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。     

利用光子晶体波导定向耦合差频产生毫米波

文章利用耦合波理论研究了光子晶体两平行直波导的定向耦合差频特性,得出以频率相近的两单频波入射两波导输入端口时,波导中的光场分布的解析表达式,并采用时域有限差分法计算了耦合波导中的模场分布.计算结果表明:通过波导的耦合作用可以在两平行波导中检测到入射波的差频包络,其时域特性与理论分析相符.提出了利用光子晶体定向耦合波导实现光波-毫米波的转换.     

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。     

光子晶体技术--(二)光子晶体光波导

简介了二维(2-D)光子晶体结构和通过在光子晶体中引入线缺陷形成的光子晶体光波导。重点介绍直波导、弯波导、Y分支光波导和光子晶体光波导与光纤的耦合。     

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。     

光子晶体波导传输特性研究

在完整二维光子晶体中引入线缺陷后,就形成了二维光子晶体波导。将时域有限差分方法(FDTD)用于光子晶体波导传输特性研究,计算了光子晶体波导的透射率频率分布,给出不同结构的光子晶体波导的光场分布及能流密度示意图。     

微波和毫米波用波导管

大阪大学接合科学研究所与村田制作所利用光造形法成功地研制出一种微波和毫米波用波导管。这种波导管是由树脂和陶瓷复合材料构成的具有金刚石结构的光子晶体。据专家验证 ,这种晶体能在 1 0GHz左右的频带传输信号 ,因此期望能用于千兆赫频带的无线局域网或兆兆赫频带的器件上。波导管是用三维CAD组合的光造形装置制成 ,所用材料是一种光固化树脂 ,采用的技术是大阪大学宫本研究室独创的技术。该研究所今后的目标是研制出数兆兆赫频带的波导管 ,以使激光器的光斑直径提高一个数量级 ,达到 1 0 μm。微波和毫米波用波导管…     

含随机介质的光子晶体波导特性

提出了一种光子晶体波导与随机介质相结合的特殊型波导的设计方法。基于光子晶体波导模型,建立了ZnO随机介质作为线缺陷的光子晶体波导模型,采用时域有限差分(FDTD)法分析了ZnO随机介质的加入对光子晶体波导系统的频率特性、时域特性及增益特性的影响,并且与纯随机介质系统和含有线缺陷的光子晶体波导系统进行对比。分析结果表明,当在光子晶体波导的缺陷层引入ZnO随机介质时,随机介质使得光在缺陷处振荡并得到放大,局域化程度比纯随机介质系统和纯光子晶体波导系统更高;且光与随机介质的相互作用使得光在波导中时间延长,激光阈值降低。这种光子晶体波导可用于制备可嵌入到集成光路领域和低阈值的微型激光器。     

光子晶体波导的非线性局域模

用光子而不是电子作为信息载体 ,最有希望的光学材料是光子带隙晶体。在这种晶体中介电常数的周期结构调制能可控地禁止光波在特定波带中的传播。在光子带隙材料基础上提出的微观光操纵器件中特别感兴趣的是小心制造的浅缺陷 ,这种浅缺陷能在全光微芯片中起波导作用。最近 ,Tokushima等人演示了将 1 .55μm波长的光弯曲成 1 2 0°的波导传播 ,该弯波导是在三角形晶格二维光子晶体中做成。对于用具有非线性响应材料组成的光子晶体或嵌有非线性杂质的光子晶体 ,可以通过改变光强来实现光子晶体波导性质的动态可调。在这种情况下高强度光能通…     

二维光子晶体波导及耦合器的特性模拟

用平面波展开法计算二维光子晶体的能带结构,作为进一步研究光子晶体器件的基础。接着采用时域有限差分法(FDTD)模拟光波在光子晶体直角转折传播的场图以及光波在两条平行光子晶体波导间传播时的耦合场图。模拟结果显示,光波在直角转弯光子晶体中波导中传播时的损耗非常低;在平行光子晶体波导耦合器中的耦合损耗仅也很低。它们的优异性能在光子晶体集成电路中有极大的应用价值。     

光子晶体结构、制备技术和应用进展

介绍了光子晶体的结构、制备技术和应用方面的最新进展。继金刚石结构之后,又证实了圆木堆积、反蛋白石和矩形螺旋结构具有完全光子带隙。光子晶体的制备技术大体可分为微电子制备技术、自组装技术与层层叠加技术,三者各有优缺点。光子晶体在光子晶体光纤、光子晶体激光器、光子晶体波导等众多领域有着广阔的应用前景。     

波导层介质对二维光子晶体反射光谱的影响

构建了基底介质为SiO2、表面覆层介质为TiO2 的二维光子晶体,采用严格耦合波法分析了二维光子晶体的窄带光学传输特性。分析了二维光子晶体的晶格周期、波导层的折射率及厚度对其反射光谱的影响。分析结果表明:当光子晶体的晶格周期和波导层介质厚度为常数时,随着波导层介质折射率的增大,光子晶体的反射峰值波长红移,且波导层折射率与反射峰值波长呈线性关系。当光子晶体波导层介质折射率为常数时,波导层厚度增大或光子晶体晶格周期的增大都会引起光子晶体反射峰值波长增大,但这两个参数与反射峰值波长只是在一定的变化范围内为线性关系。此种结构的二维光子晶体覆层表面吸附分布不均匀的介质时,通过分析光子晶体的呈现光谱可获得其表面吸附介质的不均匀特性。     

基于锯齿口和多支路的二维光子晶体出射光集束

光子晶体波导具有传输速率大、损耗率低、稳定性好等特点,在光集成、光信息传输等领域具有十分广阔的应用前景.然而作为亚波长波导,由于存在衍射极限,光子晶体波导的出射光会发散到各个方向,影响出射光集束.为解决光子晶体波导出射端光场控制问题,提出了一种新型的二维正方晶格光子晶体出射光集束的结构.该结构通过在波导出射端表面引入锯齿口结构和多支路通道,大幅度提升了出射光的辐射距离.利用时域有限差分法分析结果表明,具有3个锯齿口和2条支路的正方晶格光子晶体能够实现最佳的出射光集束,辐射距离高达200 μm,该辐射距离约为单波导出射端结构的25倍,且该结构在200 μm处的辐射效率可达53％.     

光子晶体慢光波导色散曲线的FDTD计算

首先介绍了光子晶体的原理,以及光子晶体波导在现代光通信中的应用.设计了一种新型的光子晶体慢光波导结构,基于麦克斯韦方程利用有限时域差分法对光子晶体慢光波导的色散关系进行分析,并利用FDTD进行仿真验证.     

应用等效折射率模型研究光子晶体光纤

应用等效折射率模型研究了光子晶体光纤(PCF)的传播特性.介绍了光子晶体光纤的等效折射率模型.通过求解标量波动方程得到了光子晶体光纤包层基空间填充模的模式折射率,利用阶跃光纤的理论来研究光子晶体光纤的导模特性.应用此模型对不同结构光子晶体光纤包层区的等效折射率与波长的关系进行了讨论.包层区等效折射率与芯子的折射率差随波长的增加而增大,并由此阐述了光子晶体光纤的单模特性.数值分析得到光子晶体光纤的基模的模式折射率,并由此研究了光子晶体光纤的波导色散与结构参量的关系.分析表明,光子晶体光纤的波导色散随空气孔孔距的变化符合Maxwell方程的比例性质.空气孔的相对孔径对波导色散有重要的影响.这些分析表明光子晶体光纤具有可以灵活设计其色散特性的潜在应用前景.     

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.     

二维平板光子晶体微腔与波导的耦合北大核心CSCD

光子晶体是介质介电常数呈周期性排布的结构,具有光子带隙,处于光子带隙中的电磁波无法在其中传播。二维平板光子晶体是通过在衬底上刻蚀周期性排列的空气孔柱而形成的结构,由于其具有优良的控制光传播的特性而得到广泛的研究和应用。介绍了在二维平板光子晶体中引入缺陷形成的光子晶体微腔和波导的方法和性质。通过调整几何参数控制微腔与波导之间的耦合,实现基于二维平板光子晶体的全光开关、光存储、单光子源等光学器件并讨论其在量子光学网络中的应用。     

基于光子晶体多层膜的对称薄膜波导特性研究

研究了一种“光子晶体多层膜+波导层+光子晶体多层膜”对称薄膜波导特性,光子晶体多层膜的第一禁带频率范围为73 THz～99 THz。采用多层介质平板波导理论研究了频率在73 THz～99 THz间的电磁波在波导中的传输特性。结果表明波导传输的是TE0和TM0基模,对于高次模式,不能在波导中传输,另外,频率在73 THz～99 THz间的电磁波在波导层（中心层）的功率约束因子（Γ）在0.99～1之间,即此时电磁波几乎完全局限在波导层内传输,为了比较,处在光子带隙外的频率分别为40 THz和50 THz的电磁波在波导层内的功率约束因子（Γ）分别为0.84和0.86,因此,利用光子带隙特征,由光子晶体多层膜构造的对称薄膜波导具有超低损耗特性。     

光子晶体线缺陷波导中的慢光研究

研究了线缺陷光子晶体波导中的慢光现象。运用平面波展开法对线缺陷光子晶体波导结构进行了模拟计算,分析了填充因子作为敏感结构参量,其变化对色散性质和群速度的影响。发现光子晶体的填充因子决定了光子晶体带隙中导模的传输特性。随着填充因子的增加,光子晶体波导中的群速度先增大再减小。可以证明,通过改变光子晶体的填充因子,群速度可以达到0.01c以下。     

二维光子晶体多模波导与单模波导的匹配传输

用多模干涉理论研究了二维正方晶格的光子晶体多模波导的3个偶模之间的干涉和自映像现象,发现它们之间的干涉可以认为是两两相互干涉叠加的结果.以7模光子晶体波导为例进行模拟计算,根据其波导的能带结构,发现在入射波的归一化频率为0.35时,3个偶模相互干涉形成的单重像在某一点重合,在这一点再连接一个单模光子晶体波导,实现了光子晶体多模波导到单模波导的匹配传输.利用有限时域差分法进行了数值模拟验证,模拟结果表明:实现了光子晶体多模波导到单模波导的高效匹配传输,传输效率达到95%.