变化较缓慢位移电流可以忽略,扩散特性占据优势.本文通过在准静态Maxwell方程中引进虚拟位移电流项,将扩散问题的求解转化为波动问题,从而应用非均匀时域有限差分(FDTD)方法来分析地下问题.计算结果表明本文方法的有效性.     

TiO2/SiO2多层膜系一维光子晶体缺陷态特性研究

建立了一种基于TiO2/SiO2多层膜系并含缺陷层的一维光子晶体模型。基于时域有限差分(FDTD)算法,对其基本层周期数,缺陷层位置、光学厚度以及不同材料等情况下的带隙特性在理论上进行了系统的模拟与分析,发现这种一维光子晶体的缺陷态的透过率和带隙宽度受基本层周期数、缺陷层所在位置和材料的影响较大,而缺陷态中心波长位置仅由缺陷层的光学厚度决定。     

二维金属型光子晶体带隙研究

考虑金属的色散特性,运用时域有限差分方法计算了分别由Ag、Al两种金属构成的三角晶格二维金属型光子晶体的带隙结构,得出了带隙结构与填充率的关系曲线.以Ag填充率为0.6为例,三角晶格的第一带隙归一化频率的上限为0.90,第二带隙的范围为1.24～1.41;正方晶格第一带隙归一化频率的上限为0.70,第二带隙的范围为0....