Compton散射对磁化等离子体光子晶体色散特性的影响

利用多光子非线性Compton散射模型和有限时域差分法,对Compton散射对磁化等离子体光子晶体色散特性的影响进行了理论分析和数值模拟,提出了将入射光和Compton散射光作为磁化等离子体光子晶体中产生色散的新机制。研究结果表明,与Compton散射前相比,Compton散射使零色散频率和截止频率增大,零色散线相对于平带有一定的偏离,截止频率点色散线位置上升,上、下色散曲线分别呈现更加明显的非线性增加和减小的趋势。背景的相对介电函数增加到一定值时,散射使出现的全方向带隙的归一化频率增大,带隙中心位置下降较快,带隙宽度增加较大,波矢偏离周期平面较明显,本征模的截止频率较大,理论计算和数值模拟吻合得很好。     

电磁波在二维等离子体光子晶体中的传播特性研究

采用时域有限差分的方法研究了电磁波在二维等离子体光子晶体中的传输特性.主要讨论了等离子体柱半径与晶格常数的比值,光子晶体的周期数以及不同晶格结构对TM极化入射波和TE极化入射波传输特性的影响,计算得出了电磁波入射等离子体光子晶体的透射系数,并对结果进行了分析.研究发现,通过改变等离子体光子晶体的结构参数,诸如等离子体柱半径与晶格常数的比值以及等离子体光子晶体的周期数,均可有效控制等离子体光子晶体的电磁性质.     

二维光子晶体三角形结构带隙研究

通过改变二维光子晶体三角形结构的晶格元胞半径、晶格周期和厚度,模拟其带隙变 化,分析变化规律,为二维光子晶体集成波导提供理论基础。     

二维色散介质光子晶体的能带结构求解问题研究

给出了一种计算二维色散介质光子晶体能带结构的方法，研究二维色散介质光子晶体的特性。考虑色散光子晶体，即介电常数ε=ε (ω)与频率ω相关，求解一个非线性特征值问题得到能带结构。首先，基于光子晶体电磁波传播的控制方程组推导出变分形式，对离散以后的非线性问题选择合适的解作为初始值，基于牛顿法对不同的波矢k值求解该非线性问题，获得色散关系ω(k)，从而得到光子晶体的能带结构分布。基于数值方法，求解了几种不同的色散介质光子晶体在横电（TE）、横磁（TM）模式下的能带结构，数值结果表明该方法是有效的。     

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。     

完全禁带二维光子晶体的研究

利用平面波展开法,对存在完全禁带的正三角排列的气柱型二维光子晶体和蜂窝状排列的介质柱型二维光子晶体进行了研究,分析了柱的半径和介质折射率对完全禁带大小的影响,结果表明,正三角排列气柱型比蜂窝状排列介质柱型具有更大的最大带隙率,而且最大带隙率还可以通过介质折射率的改变来优化;蜂窝状排列介质柱型二维光子晶体最容易加工的结构刚好适合常见材料硅或砷化镓,具有更大的实用价值.     

一维光子晶体中偏振态的色散特性

利用介质材料的色散关系和特征矩阵法研究了一维光子晶体中TE波和TM波两种偏振态的带隙随色散的变化特征。得出：介质材料的色散会对一维光子晶体中砸波和TM波两种偏振态的带隙结构产生明显的影响,并且TE波和TN波的一级和二级禁带随色散强度的变化特征有所不同。这些研究结果扩展了对一维光子晶体中TE波和TM波带隙结构的认识。     

快速遗传算法优化计算二维光子晶体

采用平面波展开法和快速遗传算法优化设计具有大禁带的二维光子晶体.从随机产生的晶体结构开始,在遗传算法中引入占空比控制算符和傅里叶变换数据备份机制,快速搜索到了具有较大绝对禁带的正方晶格光子晶体,其最大完全禁带的相对宽度值为13.25%,并且制备难度较低.     

等离子体光子晶体研究进展

等离子体光子晶体是等离子体学科和光子晶体学科交叉的产物,它不仅具有一般光子晶体的性质,而且还体现等离子体的特性,通过改变等离子体参数或外加磁场可有效控制其带隙。若在可调带隙的等离子体光子晶体中构造适当缺陷,则可形成可调滤波器和波导等器件,这在工程方面具有重要应用。结合本课题组工作,综述了等离子体光子晶体的研究进展,在此基础上,对等离子体光子晶体的发展前景提出展望,为人们进一步研究等离子体光子晶体的特性和应用提供参考。     

用数值方法研究含负折射率材料的一维光子晶体的色散特性

在传统的二元一维光子晶体中,如果有一种材料在某一段频带范围内显示出负折射率特点,此光子晶体的色散特性肯定不同于传统的光子晶体.首先通过建立简单的模型推导出光波在光子晶体中传播的表达式,然后进行数值模拟和分析,并引入负折射率表达式,仿真得到这种光子晶体的色散图形.研究结果表明,该光子晶体在微波频段存在多个小的禁带,可以作为多通道滤波器.在高频带,当构成光子晶体的两种材料的厚度发生改变时,禁带的位置也会变化.     

太赫兹波在二维正三角晶格金属光子晶体中的传输特性

运用频域有限元法研究了一种二维正三角晶格金属光子晶体在太赫兹波段的传输特性。该模型选取空气为背景材料,金属铜为介质柱。通过改变太赫兹波的入射方向、晶格常数和介质柱填充率,对TM模和TE模的传输特性进行了系统完整的分析,获得了太赫兹波在正三角晶格金属光子晶体中的传输规律。结果表明,传输特性随着介质柱填充率、晶格常数及太赫兹波入射方向的变化而变化,且TE模和TM模带隙差异很大,这为太赫兹波段的光子晶体滤波器、反射器和极化器的开发与制作提供了参考依据。     

色散平坦光子晶体光纤色散和非线性特性研究

采用矢量波束传播法(BPM) 对不同结构参量的光子晶体光纤的色散和非线性特性进行数值分析,计算色散平坦光子晶体光纤的参量色散系数D,有效模场面积 和非线性系数 。分析D, 与色散平坦光子晶体光纤结构参量空气孔间距 、空气孔直径 之间的关系。分析结果表明,调节色散平坦光子晶体光纤的结构参量可以灵活地调整色散和非线性特性。得到的色散平坦光子晶体光纤在1300nm到1600nm波长范围内,色散值仅在-1.5 左右,非线性系数都大于19 。     

用于色散补偿的双芯光子晶体光纤设计

WDM系统的传输速率受单模光纤(SMF)中色散D的制约.针对WDM系统中的色散补偿问题,本文提出了一种新型的用于色散补偿的双芯光子晶体光纤(DCPCF),其构成材料是纯石英和空气.采用高斯--厄密函数法计算了此DCPCF的模场和等效折射率,理论模拟表明这种DCPCF的色散可达-18000 ps/(nm.km),并可补偿超过自身长度1000倍的普通单模光纤.     

一维光子晶体的带隙结构研究

利用时域有限差分法(FDTD)对光子晶体的传输特性进行了研究.计算了不同条件下完整结构阶跃型光子晶体的透过率谱.通过透过率谱的变化,分析了介质层数、介质所占空间配比、介质介电常数比对光子带隙的影响.发现介质层数的增加会使光子带隙拓宽并加深,但是带隙的位置不会移动;介质介电常数比越大,带隙越宽越深,也越容易出现带隙.     

光子晶体光纤色散特性的研究

基于标量近似理论,使用有效折射率方法对光子晶体光纤的群速度色散特性进行了详尽研究.由于光子晶体光纤是由单一材料制成,光纤的总色散便由波导色散决定,将群速度色散分为材料色散和波导色散,在分析光纤结构参数与波导色散关系的同时还讨论了剖面色散对总色散的影响.研究表明:调节光子晶体光纤包层空气柱的节距及其有效芯径,可以实现在很宽的波长范围内的单模传输,可以设计零色散光子晶体光纤和在较宽的波长段接近零色散的色散平坦光纤,以及具有较大正常色散的色散补偿光纤,尤其在零色散光纤设计时必须考虑剖面色散的影响.     

一维平板光子晶体中电磁波的模式和带隙

利用特征矩阵法研究了一维平板光子晶体中电磁波的模式及其带隙结构。推导出一维平板光子晶体中电磁波各个模式满足的条件,计算出TE波和TM波各模式的禁带随模式量子数、平板厚度以及入射角的变化规律。得出了一些不同于一维非受限光子晶体禁带的新结构。     

吸收对光子晶体能带结构的影响

引入复折射率并利用特征矩阵法,研究了光子晶体的吸收对光子晶体能带的影响.得出:在反射波中,禁带的反射率随消光系数的增加而迅速降低,当消光系数增加到0.05时,已经不存在明显的能带.在透射波中,随着消光系数的增加,禁带宽度逐渐扩大,禁带边缘逐渐模糊,当消光系数增加到0.02时,已经不存在明显的能带.     

光子晶体光纤色散的有限差分法研究

采用基于半矢量波动方程的有限差分法研究了光子晶体光纤(PCF)的色散特性。利用中心差分格式将半矢量波动方程转化为矩阵的特征值问题，进而得到光纤的模式特征和传播常数，并对计算结果进行了分析。数值计算结果表明，半矢量的有限差分法与全矢量的有限差分法和有限元方法求解的数值结果以及测量结果吻合得很好，而比基于标量方程的有效折射率模型得到的结果更为精确，为进一步设计具有适当色散特性的光子晶体光纤提供了理论计算工具。     

New High Nonlinear and Dispersion Flattened Photonic Crystal Fiber

A new high nonlinear dispersion flattened photonic crystal fiber is proposed. This fiber has three-fold symmetry core. The doped region in the core and the big air-holes in the 1-st ring can make high nonlinearity in the PCF. And the small air-holes in the 1-st ring and the radial increasing diameters air-holes rings in cladding can be used to turn the dispersion properties of the PCF. We can achieve the optimized optical properties by carefully selecting the PCF's structure parameters. A PCF with flattened dispersion is obtained. The dispersion is within ±0.8 ps·nm-1·km-1 from 1.50 μm to 1.62 μm. The nonlinear coefficient is about 12.645 6 W-1·km-1, the fundamental mode area is about 10.257 9 μm2 and the birefringence is about 3.086 96×10-5 at 1.55 μm. This work may be useful for effective design and fabrication of dispersion flattened photonic crystal with high nonlinearities.     

光子带隙型光子晶体光纤的研究

实验证明,空心的空气-石英光子晶体光纤的纤芯可以局域光,并在理论的基础上,得到光子带隙存在的条件,特定的波带受到限制并沿光纤传导;与每一个波带相对应的光子晶体包层中出现一个完全的二维光子带隙,随着空气填充率的增加,光子带隙的相对大小也会随之变大,而且当减小空气孔尺寸时,光子带隙将被抑制。采用透射谱法在红外波段对带隙型光子晶体光纤进行测量,通过比较光纤的透过谱与光源的光谱,确定是否存在光子带隙。