负折射率缺陷层光子晶体的缺陷模和光学增强

研究了缺陷层为负折射率材料的一维光子晶体的带隙结构.研究结果表明：与缺陷层为正折射率材料的同类型结构相比,负折射率材料缺陷模的宽度变宽,且随着缺陷层厚度的增加,缺陷模向高频（短波）方向移动,缺陷模的移动速度也大.同时研究了负折射率缺陷层位置的不同对光子晶体透射特性的影响以及光学增强效应.     

含左手材料和单负材料三层平板波导中TE模的传输特性

研究了以左手材料为衬底和单负材料为覆盖层三层平板波导中TE模的传输特性,为波导器件的设计提供理论支持。首先导出了归一化有效厚度H与归一化频率ν的关系,然后数值计算分析了三层平板波导的传输特性。结果表明,该三层平板波导TE模具有以下特性：1）当导波层与衬底或覆盖层磁导率的比值的增大时,归一化有效折射率b随频率ν的变化率减小。2）当不对称因子a趋近于0时,b随ν单调变化;当a较大时,在截止频率附近,TE₁、TE₂、TE₃、TE₄和TE₅模出现双值现象。3）当a增大时,H-ν曲线从左向右移动。4）对于TE₀模,H出现负值。     

含负折射率缺陷的正负交替光子晶体的缺陷模

利用光学特征矩阵方法,研究了含负折射率缺陷的正负折射率交替一维光子晶体缺陷模的相关特性。研究表明：当缺陷层的光学厚度不变时,随着缺陷层折射率的增加,分布在禁带中心两侧的缺陷模分别向临近的禁带边缘方向移动,并与透射谱形成连续的透射带,随着折射率的增加,透射带的透射率逐渐增加,其半高宽度逐渐减小;而当缺陷层折射率不变时,随着缺陷层的光学厚度增加,缺陷模向长波方向平移,同时缺陷模的个数也随之增加,而由缺陷模和透射谱连成的透射带的带宽逐渐减小。与正折射率缺陷情形相比较,负折射率缺陷层可以获得更多的缺陷膜。     

正负交替一维掺杂光子晶体缺陷模的特性

利用光学特征矩阵方法,研究了在正负折射率交替一维光子晶体中掺入正折射率介质后缺陷模的相关特性。结果表明：当杂质层的光学厚度不变时,随着杂质层折射率的增加,缺陷模的半高宽度随之增加,分布在禁带中心两侧的缺陷模分别向临近的透射谱方向移动,并与透射谱形成连续的透射带;随着折射率的增加,透射带的透射率逐渐增加,其半高宽度逐渐减小;而当杂质层折射率不变时,随着杂质层的光学厚度增加,缺陷模向长波方向平移,同时缺陷模的个数也随之增加,而由缺陷模和透射谱连成的透射带的带宽逐渐减小。     

基于Berreman矩阵研究一维掺有各向异性材料缺陷的光子晶体偏振特性

为了研究具有各向异性材料缺陷层的光子晶体禁带特性,构造了具有各向异性材料缺陷层（AB）10F（BA）10 型一维光子晶体,利用Berreman 传输矩阵进行了数值计算。研究发现,随着缺陷层F 厚度d的增加,在700~1 000 nm 禁带中出现的两个缺陷模发生红移,缺陷模透射系数呈阶段性变化。改变缺陷层内单轴晶体方位角 ,X偏振光产生的缺陷模往长波方向移动,透射系数在一定波长范围内规律变化,而Y偏振光产生的缺陷模始终不变。另方位角在0~90范围内变化,则该禁带内产生新的缺陷模。缺陷模的这些特征对全方位过滤器的设计有一定价值。     

一维多层掺杂光子晶体缺陷模的偏振特性

为了研究多层掺杂对一维光子晶体缺陷模偏振特性的影响,采用特征矩阵法计算了一维光子晶体双层掺杂和三层掺杂情况下缺陷模的偏振特征.结果表明:双层掺杂时,TE波和TM波都出现了两个缺陷模,两个缺陷模随入射角的增加向短波方向移动,TE波的两个缺陷模随入射角的增加而减弱,而TM波的两个缺陷模随入射角的增加而增强.三层掺杂时,TE波和TM波也都出现了两个缺陷模,但比两层掺杂的缺陷模要弱,TE波和TM波的两个缺陷模随入射角的变化特征与双层掺杂的情况相似.     

一种缓变结构一维光子晶体的缺陷模研究

利用传输矩阵方法,研究了单折射率层缓变准周期结构一维光子晶体存在不同缺陷时的缺陷模。结果表明,当该准周期结构中存在缺陷时,引入了缺陷模,且缺陷模与缺陷层的位置和结构参数相关。缺陷层不同,缺陷模的位置及共振透射峰也不同。随着缺陷层光学厚度的增大,缺陷模波长向长波方向移动。     

材料色散对1维光子晶体缺陷模影响的研究

为了分析材料色散对缺陷模的影响,对色散材料采用洛伦兹振子模型,利用传输矩阵法计算了含缺陷1维光子晶体的透射谱,分析了各层的色散对该结构1维光子晶体缺陷模的影响。结果表明,无论是高、低折射率介质还是缺陷层的色散都可以引起缺陷模的频移或分裂;缺陷模的频移方向与考虑色散后光学厚度的变化有关,如果光学厚度增大,则发生红移,反之则发生蓝移;低折射率介质的色散使缺陷模频移的效果最显著。这一结果对光子晶体的设计和研究有一定的参考价值。     

一种准周期结构一维光子晶体的缺陷模研究

利用传输矩阵方法,研究了单折射率层缓变准周期结构一维光子晶体存在不同缺陷时的缺陷模.研究表明,无论缺陷层是替代高折射率层,还是替代低折射率层,都会引入缺陷模,且缺陷模与缺陷层的位置和结构参数相关.缺陷层位置不同,缺陷模的位置及共振透射峰也不同.随着缺陷层光学厚度的增大,缺陷模波长向长波方向移动.但缺陷模品质因子却随缺陷层替代不同的折射率层而存在差异,这一差异是同所计算的一维光子晶体自身的结构相关的.     

各向异性左手材料光纤的传输特性

对纤芯为各向异性左手材料,包层为普通材料的光纤进行了相关研究。首先,从Maxwell方程组出发,得到了各向异性左手材料光纤振荡模的色散方程。根据这些色散方程及其当前左手材料实际结构,同时考虑实际左手材料的频率色散特性,画出了TE、TM、HE和EH振荡模的色散曲线。通过对这些色散曲线的比较、分析,得到了一些振荡模的色散特性。比如:随着频率的增加,有效折射率也单调增加;TM振荡模有一定的群速,而EH振荡模有2个不同的群速,其突变频率约为4.46 GHz。此外,随着模阶数的增加,色散曲线向左上方移动;随着纤芯半径的增加,色散曲线向右下方移动,HE11振荡模的工作频域随着纤芯半径的增加而变宽。总之,这些都是有趣的色散特性,为进一步设计高性能光纤指明了方向。     

正负折射率含缺陷1维光子晶体多通道滤波器

为了分析结构参量对正负折射率材料1维光子晶体缺陷模的影响,利用传输矩阵法计算了基于正负折射率材料含正折射率缺陷1维光子晶体B（AB）m（ACB）n（AB）mB的透射谱,分析了各参量对该结构1维光子晶体缺陷模的影响,并用波动理论定性分析了多通道滤波器形成的原因。结果表明,在各介质层的光学厚度绝对值都为0/4的情况下,每个禁带中都有n个超窄的透射峰,相邻两个透射峰间距比相同结构下正折射率情况的宽;当n=1时,随着C层介质光学厚度以0/4的k倍增加,透射谱中同一禁带内出现了k条透射峰;当n2时,透射谱中同一禁带内出现了nk条透射峰。该研究结果对可调多通道滤波器的设计和研究有一定的参考价值。     

一维缺陷光子晶体的模式特性研究

利用光学传输矩阵方法研究对称和非对称一维缺陷光子晶体的缺陷模式特性。研究发现：1个缺陷可以导致光子禁带中出现多个缺陷模式；缺陷夹层厚度为零时，非对称结构中缺陷模消失，而对称结构中仍然存在缺陷模；两种结构的缺陷模式数目以及每个缺陷模的位置波长值均与缺陷夹层的光学厚度按正比例关系增加；两种结构的模式移动速度基本相等，并且与缺陷模式的阶数按反比例规律下降。     

实现多种通道滤波功能的一维光子晶体缺陷模

利用传输矩阵法研究一维光子晶体B(AB)m(ACB)n(AB)mB的缺陷模,结果发现:随n的增加,B(AB)8(ACB)n(AB)8B的透射谱出现与n值对应的共振缺陷模,具有超窄带多通道滤波的特性;当n=1,随着C层介质光学厚度奇数倍增加,透射谱中出现奇数条共振缺陷模,具有超窄带奇数通道滤波特性;当n=1,随着C层介质光学厚度偶数倍增加,透射谱中出现两条共振缺陷模,具有超窄带双通道滤波特性。当n=1,缺陷模频率处局域电场强度随m的增加而增强,而随C层光学厚度奇数倍增加,缺陷模频率处局域电场强度不变,但局域范围扩大。这些光学传输特性,为研究、设计新型光学器件提供指导。     

Effects of negative index medium defect layers on the transmission properties of one-dimensional photonic crystal

The photonic band gap structure of 1D photonic crystal with a negative index medium defect layer is studied by using the transfer matrix method. Investigations show that the introdution of negative index medium defect layer and the increase of the negative index value will result in an extension of the band gap. Moreover, by increasing the negative index, the width of defect layer and the numbers of period photonic crystal, the width of defect modes will be narrowed, which is advantaged to obtain optical filters with narrow band. Finally, the effects of absorption on the properties of band gap and on defect modes have been discussed.     

缺陷层厚度对1维光子晶体孪生缺陷模的影响

为了研究由1维特定掺杂光子晶体生成的孪生缺陷模与缺陷层厚度的关系,采用特征矩阵的方法进行了理论分析。结果表明,当整体改变这种缺陷层厚度时,孪生缺陷模低频和高频模位置的变化情况各不相同;当仅改变缺陷层的正折射率材料的厚度时,随着厚度增加,孪生缺陷模红移;当仅改变缺陷层负折射率材料的厚度时,随着厚度增加,缺陷模蓝移;并且孪生缺陷模透射率的变化也很复杂。这一结果为设计有特殊用途的光子晶体器件提供了理论依据。     

一维函数型光子晶体的光学传输特性

研究了一维正弦函数型光子晶体的透射特性和缺陷层对透射特性的影响,同时分析了光在正弦函数型光子晶体中的光学传输特性,即电场在正弦函数型光子晶体中的分布。对正弦函数型光子晶体,在缺陷层处的场强既可局域增强,也可局域减弱。这与缺陷层介质的折射率大小有关。当缺陷层对场强的作用是增强或减弱时,缺陷层位置越靠前,它对其后场强的增强或减弱作用越大。这些结论对光子晶体的设计与应用具有一定指导意义。     

缺陷奇偶性对光子晶体光传输特性的影响

采用传输矩阵法理论,研究缺陷参数奇偶性对含缺陷光子晶体（AB）m （ACx B）n （AB）m光传输特性的影响,研究结果表明：缺陷数目 n 的奇偶性仅影响缺陷模（透射峰）数目的奇偶性,即缺陷模数目的奇偶性与 n 对应;随着缺陷周期数 x 奇数倍增大,透射谱中的缺陷模向禁带中心靠拢,但缺陷模数目不变且等间距排列,随着 x 偶数倍增大,禁带两侧的两组缺陷模向禁带中心靠拢,且各组缺陷模数目与缺陷周期数 x 相关;缺陷光学厚度 DC 奇偶性对光子晶体透射谱的影响也很明显,随着 DC 增大且 DC ＜DA 时,分布在禁带右侧的缺陷模数目增加且向低频方向移动,随着 DC 增大且 DC ＞DA 时,分布于禁带左侧的缺陷模数目则减少但亦向低频方向移动。缺陷参数奇偶性对光子晶体透射谱的影响规律,为光子晶体设计可调性多通道光学滤波器件、光开关等提供理论借鉴,并为光子晶体的理论研究提供参考。     

含负折射率材料一维掺杂光子晶体的缺陷模特性研究

采用光学传输矩阵给出了含负折射率材料一维掺杂光子晶体的特征矩阵,研究了缺陷模的相关特性,经数值模拟计算得出：改变负折射率的大小、杂质的吸收系数和厚度,缺陷模的中心频率位置不变,缺陷模透射率随负折射率的减小而降低,透射谱的频率宽度也逐渐减小,同时缺陷模的半高宽度随消光系数和杂质厚度增大而增宽。光子晶体的这些特性将为光的传输控制、全反射镜和滤波器的设计等提供理论依据。     

准周期结构一维光子晶体的缺陷模研究

利用传输矩阵方法,研究了光波在包含掺杂缺陷和替代缺陷的厚度渐变准周期结构一维光子晶体中的传播规律.研究结果表明,类似于传统的周期结构一维光子晶体,在准周期结构光子晶体引入缺陷,光子晶体禁带中也产生了缺陷模,并且两种缺陷所引起的缺陷模的性质基本一致;缺陷模的出现使带隙有了一定程度的加宽,而缺陷模的位置和强度与缺陷层所处的位置和缺陷层的光学厚度有关;随着缺陷层光学厚度的增大,缺陷模向长波方向移动.