含缺陷态的非线性介质材料的光子晶体的双稳态特性

文章报道了在具有缺陷态的二维非线性介质材料的光子晶体中光的传播特征 ,光子晶体是含有多单元层的简单和复杂周期的介质结构。事实上 ,我们感兴趣的主要是缺陷模式的传播和局域的光强的增强因素。用转移矩阵方法 ,我们计算了光子晶体的电磁场波的传播 ;从而获得局域光的增强效应 ;这种方法计算了有限厚度材料的传播特性 ,数字结果表明非线性介质材料的缺陷结构的光传播能引起输入的光强度的改变 ;这种改变表现出双稳态特征 ;对于简单和复杂的光子晶体 ,假设输入的光强度是稳定的 ;这种双稳态特征就容易出现 ;对于复杂结构的光子晶体 ,则便显出复杂的特征。总的传输量是大的情况 ,双稳态也会出现。另外 ,缺陷介质的饱和吸收系数 ,折射率比值及介质层数值确定了双稳特性的可见性     

一种新型光子晶体的光学特性研究

本文提出了一种非对称一维各向异性掺杂光子晶体,通过传输矩阵法研究了这种新型光子晶体的光学特性,通过数值模拟得出:光通过该结构光子晶体后TE波和TM波缺陷模的透过率及中心波长位置随缺陷层介质的光学厚度、缺陷层两侧周期数的非对称性的变化规律,两种偏振光波能完全分开,缺陷层介质的光学厚度及掺杂层两侧的周期数层差越大,缺陷模的透过率越小,当光学厚度及层差达到某一极限值时,将产生完全光子禁带,这是对称结构光子晶体所不具备的光学特性,其光学特性将为光子器件的转换制作及应用提供理论依据。     

基于双缺陷一维光子晶体的非线性激光限幅方法

提出了一种基于双缺陷一维光子晶体的非线性激光限幅方法。研究了光子晶体透射谱中心波长随双缺陷层折射率变化的规律,设计了适用于532 nm与1064 nm波长的非线性光子晶体激光限幅结构,实现了弱光的高透射和强光的高阻断效果。所设计的激光限幅结构为(AB)_6CAC(AB)_6双缺陷一维光子晶体,适用于532 nm的光子晶体结构中的三种介质A、B和C分别为金刚石、SrF_2和CS3-68玻璃,对弱光的透过率为86.4%,对强光的透过率为0.02%;适用于1064 nm的光子晶体结构中的三种介质A、B和C分别为金刚石、CeF_3和CdTe,对弱光的透过率为79.8%,对强光的透过率为0.3%。     

含非线性缺陷的光子晶体异质结构中的光学响应

为了得到非线性介质中的光学响应,考虑了光通过含有非线性缺陷的一维光子晶体异质结构的情况,对缺陷层的介电函数采取δ函数近似的方法,得到了具有非线性缺陷的一维光子晶体异质结构中的光学响应表达式。结果表明,非线性缺陷存在时,在光学响应中会出现双稳态、多稳态等特性。讨论了双稳态及其多稳态的形成条件,并与考虑缺陷层厚度时的结论进行了比较,为构造零阈值的激光器和非线性光学器件的初步设计提供了有益的理论参考。     

光子晶体隐身应用分析

激光隐身和红外隐身的兼容是现代战场的迫切需求,但是二者对材料的要求是相互制约的,利用掺杂光子晶体的缺陷能级形成的“光谱挖孔”结构可以很好地解决这一难题。利用薄膜光学理论中的特征矩阵法计算了设计的掺杂ZnSe的CdSe/SiO2光子晶体薄膜的反射、透射和吸收光谱,计算结果表明掺杂光子晶体能够很好的满足热红外与1.06μm或10.6μm激光隐身兼容的要求。指出掺杂光子晶体的缺陷能级是由高透射引起的低反射,并不满足激光隐身的实际要求,解决方法是在光子晶体薄膜的基底中引入吸收材料,从而把缺陷能级透过的激光吸收掉。     

无序光子晶体中的密集波分复用光通信

采用传输矩阵的方法研究带缺陷的一维光子晶体 ,缺陷的引入使得原来不透电磁波的禁带中 ,出现了缺陷模 ,计算表明缺陷模的频率与透过率随着不同介电常量、不同几何结构以及掺杂的晶体结构而改变 ,频率位于带隙中的光子受到抑制 ,所以掺杂光子晶体的信道间信号串扰必然受到抑制 ,由此形成无序光子晶体密集波分复用 (DWDM )光通信系统 .     

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.     

光子晶体缺陷层吸收特性的研究

用传输矩阵法对含缺陷层的一维光子晶体的吸收特性进行了系统的研究。取介质层为非金属介质,缺陷层为金属介质,给出实际材料构成的光子晶体吸收率与波长的关系曲线,又对任意介质构成的光子晶体吸收特性进行了研究,即分别研究了入射角的变化、缺陷层折射率虚部的变化、介质层折射率的变化、介质层厚度的变化以及光子晶体周期结构的变化对光子晶体吸收特性的影响,得到了一些有价值的结论。通过调节光子晶体的一些参数,就可以发现这些参数对光子晶体吸收率的影响,从而为光子晶体的设计和制备提供了重要的理论依据。     

含吸收型色散介质的光子晶体的腔极化激元研究

对色散介质层采用洛仑兹振子模型,通过考虑色散介质层两边的边界条件,可以严格得到表征色散介质层的转移矩阵.通过改变介质层的不同参数,详细研究了含吸收型色散介质的对称光子晶体的腔极化激元.研究发现吸收型色散微腔和增益型色散微腔在简正模耦合,无定型展宽效应和失谐效应方面都可以表现出大致相似的性质,但其在透射强度和耦合模频率飘移方面都有着明显的不同.最后对同时含有吸收型色散介质层和Kerr非线性层的一维对称光子晶体的光双稳行为进行了研究,发现其形成双稳态所需的阈值入射光强比仅含Kerr非线性层的阈值入射光强有所降低.     

基于一维非线性光子晶体结构的全光信号处理

考虑具有非线性层结构的一维光子晶体结构,应用非线性介质的传输矩阵算法,建立了电磁波传播特性的理论分析模型,得到了其电磁场的平面波解,给出了数值实现方案.研究表明,该方法可以精确地模拟一维非线性介质的传输行为,简洁有效地给出一维光子晶体的光学双稳态特性.     

DOUBLE PERIODIC PHOTONIC CRYSTAL WITH METAMATERIAL

In this paper, the reflection and transmission coefficients of multi-layer dielectric and metamaterial media are derived by transmission-line method. Then, it is applied to double periodic photonic crystal structure, which is composed of two thin dielectric layers sandwiched by two thin metamaterial layers. The results show the structure has a large passband and a monotonous symmetric rising band edges compared with that for a conventional photonic crystal structure. If a defect layer is introduced, the localized modes appear. Furthermore, the number of transmission peaks in the photonic crystal structure can be tuned by changing the thickness of the defect in the structure. This photonic crystal may find application to broadband reflectors and the multi-wavelength narrow band optical filters.     

对称双缺陷光子晶体的缺陷模规律

为了了解对称双缺陷光子晶体的传输特性,采用传输矩阵法进行了数值模拟研究。当两缺陷层中间的介质层数目大于缺陷两外侧介质层总数时,在禁带中只出现单一的缺陷模,且其透射率随它们的差异的增大而迅速减小;但当中间的介质层数目小于两外侧介质层总数时,在禁带中将会出现两个透射率为1的缺陷模,且两缺陷模的间距随它们的差异的增大而增大。结果表明,缺陷层的位置对缺陷模的影响较大,要使缺陷层中的局域电场得到有效提高,必须使缺陷层靠近光子晶体的正中心。     

1维石墨烯光子晶体的电磁吸收特性

为了研究1维石墨烯光子晶体在可见光波段的吸收特性,采用传输矩阵的方法进行了理论分析和数值仿真,得到了1维石墨烯吸收特性与石墨烯层数、缺陷层介质厚度、电磁波模式有关的结果。结果表明,增加石墨烯层数时,对波长为556nm左右的绿光的吸收作用明显增强;缺陷层介质厚度增加时会引起吸收峰的增加;在TE模式下,入射角对石墨烯光子晶体吸收特性影响较小。该研究结果为1维石墨烯光子晶体吸收器的设计提供了理论依据。     

一维光子晶体的对称缺陷模特性

基于介质薄膜理论,设计了含对称缺陷的一维光子晶体结构,用传输矩阵法研究了该对称缺陷晶体的带结构及缺陷模的变化特点。结果显示,随缺陷层个数增大,缺陷模的峰值会增大,宽度会变窄;随缺陷层厚度增大,缺陷模会向长波方向移动,在一定厚度下会出现多缺陷模特点。随周期单元个数变大,缺陷模个数会减少,最终获得一窄带缺陷模。随周期单元厚度增大,禁带宽度明显变宽,缺陷模会变宽并出现右移特性。这些结果对设计新型光子晶体器件有着重要意义,如实现光波滤波器的可控选频、频带缩放功能等。     

Roles of wave impedance and refractive index in photonic crystalswith magnetic and dielectric properties

We investigated the roles of wave impedance and refractive index in photonic crystals by means of analytical expressions for edges frequencies of a photonic bandgap (PBG) in a one-dimensional photonic crystal with magnetic and dielectric properties. The analytical expressions were derived when the optical thicknesses of layers are the same. The wave impedance governs the formation of PBG's and the intensity of defect modes. Meanwhile, the position of PBG's and the creation of defect modes are related to the refractive index     

一维光子晶体缺陷模局域场强的分布特征

用特征矩阵法研究不同结构缺陷光子晶体内部局域态场强的大小和分布特征.一维光子晶体缺陷模局域场一般以驻波的形式存在于缺陷内, 局域平均场强的大小与光子晶体构形、缺陷的结构参数、周期数密切相关.在同样条件下, 当缺陷模频率使光子晶体满足布拉格反射条件时, 缺陷模局域场的强度达到最大值.结构参数相同时, 缺陷模局域平均场强随周期数按e指数增加.研究结果对优化光子晶体的设计具有一定的参考作用.     

Analysis of tunable photonic crystal devices comprising liquid crystal materials as defects

The tuning properties of two-dimensional dielectric and metallic photonic crystals, which contain nematic liquid crystal materials as defect elements or layers, are thoroughly analyzed using appropriate formulations of the finite difference time domain (FDTD) method. Our methodology correctly incorporates the anisotropy introduced by the liquid crystal materials together with the dispersive properties of the metallic elements; it is used for calculating both the dispersion diagrams of the defect-free photonic crystal as well as the device response in the presence of the defect elements. Numerical simulations reveal that defect states originating from the liquid crystal impurities can be effectively tuned by the application of a local static electric field. Indeed, tuning ranges up to almost 100 nm can be achieved requiring operating voltages lower than 4 V. It is also concluded that the placement of a defect mode relative to the bandgap edges greatly influences both its linewidth as well as its tuning range.     

含梯度折射率缺陷的一维光子晶体滤波性能研究

为实现一维光子晶体更优越的滤波特性,引入渐变折射率缺陷层,可以抑制某些特定频率的电磁波,产生光子禁带。利用时域有限差分（FDTD）法,严格求解麦克斯韦方程组。研究了缺陷层的折射率变化为抛物线型时对应的透射率谱线,并分析了周期介质层的折射率比、厚度比及周期数,对滤波性能的影响。研究表明,增加折射率比,含梯度折射率缺陷层的一维光子晶体可以实现更大的滤波带宽;改变厚度比,可以影响透射峰位置;改变周期数,则可以影响透射率。这一研究结果对提高光子晶体滤波器性能具有一定参考价值。     

含有缺陷层的异质镜像光子晶体的局域态研究

采用一维介电体系中处理光传播的方法—传输矩阵法,详细推导了含有缺陷层的异质镜像光子晶体(ABCCBA)PD(ABCCBA)Q中透射率的计算公式,并用Matlab编程模拟了异质三周期镜像光子晶体中无缺陷层和引入缺陷层D时,光子带隙的数目和带宽及缺陷模的数目和透射率随缺陷层位置、厚度、介质周期数的变化情况。模拟结果表明:对于此结构的光子晶体,当缺陷层位于中央位置、周期数N=8、10,厚度变化且为某些特定值时,其光子带隙数目、缺陷模数目及透射率有最佳值。这一研究为设计可调谐滤波器、多通道滤波器提供了重要的理论基础。