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％.     

弯折光子晶体波导性能的研究

提出了带有光子晶体环形谐振器(PCRR)的二维光子晶体弯折波导结构,采用有限差分时域法分别研究了带有3×3结构和带有4×4结构PCRR的光子晶体波导中电磁波的传输性能,分析了其结构整体介质柱相对介电常数取3组不同值时的传输性能,结果表明:使用带有PCRR的波导能实现电磁波的低损耗传输.此外,该结构还具有宽频带和结构紧凑...     

基于耦合边界的紧凑型光子晶体定向耦合器的优化设计

本文采用平面波展开法分析了双线型缺陷并列平行光子晶体波导的带隙结构、缺陷模式及耦合长度,提出了一种具有耦合边界的光子晶体定向耦合器,并探讨了光波在其中的传输性能.同时基于平面波展开法及时域有限差分法,深入分析和讨论了光波在光子晶体并列波导、光子晶体直角转弯模块中的工作模式和传输特性.利用该光子晶体定向耦合器结合光子晶体转角器件可以将两根平行标准单模光纤传输模式组合成交叉态、直通态和功分态等状态.仿真结果表明在交叉态和直通态时,使用该光子晶体定向耦合器的传输峰值可以在较大频率带宽内达到90%以上.     

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。     

基于光子带隙的双平板太赫兹传输系统研究

研究了一种利用光子晶体带隙特性工作的双平板太赫兹传输系统,它结合了光子晶体波导传输能量集中、损耗低以及双平板波导低色散和单模传输的优点.具体设计了工作在O.32THz的传输系统,研究结果表明:光子晶体双平板波导不但可以实现单模的高效传输,而且也具有良好的输入输出匹配性能.该设计中,采用矩形波导的输入输出结构在316～360 GHz的带宽内可以获得S11<-10 dB的匹配.而且,和普通双平板波导相比更具有结构紧凑、易于集成等优点,因此具有较高的实用价值.     

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。     

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.     

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.     

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…     

光子晶体光纤色散调控方法的研究

文章采用全矢量有效折射法深入分析了光子晶体光纤结构参数及比例系数对波导色散、总色散的作用,总结了光子晶体光纤色散特性的调整方法,探索出特定色散特性光子晶体光纤的设计方法,并且设计了在800 nm处具有近零平坦色散的光子晶体光纤,该光纤对于研究飞秒激光的传输特性和应用具有一定的价值.     

光子晶体陷光型碲镉汞探测器性能提升研究

光子晶体陷光结构具有类似减反膜的功能,且可以有效降低探测器暗电流,因而在红外探测器领域得到了广泛研究。本文针对光子晶体陷光结构的碲镉汞中波红外探测器,对其性能提升研究进行了论述。利用基于FDTD算法的仿真模型,并通过对结构参数进行优化,使得量子效率提升了近20%。     

光子晶体波导与微腔耦合的三通道波分复用器

为了实现对光波有效的选择输出,并且使光波的带宽很小,设计了微腔耦合的三通道波分复用器。对该器件采用时域有限差分法和微腔与波导间耦合模进行研究。首先,根据微腔选择不同频率的光波,设计光子晶体滤波器模型。然后,基于光子晶体耦合模理论,由定向耦合波导和一个高品质因子微腔构成的波分复用器。最后,为了提高输出光的透射效率,在波分复用结构的主波导的输出端,增加五个介质柱,形成一个反射层。实验结果表明:此结构能够通过微腔选择不同频率的光波,经过优化设计后的波分复用模型,光波的透射率得到了提高,波长λ=1.763μm的光波达到透射率将近90%。在光子晶体中取多个微腔可以选择输出更多波长的光波,所以这种结构在光子晶体集成器件的制作上有很好的应用前景。     

基于石墨烯和1维光子晶体的THz宽带吸收器

为了获得宽带高效率光波吸收器,设计了石墨烯和1维光子晶体的复合结构,采用修正的传输矩阵法研究了其传输特性。结果表明,在一定条件下,复合结构在太赫兹波段具有一定带宽和高效率的吸收带,吸收带的位置和宽度与1维光子晶体通带一致;在一些特别的吸收带,吸收峰值达到1;对相同的结构吸收结果还与入射方向有关。石墨烯和1维光子晶体的结合进一步拓展了它们的应用范围。     

波分复用各向异性光子晶体滤波器

从光子晶体的光子频率禁带特性出发，提出了用两个或两个以上的各向异性周期结构光子晶体叠加在一起，形成叠层结构光子晶体，以获得窄带滤波特性的设想；利用光学传输矩阵法研究了这种结构的光子晶体，分析了在不同入射角和折射率条件下，该周期结构的透射和偏振的光学特性。分析表明，各向异性光子晶体在折射率比值较大或与高折射率各向同性介质结合使用，可以获得较窄的通带，从而实现滤波。数值模拟的结果也证实了上述构思的正确性。     

内嵌结构光子晶体在F 型微带天线中的应用

对常用的正方晶格光子晶体结构进行改进优化,设计出一种新型内嵌结构式二维光子晶体,即在普 通正方晶格光子晶体内部嵌入同类晶格的光子晶体。将该结构光子晶体应用到F 型微带天线中,采用平面波展开 法,进行大量仿真计算。结果表明:与传统的微带天线相比,加入该结构光子晶体后的微带天线回波损耗由 -18. 2465dB 降低到-41. 0624dB。天线具有更好的阻抗特性和辐射效率,方向图有所改善,背瓣辐射最大处减少约 5dB。这种新型的光子晶体微带天线达到了提高天线性能的目的。     

双周期渐变光子晶体结构及其纳米聚焦效应

利用3+3光束双锥干涉法设计了双周期渐变光子晶体结构阵列,并研究了它的纳米聚焦效应。通过调整内锥角和内外锥的增量角来改变光子晶体晶格的小周期及光子阵列的大周期,通过调整光束强度、偏振方向来实现渐变光子晶体晶格结构、形状等参数的改变。采用傅里叶变换的方法研究了光子晶体结构对光场的纳米聚焦效应。该结构对于提高发光二极管的提取效率、光显示、光耦合及光集成具有非常重要的意义。     

Nanofabrication of 1-D photonic bandgap structures along a photonic wire

A strongly-guided one-dimensional (1-D) waveguide called a photonic wire has high spontaneous emission coupling efficiency, enabling one to realize low-threshold lasers. Combined with the use of 1-D photonic bandgap structures consisting of arrays of holes etched within the photonic wire, novel microcavity lasers can be realized. We report the nanofabrication of a photonic bandgap structure for 1.5 /spl mu/m wavelength along a InGaAsP photonic wire, and discuss numerical simulations for its electrodynamics.     

利用光子晶体提高InP基LED出光效率

应用FDTD方法计算了二维无限大光子晶体的能带结构,并制备出了InP基二维平板结构的光子晶体器件.在制备过程中尝试了仅用PMMA做掩模以及PMMA和SiO2做掩模两种方法.结果表明,不使用SiO2做掩模的情况下,由于PMMA胶选择性较差,在刻蚀过程中难以保证图形的准确转移.而增加SiO2掩模后,获得了图形质量良好的光子晶体结构.成功实现了利用光子晶体结构增强LED的出光效率,与未制作光子晶体结构的LED相比,光子晶体结构LED的出光效率可在原来基础上提高1倍以上.并且随着晶格常数的增加,出光效率进一步提高.     

光子晶体结构对量子阱红外探测器光吸收增强效应的研究

针对量子阱红外探测器(QWIP)光吸收效率较低 的问题,研究了基于光子晶体的耦合结构对 QWIP光吸收效率的增强效应。通过建立吸收效率计算模型并使用有限元方法,研究了光子晶 体结构中谐 振模式的光场分布,以及光子晶体结构参数对QWIP吸收效率的影响规律。通过综合优化,利 用光子晶体的谐振增强效应,理论上可以获得约88%的QWIP光吸收效 率。     

一种新结构介观压光型微加速度计

对镜像异质三周期光子晶体的研究理论表明,在实际应用范围内,透射率与光子晶体所受的轴向应力呈简单的线性关系。据此,设计一种能实现微梁直拉直压的加速度计,微梁很小很敏感,处于轴向直拉直压位置时,能极大提高结构的灵敏度和自由振动频率。以镜像异质三光子晶体替代以往的压敏电阻,只需检测其透射率,即可得出加速度大小。最后结果表明:当透射光强改变1时,该结构可以感知小于0.4 mgn的加速度的变化,测量量程可达3.2 gn。