二维光子晶体光波导透射特性的研究

用时域有限差分方法(FDTD)研究光波在光子晶体光波导中的传播规律,发现不同形状的波导能够导引不同频率的光波。光子晶体波导的带隙宽度和透射系数与该波导的结构和参数都有很大的关系,随着介质柱半径的变化,带隙呈现一定的变化规律,介质柱半径变小,该波导的带隙向高频方向移动,且带隙的宽度变宽;而介质柱半径变大时,光波的透射峰的峰值却变得比较大,损耗变小。研究结果为光子器件的设计提供了理论依据。     

太赫兹波段光子晶体温度传感器的研究

使用对太赫兹波段有吸收效应的掺杂硅设计光子晶体结构,使得在光子带隙内的光波被吸收,并加上金属反射镜面将光子晶体的吸收峰和法布里-珀罗(F-P)谐振吸收峰结合,使此结构在0.29～0.31 THz波段达到宽频吸收,并且在0.31～0.34 THz波段通过测量光子晶体的反射率可以计算出对应温度。在使用商业电磁仿真软件CST2014仿真和优化参数后,反射率对应温度变化的变化范围是0.09～0.36,即最大值与最小值有4倍之差,这一特性表明,此结构的反射率变化随温度变化十分明显,是一款十分灵敏的温度传感器。此外,在入射角不大于40°时,结构性能依然良好。     

用FDTD法分析二维光子晶体带隙

阐述了光子晶体的概念,用时域有限差分法,通过数值计算,模拟分析了准一维光子晶体和二维光子晶体的禁带,讨论一种准一维和二维的混合光子晶体,并对其禁带进行研究。结果表明当一维光子晶体的周期性结构与二维光子晶体的周期性结构混合在一起能形成更宽的光子禁带。     

FDTD方法在光子晶体光纤中的应用

光子晶体光纤是近年来研究的热点,提出时域有限差分法在光子晶体光纤理论分析中应用的具体方法。通过实例计算,得到了光子晶体光纤的有效折射率等传播参量。     

时域有限差分法在一维光子晶体数值模拟方面的研究

介绍了时域有限差分法的基本原理,并对一维光子晶体薄膜中传播的电磁场作了模拟和分析。通过对光子晶体透射谱的研究,讨论了不同周期数和不同介电常数比对光子晶体带隙的影响,最后通过在周期介质层状结构中引入缺陷层构造了光子缺陷态。     

光子晶体光子禁带影响因素的综述

光子晶体由于能够产生与半导体能带结构类似的光子禁带,成为了国内外光通信和光学器件方面研究的热点。介绍了光子禁带的产生机理,对光子晶体禁带的影响因素进行分析,发现各个因素对光子禁带的影响具有明显的规律性。     

氮化镓基异质结构光子晶体微腔特性研究

本论文提出了氮化镓基有源体系的异质结构光子晶体谐振腔,以实现高品质因子和小模场体积的有源集成蓝光谐振。通过能带分析,明确了异质结构光子晶体谐振腔的工作机理。基于光子晶体的能带带边和带隙原理,实现了光子面内反馈、高品质因子谐振和面外垂直发射。基于时域有限差分方法,研究了核心区和包层区不同谐振腔参数下的谐振特性。讨论了微腔结构与谐振品质因子、腔损耗、谐振频率及模场体积等的影响关系。研究表明,通过异质结构可以有效地降低面内谐振损耗,实现了有源集成型蓝光波段的Purcell因子达到769,模场体积为0.7(λ/n)³。该研究为蓝光波段高Q/V_m谐振腔的设计开辟了道路,同时为具备优异谐振特性的异质结构光子晶体微腔的研究奠定了方法和理论基础。     

多信道异质结构光子晶体滤波器

利用二维正方晶格介质柱型光子晶体(PC),设计了一款由4个线性渐变型微腔和异质结构光子晶体反射器组成的多信道下路滤波器。利用平面波展开法(PWE)以及二维时域有限差分法(2D-FDTD)分析了该异质结构滤波器的工作机制,并进一步探究了微腔参考面与异质结界面之间距离对下路效率的影响。研究表明,滤波器中的异质结反射器可以实现接近100%的反射,从而大幅度地提高了三端口滤波器的滤波效率。设计的多信道滤波器各个通道都能有效地实现下路滤波功能,其信道间隔为10nm,滤波效率均在90%以上,透射谱半高宽均在0.54nm以下,实现了较高的品质因子特性。该滤波器尺寸只有15.15μm×13.91μm,且滤波效率很高,适于在波分复用系统中进行复用与解复用,在未来光路集成应用中具有良好的应用前景。     

光子晶体中的能带结构及其光的传播

能带结构的计算和光在周期结构中的传播是光子晶体的两个基本而又重要的问题。着重讨论了计算晶体能带结构的平面波展开法和分析光在周期性介质中传播的Flo-quet-Bloch理论。光子晶体中的电磁场可以用一系列的空间谐波表示,光的传播方向可以用能量传播方向或它的群速度方向来表示,因此表示光在光子晶体中传播的一个直观方法是利用波向量图。     

带反射回馈的高效光子晶体多路滤波器件

光子晶体制备的滤波器件在光通信中有巨大应用潜力,但普通的基于2D光子晶体的多分路滤波器因为抽取效率不够高,无法达到实用化的要求。本文通过给上述滤波器加入新结构,提出了性能更好的分路滤波器模型。具体的改进结构有两种:一种是在主波导末端放置一个反射微腔,另一种是在主波导两侧放置多个反射微腔。通过时域有限差分(FDTD)法对光波在这两种结构中的传播进行了模拟分析,并绘出了光波能量传播示意图。结果表明,该结构可以明显地减少光波损耗,提高抽取效率。这两种结构器件的理论抽取效率达到了60%~90%,大大高于普通结构的30%~40%的水平。这也说明了反射微腔的新颖结构对改进光子晶体滤波器的重要作用。     

四通道二维光子晶体解波分复用系统

利用光子晶体环形腔缺陷模与线缺陷波导之间的共振耦合原理,设计了一种由主波导、环形腔和60°弯波导组成的四通道二维三角晶格光子晶体解波分复用系统。通过平面波展开法计算线缺陷波导的能带结构;利用时域有限差分法(FTDT)计算了不同频率的光波在该系统中的传输特性。最后,分析了影响输出效率和品质因子的因素并对该系统进行了改进。分析表明:改变环形腔内介质柱的半径可调节谐振频率,而在主波导末端增加反射介质柱以及改变耦合区域中介质柱的形状可提高各通道的谐振频率光波的透射率。计算结果显示:该系统较好地实现了4个波长的解波分复用,透射率均达90%以上。另外,该系统结构简单,便于加工制造,且体积小,有利于大规模集成。     

多信道二维光子晶体滤波器

根据光波模在光子晶体线缺陷波导和环形谐振腔之间的耦合原理,在二维三角晶格光子晶体中设计了一款由线缺陷主波导、环形谐振腔、60°弯下载波导组成的多信道下载滤波器。利用平面波展开方法计算了完整光子晶体及线缺陷波导的能带结构;基于时域有限差分方法计算了各目标频率光信号在器件中的传输特性,分析了影响器件耦合效率的因素并对其进行了改进。分析表明:通过改变环形谐振腔内介质柱的半径可以调节光子晶体环形谐振腔的谐振频率,而改变线缺陷主波导与环形谐振腔之间耦合区域中介质柱的形状以及将直下载波导改换成60°弯下载波导可以提高线缺陷主波导、60°弯波导与环形谐振腔之间的耦合效率。计算结果显示:优化后的多信道二维光子晶体滤波器具备优良的选频功能,各目标频率光信号的透射率均达90%以上。与传统半导体介质材料器件相比,该器件体积较小,结构简单,易于大规模集成,很有应用前景。     

一种具有完全光子带隙的二维光子晶体薄膜

简单介绍利用光子晶体的概念,提出一种正方结构的类似棋盘式的二维光子晶体结构,根据光子晶体能带理论计算并设计了这一结构,利用碲化铅(PbT e)与一氧化硅(S iO)材料对组合,可在此两种材料的透光区波段内,获得具有TE与TM的重合完全光子带隙,相对宽度为4.55%,其意义是可以制作全角反射镜和偏振分光镜,文中为实际制备这一器件结构提供理论指导和可行性分析。     

Improved scheme for the determination of methanol using a two-dimensional photonic crystal

This paper reports a new method of detecting the concentration (mol?L^?1) of methanol by the use of a two-dimensional photonic crystal slab. Photonic band gap parameters are calculated using the plane wave expansion method. To find a model which has higher accuracy and practicality or applicability, fill factors used to analyze and compare the properties of the slab were computed. There is a linear proportional relationship between photonic band gap and dielectric constant of solution, which can be utilized to measure the concentration of methanol. The start frequency and the cutoff frequency also have a linear relationship with the dielectric constant of solution. The results show that a honeycomb lattice structure possesses better self-test functionality.