基于Mie散射理论的反蛋白石光子晶体定域化研究

根据Mie散射理论和低浓度近似,对金属氧化物构成的反蛋白石光子晶体的光子定域化区进行了研究。结果发现,该光子晶体在14 到18 区域出现多个光子禁带,并且讨论了影响定域化参量的各种因素,为实现光子定域化现象提供理论参考。     

光子晶体光纤与普通单模光纤之间耦合损耗的理论分析

利用有效折射率模型对光子晶体光纤与普通单模光纤的耦合损耗进行了理论分析,得到了耦合损耗与光子晶体光纤结构参量、波长之间的依赖关系,确定了取得最优耦合的光子晶体光纤的结构参量。     

光子晶体光纤宏弯曲损耗特性的理论分析

利用有效折射率模型对全内反射型光子晶体光纤的宏弯曲损耗特性进行了理论研究,分析了光子晶体光纤的结构参量和弯曲半径对其宏弯曲损耗谱的影响,计算了某些结构参量的光子晶体光纤在1.5 5μm波长处的临界弯曲半径.研究表明,光子晶体光纤的弯曲损耗特性与其结构参量密切相关.     

1维全息光子晶体的偏振特性

为了研究两种偏振光通过1维光子晶体的偏振特性,采用传输矩阵法做了相关计算,得到介质折射率、折射率调制的变化,在光正入射和倾斜入射时对不同偏振光的禁带都有影响的结果。结果表明,当光线正入射的时候,折射率和折射率调制的变化都不会影响禁带位置,折射率增大,禁带宽度减小;折射率调制增大,禁带宽度变大,正入射时p偏振、s偏振的禁带完全重合;当光线以一定的角度照射到介质表面上时,两种偏振态下禁带位置随折射率调制的增大移向低频,带的中心位置一样,禁带宽度变大。两种偏振态下禁带带宽随折射率的增大变窄,禁带中心移向低频,s偏振的带宽减小得更明显;介质厚度对不同偏振态下禁带没有任何影响。这为设计1维全息光子晶体偏振片提供了理论依据。     

近零超平坦色散光子晶体光纤的数值分析

利用全矢量有限元法对六重对称的折射率导引型光子晶体光纤的色散特性进行了数值分析.通过优化纤芯折射率、空气孔直径、孔间距得到了良好的近零、超平坦色散特性.数值仿真结果表明在其它参量相同的情况下,纤芯折射率的变化对光子晶体光纤的色散系数有着明显的影响,它决定着色散的平坦程度和所在的波长范围.在优化参量配置的情况下,得到了在常规光通信波长范围内具有近零(-0.4～0.15ps/(km·nm))、超平坦色散特性的光子晶体光纤结构.     

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。     

光子晶体光纤模式特性分析

通过引入包层有效折射率的概念定义了光子晶体光纤中模式激发的判断条件；使用有限元法精确求得了光子晶体光纤的包层有效折射率和有效模折射率的数值解；给出了不同波长的光在不同结构光子晶体光纤中的模场分布，其结果与实验图样一致。     

掺杂非线性吸收介质的光子晶体的双稳态特性

从光子晶体的传输矩阵理论出发，推导了掺杂饱和吸收非线性介质的光子晶体的缺陷模的透射率，以及缺陷层中局域光的增强因子。计算表明，基于非线性介质透过率的感应变化和透过率的正反馈作用，掺杂非线性吸收介质的一维光子晶体具有双稳态特性；实现双稳态所需的入射光强阈值决定于光子晶体的折射率参数、掺杂介质的饱和吸收光强，并随光子晶体的周期数N的增大而指数减小。     

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.     

中央空气纤芯半径对PBG-PCF基模特性调节研究

为数值研究中央空气纤芯半径对六重对称带隙导光型光子晶体光纤基模特性的调节,采用全矢量平面波与多极方法分别计算出该类光纤的带隙结构及不同中央空气纤芯半径时可能存在基模的有效折射率,由有效折射率分析了基模色散、非线性和限制损耗特性。数值结果表明,中央纤芯半径越大,色散越大,长波长段色散随入射波长在零色散附近振荡变化,在某一特定波长时非线性系数随中央纤芯半径的增大而增大;基模限制损耗总体随入射波长的增大而减小,在某些纤芯半径处出现振荡特性。     

有限周期含负折射率光子晶体的全反射隧穿效应

为了研究一维有限周期含负折射率光子晶体的全反射隧穿效应,利用传输矩阵法计算了TE波和TM波在大于全反射角入射一维有限周期含负折射率光子晶体的透射率。得出了一维有限周期含负折射率光子晶体中TE波和TM波的全反射隧穿峰的频率随入射角的变化特性、全反射隧穿峰的频率随负折射材料厚度的变化特性、全反射隧穿峰数随周期数的变化特性。发现了有限周期含负折射率光子晶体的全反射隧穿效应与普通光子晶体的全反射隧穿效应的不同之处。     

正负折射率的一维圆形受限光子晶体特性研究

对正负折射率材料构成的一维光子晶体,在横向圆形受限的条件下,推出了光波在其中传播时模式所满足的条件,并利用特征矩阵法研究了正负折射率绝对值相同时,光波在不同模式和不同介质厚度可见光能实现透射波和零反射。正负折射率绝对值不等时,得出介质厚度为半波长时透射波出现在中心波长处;随着模式数即入射角增大,透射波曲线向短波方向移动;介质折射率差的绝对值越大、周期数增加都使透射波谱宽度变窄。     

光子晶体微谐振腔的调谐特性

利用光学传输矩阵法研究了3种基于一维缺陷态光子晶体的微谐振腔的调谐特性。结果发现,对于每种结构,在某一波长的波垂直进入光子晶体时,在缺陷层位置会激发起幅度远大于入射波幅度的场,即产生了谐振现象并形成了微谐振腔;改变缺陷层厚度可对谐振波长调谐;对于缺陷层两侧为高折射率介质层的结构1和结构2,调谐特性呈现出非线性;而对于缺陷层两侧为低折射率介质层的结构3,调谐特性是线性的。在单模工作条件下,结构1和2的调谐范围约为结构3的3倍。     

无限周期正负折射率光子晶体的全反射隧穿效应

为了研究一维无限周期正负折射率交替结构光子晶体中光的全反射隧穿效应,利用色散法计算了TE波和TM波在大于全反射角入射一维无限周期正负折射率交替结构光子晶体的色散函数。得出了一维无限周期正负折射率交替结构光子晶体中TE波和TM波的全反射隧穿导带的频率随入射角的变化特性、全反射隧穿导带的频率随负折射材料厚度的变化特性。     

一维光子晶体禁带反射率随结构的变化

用特征矩阵方法得出了一维光子晶体的反射率计算公式,以/4波片堆为例,计算了当两种介质采用不同折射率的物质时,在第一光子禁带TE波及TM波的反射率随入射角的变化。结果显示,TE波与TM波的情况不完全相同。总的来说,增大两种介质折射率的差别,或者同时提高两种介质的折射率,或者增加周期数都有利于制造出具有完全光子禁带的一维光子晶体。     

压缩六角格子[A(BC)]m结构光子晶体禁带特性

通过引入缺陷和色散介质方法,调控光子的运动状态,研究一种压缩[A(BC)]m结构负折射率光子晶体的TE波和TM波的传输特性和色散特性,研究发现两种模的禁带特性随入射角和色散介质折射率的变化而变化,并且其带隙比普通光子晶体的大,而透射带要窄,这为高品质低损耗的谐振腔、微波天线、透射光栅、光波导等新器件的研制提供理论依据.     

光子带隙型光子晶体光纤温度传感特性分析

为了提高光子带隙型光子晶体光纤的温度灵敏度,提出了在纤芯环上并入高折射率液体圆柱的新结构,并利用全矢量有限元法对提出的结构进行了仿真,得到了温度对光纤有效折射率、纤芯能量和有效模面积等传输特性的影响。结果表明,随着温度的升高,光纤的有效折射率和有效模面积会减小,纤芯能量会增加,且零群速率色散点向短波长方向移动,尤其在短波长条件下光纤传输特性随温度变化趋势更加明显。该研究提高了光子带隙型光子晶体光纤传输特性的温度灵敏度,使其更加适合于温度传感方面的应用。     

基于光子晶体光纤M-Z干涉仪的折射率传感器研究

研制了一种通过手工熔接方法在两段单模光纤（SMF）间焊接一段实芯光子晶体光纤（PCF）而形成的Mach-Zehnder干涉仪（MZI）传感器,研究了传感器传输光谱与外界折射率的关系。实验结果表明,这种MZI传感器的中心波长随着外界折射率的增加向长波方向漂移,在1.340-1.384的折射率变化范围内,干涉长为3.2cm...     

1维掺杂光子晶体宽窄双重滤波器的理论研究

为了研究了1维掺杂光子晶体宽窄双重滤波器的特性,采用光学传输矩阵方法,计算了双重滤波透射峰的峰值和半峰全宽。当杂质层折射率增加时,窄滤波透射峰峰值保持不变,其半峰全宽逐渐增加,宽滤波透射带中心波长两边的透射率逐渐增加,其半峰全宽逐渐减小;当杂质的消光系数增加时,窄滤波透射峰的峰值迅速减小,宽滤波透射峰的峰值先快速减小随后缓慢减小,两个滤波的半峰全宽都随着消光系数的增加而增大。结果表明,在设计宽窄双重滤波器时,可根据不同的要求选取不同材料的杂质层,同时还必须考虑杂质吸收这一重要因素。     

入射光频率变化对负折射现象的影响

以硅的圆形介质柱在空气中组成二维六边形排列结构的光子晶体为例,研究了入射光频率变化对光子晶体负折射现象的影响.利用时域有限差分法(FDTD)并通过模拟仿真给出了两者之间的规律,同一光子晶体中,在可产生较明显负折射现象的入射光频率范围内,折射光的偏转角度随入射光频率的增大而减小;随着入射光归一化频率逐渐变小,增加光子晶体的波导宽度可产生较明显负折射现象.要得到折射率为-1的情况,则入射光归一化频率越小,光子晶体的波导宽度要相应越大.