硫系玻璃光子晶体光波导的制备研究进展北大核心CSCD

光子晶体是一种介质常数周期性变化的人工介质材料,具有光子带隙和光子局域两个主要特征。光子晶体光波导是利用光子带隙特性传输光信息的光学器件。与传统的条形光波导相比,它最大的优势是在大的拐角处具有很低的传输损耗(如在60\O弯曲时传输损耗可以降低到5%),因此非常适合用于集成光学。从硫系玻璃材料的特征入手,详细介绍了聚焦离子束和电子束曝光这两种光子晶体光波导常用的制备方法,通过这两种方法制备出来的光子晶体光波导都具有较高的表面平整度和较低的传输损耗。对两种方法的制备工艺和特点进行了比较。最后简单介绍了硫系光子晶体光波导的应用,并对硫系光子晶体光波导的发展前景做了展望。     

光子晶体齿状波导的滤波特性研究

为了设计基于光子晶体波导的高性能滤波器件,在2维正方格子光子晶体波导结构中引入一系列齿状缺陷,采用有限元法对齿状光子晶体波导的传输特性进行了数值仿真和理论分析。结果表明,对于单个齿状缺陷,缺陷产生的共振频率使得在光子晶体波导通频域带出现带隙结构,可以实现良好的窄带滤波,并且通过改变齿状缺陷深度可以有效地控制缺陷的共振频率;引入多个齿状缺陷,缺陷之间会经过耦合作用形成一系列缺陷态,使得在光子晶体波导导通频域中出现宽带的带隙结构,可以实现宽带滤波。该光子晶体波导滤波器对窄/宽带滤波可根据波导结构中引入的齿状缺陷进行简单灵活调节。此研究在设计基于光子晶体波导的光子滤波器件方面具有潜在的应用价值。     

GeSbSe光子晶体波导结构设计及传输特性研究

利用平面波展开法计算Ge Sb Se基质光子晶体带隙,研究光子晶体波导中带隙与空气孔(或介质柱)半径的变化关系,并结合光子晶体波导的工作波长,设计出周期为500 nm,半径为150 nm的三角晶格空气孔型Ge Sb Se光子晶体波导。采用时域有限差分法模拟所设计的直线型光子晶体波导和60°弯曲光子晶体波导的传输特性,模拟结果显示在传统结构光子晶体波导中,直线型光子晶体波导具有很高的光学传输效率,但在60°弯曲型波导中的传输效率较低,分析原因为光子晶体波导直线区域与弯曲区域光的传播模式不同。因此对60°弯曲型Ge Sb Se光子晶体波导进行了结构优化,优化后的光子晶体波导可以在较宽的波长范围内具有很高的传输效率。     

二氧化硅介质柱构成的8重准晶结构光子晶体的传输特性

采用时域有限差分法讨论了由二氧化硅介质柱构成的8重准晶结构光子晶体的带隙特性。数值模拟结果表明,该结构的光子晶体对TM模存在较宽的光子带隙,而对TE模不存在光子带隙;光子带隙的中心频率随着填充因子的增大向低频方向移动;相对带隙宽度随着填充因子的增大呈现先增大后减小的趋势,并在填充因子r/a为0.29时存在最大值,该带隙可以覆盖1.55μm附近44nm的宽度或1.31μm附近37nm的宽度,足以用于设计和制作准晶结构的光子晶体光纤等光通信器件;光子带隙的位置和宽度均与入射光的方向无关,带隙的这种各向同性使基于该结构的新型器件的制作有更大的设计自由度。     

光子晶体的研究进展

光子晶体是一种具有光子带隙的周期性电介质结构,落在光子带隙中的光不能传播.由于其独特的调节光子传播状态的功能,成为实现光通讯和光子计算机的基础.光子晶体的制备是发展光子晶体的关键,而可见光和近红外波段光子晶体的制备更是难点.本文阐述了光子晶体的概念及其特性后,分别介绍了光子晶体的实验研究和应用研究.实验研究重点介绍了光子晶体的制备方法.应用研究重点介绍了单模发光二极管光、光波导器件和微波天线等.     

面向集成的光子带隙波导放大器的研究

光子器件向集成化和小型化方向发展。文中利用光子带隙波导弯曲损耗低的特点设计了一种小型折叠式光子带隙波导结构,波导的芯层是稀土掺杂光子材料。在此基础上,建立了高浓度Er~(3+)-Yb~(3+)掺杂能量转移模型,理论模型包括速率方程、功率传输方程和其它辅助方程。对长度为3.5cm的波导增益计算表明,硅酸盐和碲酸盐波导中波长为1530nm的信号增益分别为17.86d B和20.31d B。     

光子晶体红外光谱特性调控及应用研究进展

光子晶体结构所具有的光子带隙和光子局域特性使得处在带隙内的电磁波无法传播,为实现目标红外隐身提供了重要手段。结合光子晶体的结构和工艺特性,总结了现有光子晶体红外光谱特性调控机理、调控设计方法和材料类型,包括周期结构优化、化合物材料、金属材料、等离子和超导材料等引入在光子晶体红外带隙调控方面的应用,并对光子晶体的未来发展进行了展望,以期对光子晶体在带隙调控和目标隐身等需求提供借鉴。     

光子晶体太赫兹波导带隙的研究

提出了一种光子晶体太赫兹波导,该波导包层为硅介质中含有按三角形格子周期排列的空气孔,纤芯为有机材料聚乙烯.这种波导是一种带隙效应波导.首先介绍平面波法(PWM)的理论,然后应用平面波法分析了这种光子晶体太赫兹波导的带隙结构,研究空气填充率变化对光子带隙结构的影响,得到了光子晶体太赫兹波导周期性结构的结构参数及与其相对应的导波频率.分析结果表明,增大空气填充率,可得到多条带隙和较大的带隙宽度,更易于实现纤芯导光.保持空气填充率不变,仅改变空气空间距可以在保持带隙结构不变条件下改变光子晶体太赫兹波导的导光频率.     

基于光子晶体波导的毫米波阻抗调配器研究

随着无线通信相关领域的发展,无线电波的应用频率已提高到毫米波频段,研究新型的毫米波阻抗调配器具有重要的实用意义。光子晶体因其有光子带隙的特点,在波导、谐振腔、滤波器等毫米波器件上有很大的尺寸优势。本文结合实际加工条件,利用电磁仿真设计了一种基于光子晶体波导的W波段阻抗调配器并对其进行优化,具有快速调配,适用范围广的优点。     

光子晶体中矢量的Bloch定理

众所周知,在半导体中,由于势场的周期性,使得电子的能量呈带状结构,带和带之间可能有间隙带隙;它可以通过解周期场下的薛定谔方程来得到.光场的亥姆霍兹方程十分相似;因而当介电常数具有周期性时,在光子晶体能带结构中也可能存在带隙,频率落在光子带隙内的光波不能在光子晶体中传播.这种类似半导体的周期性电介质结构称为光子晶体.这种材料有一个显著的特点是它可以利用带结构中可能存在的带隙,如人所愿的控制光子的运动.因此,光子晶体的应用非常广泛,可以制作高性能器件:新型的平面天线、光子晶体波导、光子晶体微腔、光子晶体光纤、光子晶体超棱镜等. Bloch定理是光子晶体理论中平面波方法和传输矩阵法的重要理论基础.本文运用量子力学中的算符理论,将Bloch定理由标量场推广到矢量场;发现这是电介质材料具有空间平移对称性的直接结论.(PH12)     

光子晶体光纤

光子晶体光纤在光纤的几何结构、模式特性、色散及双折射性质等方面完全不同于传统的光纤。为此介绍了光子晶体光纤的一些重要特性、制作工艺和应用前景。     

光学新技术

介绍了新型光学技术。引入新的光学概念 :光子晶体 ,光子能带以及光子晶体制造技术     

光子晶体器件的研究进展及前景

光子晶体器件是近年来迅速发展起来的一类微纳器件,可以操控光子的运动行为,并具有损耗极低、体积小、易集成的优点。本文综合论述了光子晶体器件的几种主要设计方法的优缺点、指出了加工制作中的技术难点所在,还介绍了两种常用的耦合技术,最后对光子晶体的未来作了展望。     

半导体光子晶体激光器的研究进展

半导体光子晶体激光器已成为当今世界范围内的一个研究热点.简述了光子晶体的物理特性对优化半导体激光器的贡献,介绍了几种类型光子晶体激光器,详细阐述了器件的工作原理,并展望了光子晶体激光器的潜在应用前景.     

入射角对光子晶体杂质模的调制

运用光在分层介质中传播的特征矩阵方法,通过数值计算,研究了掺杂一维光子晶体中光子禁带及杂质模的特性随不同偏振光及入射角的变化。研究结果表明,杂质模的中心波长及整个光子禁带随入射角的增加逐渐向短波方向移动,P偏振光和S偏振光的杂质模的移动情况基本一致。但是,禁带宽度、杂质模的带宽及Q值随着入射角的增加有明显变化。P偏振光的禁带宽度随入射角增加逐渐减少,而S偏振光的禁带宽度随入射角增加先不变后增加。P偏振光的杂质模的带宽先随入射角增大逐渐增宽,入射角大于67°之后又逐渐减小,而S偏振光的杂质模的带宽随入射角增加先减小然后略有增加,Q值也发生相应变化。     

掺杂一维光子晶体的杂质态

阐述了无缺陷光子晶体与掺杂光子晶体的结构,用光学特征矩阵方法,通过数值模拟计算具体讨论了一维光子晶体的一个实例。计算结果表明,掺杂光子晶体的禁带出现了极窄的、高透射率的尖峰,即光子杂质态,类似于半导体材料中的杂质能级。杂质层的引入增宽了原来光子禁带的宽度,杂质态的特征与杂质层的光学厚度、折射率及在晶体中的位置等因素有关。     

二维复周期光子晶体的带隙结构

提出了由二维六边形结构和三角结构叠合构成的复周期光子晶体 ,利用平面波展开法计算了由空气中的介质圆柱棒组成的该复周期光子晶体的带结构。结果表明二维六边形结构和三角结构叠合构成的复周期结构的光子晶体可以形成很宽的TE波光子带隙 ,并且具有较宽的TE波和TM波带隙重叠的绝对光子带隙     

光子晶体在宽频天线中的应用

本文提出了一种应用于宽频螺旋天线的类蜂窝结构的光子晶体平面反射腔,相较于普通的吸收式反射腔,蜂窝光子晶格单元光子晶体反射腔体的反射效果虽不是很稳定,但是在一定频段里取得了较好的反射效果,可获得较大的增益,在某些频段可实现大于10dbi 的增益值。     

光子晶体波导的FDTD分析

介绍了光子晶体波导的原理,然后运用时域有限差分方法(FDTD法)分析了二维光子晶体波导的传输特性,最后运用Matlab语言实现了二维光子晶体波导的仿真,使用的是TM模.     

光子晶体的制备及其应用

简述了光子晶体的基本概念和主要特征,重点阐述了光子晶体的制备方法及其潜在应用。