超快速可调谐有机光子晶体滤波器

以有机非线性光子晶体为基础,实现了飞秒量级时间响应的超快速可调谐单通道光子晶体滤波器,以及皮秒时间响应的可调谐多通道光子晶体滤波器.     

可调谐光子带隙晶体的研究进展

近几年来,人们对可调谐光子晶体的兴趣日益增长,并且实际光子器件的应用推动着动态调谐方法的进一步发展。本文主要从光子带隙晶体的调谐机制、调谐途径、所用材料等方面,综述了可调谐光子晶体的研究进展。系统介绍了利用外部应力、电场、磁场、温度等激励,控制晶体结构参数的变化,实现光子带隙的改变;还介绍了通过控制介电材料来改变光子带隙,主要介绍了液晶材料、电光材料等几种常用的材料。比较了不同调谐方法的特点。最后分析了光子晶体带隙调谐的进一步研究方向。     

填充液晶的光子晶体的光控可调光子带隙

可调光子晶体由于其潜在的应用价值成为现今光子晶体研究中的一个热点。文章首次提出了通过光诱导液晶取向技术来调制光子晶体光子禁带的方法,进而采用平面波展开法分析了填充液晶的二维三角形光子晶体禁带结构的可调节性。数值模拟结果表明:通过偏振光控制空气孔中所填充的相列液晶的方向可以对光子晶体的禁带结构进行调节。与电场调制方法相比,该光控液晶取向技术具有响应速度快、结构简单的优点。这种可调光子晶体可用于制作场敏偏光片、全光光开关和可调光衰减器。     

基于铁电液晶电控双折射的调谐滤波器的研究

将铁电液晶作为缺陷层引入一维光子晶体中,基于液晶的电控双折射,形成快速窄带调谐滤波器.用传输矩阵法研究了铁电液晶缺陷光子晶体的可调谐滤波特性,计算了电场对滤波器透射峰的位置、强度、个数和带宽的影响,结果表明该滤波器呈现良好的滤波功能.     

3维函数光子晶体的特性研究

为了研究3维函数光子晶体的光子禁带特性,采用平面波展开法计算得到色散曲线,推导了平面波展开法的相关计算公式以及介质球介电常数的函数关系式,探讨了可调参量函数系数I和介质球半径R₁对光子禁带特性的影响。结果表明,3维函数光子晶体呈立方体晶格分布,由介质球填充空气背景;与常规3维介质光子晶体相比,3维函数光子晶体不仅能得到可调谐的光子禁带,而且可以拓展禁带带宽,并增加光子禁带的数量;改变函数系数I的大小可以实现对光子禁带数量、位置和带宽的调谐;改变介质球半径R₁可以对光子禁带带宽实现展宽,并改变光子禁带的位置。该研究对设计新型可调谐器件是有帮助的。     

液晶光子晶体可调自准直特性研究

液晶材料光子晶体由于具有可调谐性而得到了广泛的研究,但目前的研究主要集中在可调的光子带隙特性上。详细研究了液晶光子晶体的可调自准直特性。使用平面波展开法分析了液晶旋转角对光子晶体自准直频率的影响,并使用时域有限差分法对光在液晶光子晶体中的传输进行了仿真。结果表明,通过控制液晶旋转角,可以对光子晶体自准直频率进行调节,从而满足不同频率自准直的需要。     

光子晶体提高发光二极管的发光性能

多年来，光的自发发射被认为是辐射原子的一种天然和不可改变的特性。但我们现在知道，通过改变原子所处环境的方法可以控制原子的自发发射：比如，可把金属反射镜放在原子附近，或把原子包封在金属腔内或光子晶体内。用这种方法就可操纵原子环境中的真空波动或零点电磁场。光子晶体是种人工晶体，它具有一维、两维或三维周期性。这种结构产生了电场波的带隙，正像半导体具有电子波为禁戒的带隙或能量范围一样。光子晶体可用来抑制某一方面的自发发射，而增加另一方向自发发射。麻省理工学院的ShanhuiFan等现已证明光子晶体可如何用来产生…     

新型光子晶体调谐滤波器的研究

提出了一种在光子晶体中引入液晶缺陷层的光子晶体调谐滤波器.用传输矩阵法给出了含液晶层时光子晶体的光谱透过率公式,对电压和液晶材料参数对调谐滤波器透射谱的影响进行了数值计算.结果表明,改变电压时光子晶体滤波器的透射峰波长和带宽作周期性变化,在适当电压作用下光子晶体具有多通道滤波功能,而液晶的厚度和固有双折射的改变几乎不能实现光子晶体滤波器的调谐作用.     

基于电光聚合物缺陷光子晶体的脉冲电场测量技术

针对幅值强、频带宽、持续时间短等脉冲电场测量需求,本文提出一种基于电光聚合物缺陷光子晶体的全介质脉冲电场传感器.在周期性分布的光子晶体中引入电光聚合物作为缺陷层,外界电场的作用下,电光聚合物的折射率发生改变,这将会引起光子晶体的谐振频率偏移,监测谐振频率的变化即可实现被测电场测量.本文通过理论分析与数值模拟光入射角度不同且入射波的偏振状态不同时,光子晶体的结构参数对光子晶体传输光谱特征的影响规律,验证了该传感器的电场敏感特性.仿真结果表明,通过合理设计传感器的结构参数,结合波长-光强解调系统,基于电光聚合物缺陷光子晶体的电场传感器的电场分辨力可以达到约30V/m,最高可测量场强则可达到兆V/m量级.     

二维液晶光子晶体滤波器的可行性分析

分析了二维液晶光子晶体和二维光子晶体的“光子带隙”,给出了利用其带隙结构随旋转角的改变而变化的特性来制作可调谐滤波器的设计方法。     

异质结构光子晶体微腔实现多通道可调谐滤波

为解决WDM系统中多信道同时滤波问题,设计并研究了缺陷对一种异质结构光子晶体多通道滤波器的调制机制,结果表明:在光子晶体环形滤波通道中引入点缺陷形成复合缺陷,可克服光子晶体环形腔结构的多模特性,实现单通道内的单纵模滤波;对于各个通道,复合缺陷中点缺陷的折射率对输出端透射谐振波长具有调谐作用,且对各通道的可调谐滤波作用彼此独立,随着点缺陷折射率的增大,输出的谐振波长出现红移现象。所设计的异质结构结构光子晶体对WDM系统实现多信道滤波功能提供理论和设计参考。     

一种新型可调谐光子晶体滤波器的理论研究

建立了可调谐光子晶体滤波器的设计标准,作为设计的依据.通过数值计算和理论分析,得出了一维掺杂光子晶体的缺陷模随杂质光学厚度L和光子晶体折射率n2的变化特征.设计出的可调谐一维光子晶体滤波器在理论上能很好地满足设计标准,滤波通道的半高宽(FWHM)可调范围在1～4 nm间,波长λ可调范围达300 nm,透射率峰值大于0.95.     

基于二维光子晶体带隙及自准直效应的光分插滤波器研究

鉴于光子晶体具备控光能力强和响应速度快等优点,设计了基于二维光子晶体带隙及自准直效应的光分插滤波器。将二维的正方晶格介质柱当作材料,并融合光子晶体带隙、自准直效应实现光分插滤波器设计。引入平面波展开法,实现完整周期光子晶体架构求解。引入时域有限差分法,获取晶体中的电场磁场整体分布。模拟结果显示,该结构耦合效率与品质因子良好,且场图模拟与对应结构透射谱拟合度较高,表现出了较强的可实践性。     

左右手材料光子晶体带隙及表面波局域电场特性

为研究与设计新型光波导和光学传感器，通过参数匹配，并利用平面波展开的传输矩阵理论及布洛赫定理，研究左右手材料光子晶体的能带结构、表面波局域电场分布等，结果表明:零平均折射率左右材料光子晶体能带中存在的半封闭状和封闭状禁带结构，且通带中的能级曲线由高频向低频方向振荡衰减并简并。添加表面覆盖层介质后，部分半封闭状及封闭状禁带中出现正向波和反向波分立能级，分立能级随覆盖层厚度增大向波矢减小方向移动，半封闭状禁带中的分立能级在覆盖层厚度达到一定数值时出现分裂现象。禁带中正向表面波局域电场极大值均处于覆盖层与光子晶体表面交界处附近，并随覆盖层厚度增大或远离交界处而衰减，封闭状禁带对应的局域电场极大值对覆盖层厚度的响应灵敏度弱于半封闭状禁带。禁带中的反向表面波局域电场及其极大值均处于光子晶体内部，而且随覆盖层厚度增大而增强，封闭状禁带对反向表面波的局域限制作用、表面波与入射光的耦合作用、局域电场对覆盖层厚度的响应灵敏度等强于半封闭状禁带。     

基于光子晶体光纤的全光再生理论和实验研究

提出了利用高非线性光子晶体光纤（PCF）的自相位调制效应（SPM）,实现对高重复率皮秒脉冲全光再生的方案,理论分析了再生器的传输特性和滤波器参量对再生特性的影响。此外,利用一段80m的非线性光子晶体光纤进行了全光再生实验,通过调节入射光纤的功率和可调谐滤波器的参量实现了对高传输速率脉冲的全光再生,实验结果与理论分析结果一致。     

基于微环的响应可切换微波光子滤波器

基于微环谐振腔和光纤布拉格光栅，利用相位-强度调制，实现了三种滤波响应可切换微波光子滤波器。通过改变光纤布拉格光栅反射谱、微环谐振腔陷波和光载波三者之间的相对波长，微波光子滤波器的滤波响应可以在带通、平顶带通和高通之间切换。制备了欧拉微环并搭建了微波光子滤波器系统，实现了上述三种响应。三种响应的带宽均具有一定的调谐能力，其调谐范围分别为5.56～7.68 GHz、6.23～11.92 GHz和5.83～10.86 GHz。三种响应下微环的插入损耗均小于10 dB。可切换的滤波响应使该微波光子滤波器具有更高的灵活性，在频率测量、杂散抑制等场景中具有广阔的应用空间。     

从硅光子晶体中获得可调谐慢速光

BM T．J．Watson研究中心的科学家在硅光子晶体中观察到光的减速现象，并已证实可通过加热硅光子晶体来控制光的减速程度。虽然光子晶体中的光减速效应早被IBM的研究人员以及其他研究者所证实，但在传统技术制造的毫米量级硅片上实现这种效应，并对其进行仔细干涉测量，发现调节温度可使光速减慢，这是这种现象在实际应用中的重要进展。     

硅树脂调制的可调光子晶体

文章提出一种利用硅树脂调节光子晶体光子带隙的方法,光子晶体波导是通过往二维正方形光子晶体的介质柱之间填充硅树脂得到的,利用温度场改变硅树脂的折射率.数值模拟结果表明:通过温度场可对这种光子晶体的禁带结构进行调节.这种可调光子晶体可应用于制作新颖的偏光片和光开关.     

1维等离子体光子晶体截止频率的研究

为了研究1维等离子体光子晶体的截止频率随介质材料的介电常数、等离子体频率、等离子体与介质材料厚度的比例系数以及入射角度的变化关系,采用传输矩阵方法,分析了1维等离子体光子晶体的色散关系,给出了截止频率的变化规律。结果表明,等离子体光子晶体不能完全截止任何小于等离子体频率的电磁波;随着入射角度的增加,截止频率逐渐趋向于等离子体频率;通过调节以上各参量,可实现等离子体光子晶体的可调谐功能。这与单纯等离子体截止频率相比,具有其鲜明特点。     

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。