Y型光子晶体偏振光分束器

基于偏振模式不同的光波在二维光子晶体中的传播特性不同,设计出一个支路半径相同的Y型二维光子晶体偏振光分束器.通过时域有限差分法对该分束器进行数值计算与模拟分析.结果表明,该分束器能够实现TE模和TM模平行、高效分束.当波长为1.55μm的高斯脉冲入射时,TE模透射率可达97%,TM模透射率可达93.5%,且该结构尺寸仅有6.3μm×6.8μm.这些特性使其在未来的集成光路中具有很好的应用前景.     

二维光子晶体3-Y型4通道分束器研究

设计了一种二维光子晶体3-Y型4通道分束器,采用时域有限差分方法(FDTD),从理论上计算了该器件4个通道电磁波的透射率。结果表明:当波长选择合适的值,该器件可以实现4个通道同时输出,而且能量近似相等。为了提高电磁波的透射率,可以通过在原来的结构上移去一些介质柱,并改变两个介质柱半径的大小来实现。当两个介质柱半径选择合适的值,可以禁止电磁波在通道1输出,同时让电磁波在通道2低损耗输出。     

基于一维光子晶体的偏振分束器

通过设计含缺陷的一维光子晶体,利用特征矩阵的方法计算了在特定频率条件下s光和p光在不同入射角度下的透射率,发现对特定频率的光在一定角度范围内s光和p光具有很高的消光比,且p光具有很高的透射率。说明该一维光子晶体可以作为优良的偏振分束器件。     

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。     

双矩形纤芯光子晶体光纤偏振分束器

基于双折射效应设计了一种新颖的纤芯为椭圆空气孔,包层为圆形空气孔的矩形双芯光子晶体光纤偏振分束器。用半矢量光束传播法(BPM)数值模拟了基模情形下该偏振分束器的性能,结果表明:在工作波长为1.55μm,光纤长度为1659μm时,两个纤芯在X、Y方向偏振光的隔离度分别达到了-41.3 dB和-39.1 dB,隔离度小于-10 dB的带宽超过了80 nm,达到了良好的偏振分束性能。同时,模拟了实际加工误差对所设计的偏振分束器的影响,得出在1.55μm的工作波长下,误差达到±7%时,隔离度仍能小于-10 dB,具有较高的实际应用价值。     

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。     

定向耦合光子晶体偏振光分束器的设计

在只有TE模光子带隙空气孔三角晶格光子晶体研究的基础上,设计出一种全新的、结构紧凑的定向耦合光子晶体偏振光分束器.根据波导间相互耦合与自映像原理,采用时域有限差分法分析了该器件的光传输特性.研究结果表明:由于导光机制不同,TE模和TM模可通过不同的相干长度分离;两种偏振光在波长1.55μm附近透射率都达到95%以上;该器件的尺寸比传统偏振光分束器短.这些优异性能在光予晶体集成电路中有极大的应用价值.     

基于二维光子晶体的双谐振腔6通道WDM设计

针对全光通信网络容量和频谱效率问题，文章提出了一种基于二维(2-D)光子晶体点缺陷谐振腔与线缺陷波导耦合特性的双谐振腔6通道波分复用器(WDM)。运用2-D时域有限差分法进行性能参数分析，考虑相对折射率的影响，选择双谐振腔和单个直波导耦合的方式，实现了1 451、1 487、1 557、1 658、1 440和1 604 nm 6波长的波分复用。实验结果表明，该WDM具有高达218 nm的光谱覆盖范围，各通道的传输效率均高于91%,插入损耗均小于0.43 dB,通道间串扰均小于-9.2 dB,且大小也只有13.56μm×19.21μm,对光通信系统中粗波分复用非常有用，对于密集波分复用也有参考意义。     

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。     

二维光子晶体波导分波效率的优化

基于自成像效应(SIE)的多模干涉(MMI),设计了一种二维光子晶体波导二端口分波器.采用时域有限差分法和平面波法作为研究工具,从理论上分析了这种器件的特性,在一定耦合长度下研究光在输出端的透射率,结果表明,选择适当的耦合长度可以使光在两个端口高效率输出.进一步研究得知,通过改变器件内部一个介质柱的半径,可以提高光在输出端的透射率.     

二维金属型光子晶体的有限差分法分析

运用空域有限差分法对二维金属型光子晶体的带隙特性进行了分析,介绍了在周期边界以及金属柱面边界条件下,光子晶体单元内差分矩阵方程的建立过程,通过对所得差分矩阵行列式等于零的特征方程的求解,得出不同周期边界条件下相应的本征频点,从而求得光子晶体的能带结构图。对不同结构的二维金属型光予晶体进行了计算,计算结果经时域有限差分法（FDTD）给出了有效验证。     

二维光子晶体中场的分布

为了了解电磁波在光子晶体中的传输特性,用MATLAB与时域有限差分法把电磁波在真空与光子晶体中的传播实时可视化,并给出了场的空间静态分布.数值模拟的结果表明,禁带中的波被光子晶体控制,其能量分布在介质柱中,并观察到了电磁波局域化现象.     

二维非线性光子晶体波导全光开关

利用非线性折射率系数较大且非线性时间响应较快的CdSxSe1-x玻璃为材料,设计了一种二维非线性光子晶体波导全光开关.采用非线性时域有限差分法(NFDTD)模拟了波长为1 550 nm的信号光,在波长为860 nm泵浦光控制下的开关行为,并给出了相应的仿真结果.结果表明,该器件的开关时间约为420 fs,阈值功率密度为1.2×1011 W/m2,消光比约为30 dB.     

二维三角晶格空气孔光子晶体直线型波导的TE波传输特性研究

本文利用了时域有限差分法(FDTD)研究了TE波在二维三角晶格空气孔光子晶体线缺陷形成的直线型波导中的传输特性,给出了在TE极化下缺陷的结构参量变化与波导的频带宽度、波导中心频率的变化关系,为制作二维三角晶格空气孔线缺陷形成的波导提供了理论依据.     

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。     

高双折射双芯光子晶体光纤偏振分束器

设计了一种基于双折射效应的新型矩形纤芯光子晶体光纤偏振分束器,通过在矩形晶格结构的光子晶体光纤的每个纤芯中引入一对椭圆来增加结构的双折射。应用全矢量有限元法（FEM）分析了双芯光子晶体光纤中结构参数对双折射和耦合长度特性的影响,数值模拟了该偏振分束器的性能。结果表明:增大椭圆率可以在增大结构的双折射的同时减小耦合长度,并且该分束器在工作波长为1.55 m、传输长度为282 m 的光纤中能够实现偏振状态的隔离,消光比达到最小值-45.42 dB,并且在1.507~1.596 m、带宽为89 nm 的范围内消光比小于-10 dB。     

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。     

基于六边形的双芯光子晶体光纤偏振分束器

为了得到短长度、高消光比的偏振分束器,设计了一种基质为二氧化硅的六边形双芯光子晶体光纤(PCF)偏振分束器,利用全矢量有限元法和模式耦合理论对偏振分束器的耦合长度、耦合长度比、消光比和带宽进行了数值分析。研究结果表明:在波长1550 nm处,偏振分束器的长度为103.05μm,消光比高达117.78 dB,消光比大于20 dB的带宽为100 nm,覆盖了整个C波段以及S和L的大部分波段。     

嵌套式二维光子晶体滤波功能的研究

设计嵌套式二维光子晶体,利用有限差分法进行计算,发现在滤波功能上它要比单个 缺陷二维光子晶体滤波的范围要大,能量损失要小。     

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。