五筒晶格光子晶体的带隙分析

针对地下磁性掩埋物检测时,磁异常信号信噪比低的问题,提出基于小波熵的微弱磁异常信号降噪方法。小波变换对弱磁异常信号进行提取的关键在于确定小波系数的阈值。为此,引入反映信号能量分布特性的小波熵概念和一个调节因子,最终确定阈值,利用软阈值方法处理高频系数。通过计算机仿真对算法进行了检验。结果表明:该算法可以有效地提高信噪比,还原原始信号。     

用FDTD法分析二维光子晶体带隙

阐述了光子晶体的概念,用时域有限差分法,通过数值计算,模拟分析了准一维光子晶体和二维光子晶体的禁带,讨论一种准一维和二维的混合光子晶体,并对其禁带进行研究。结果表明当一维光子晶体的周期性结构与二维光子晶体的周期性结构混合在一起能形成更宽的光子禁带。     

用薄膜光子晶体超晶格概念设计多峰滤光片

多峰滤光片在光通讯波分复用技术中潜在着特殊的应用。利用薄膜一维光子晶体超晶格的概念,设计了两种薄膜多峰滤光片。第一种是基于两个一维光子晶体迭加的多峰滤光片,它在交叠的禁带上出现多组通带,每组通带又包含着多个透射峰,峰的数目为两个光子晶体的周期数减去1;第二种是在第一个光子晶体的中间插进第二个光子晶体,因而形成三个基本周期的光子晶体迭加,峰的数目主要取决于插入的第三个光子晶体的膜层厚度之比和周期数。讨论了多峰滤光片的通带特性和截止度。     

基于亚波长光栅的负折射光子晶体成像研究

理论上折射率为?1的平板超透镜可以实现完美成像,但等效折射率为?1的光子晶体结构,不满足介电常数ε=?1和磁导率μ=?1的条件,光子晶体与自由空间阻抗不匹配,某些角度的入射光与光子晶体内布洛赫波不能耦合,致使该空间频率光信息丢失,限制了光子晶体成像分辨率.为了提高成像分辨率,在光子晶体表面设置亚波长光栅结构,利用光栅的...     

基于硅透镜与光子晶体的逆古斯汉欣位移监测系统及其温度特性研究

基于硅介质柱型光子晶体,采用时域有限差分方法（FDTD）,探究高斯光束在光子晶体界面的逆古斯汉欣（GH）位移。通过在光子晶体下表面添加硅透镜,研究高斯光束的入射角度、硅透镜的曲率半径以及温度对光子晶体逆GH位移的影响。研究结果表明,发生最大逆GH位移的角度大于几何理想全反射角。添加焦点位于光子晶体表面中心的硅透镜可以使逆GH位移显著增强,且当硅透镜的曲率半径为170时,逆GH位移增大为不加透镜时的1.7倍。研究不同入射角度下温度对光子晶体的逆GH位移的影响发现,当高斯光束的入射角为26o时,逆GH位移随着温度的变化最大且线性度较好,便于温度监测。     

基于LabVIEW制备硅基一维光子晶体的计算机驱动程序

在制备硅基一维光子晶体如多孔硅分布Bragg反射镜和多孔硅微腔的实验中，为实现电脑程序驱动的电化学腐蚀平台的精确控制，使制备的光手晶体高低折射率层的界面更平整和硅孔大小更加均匀，我们利用NI推出的虚拟仪器开发平台软件LabVIEW编写了一套制备硅基一维光子晶体的计算机驱动软件。实验结果发现，由该软件驱动Keithley2400数宇电源制备的PS—DBRs显示出了纳米级平整的界面和反射率高，阻止带宽的光学特性。     

二维光子晶体光波导透射特性的研究

用时域有限差分方法(FDTD)研究光波在光子晶体光波导中的传播规律,发现不同形状的波导能够导引不同频率的光波。光子晶体波导的带隙宽度和透射系数与该波导的结构和参数都有很大的关系,随着介质柱半径的变化,带隙呈现一定的变化规律,介质柱半径变小,该波导的带隙向高频方向移动,且带隙的宽度变宽;而介质柱半径变大时,光波的透射峰的峰值却变得比较大,损耗变小。研究结果为光子器件的设计提供了理论依据。     

二维光子晶体偏振分光镜

简要介绍光栅为基板的用Si/SiO2膜系实现中心波长为1.5μm二维光子晶体全角度偏振分光镜的设计,此设计方法使二维光子晶体的制作简单。设计波长为1.37μm～1.76μm,理论上相对带宽为32.8%。利用二维光子晶体的带隙效应设计偏振分光镜,理论上是全角度偏振分光镜。     

Characterization of infrared gas sensors employing hollow-core photonic crystal fibers

Infrared gas sensors employing hollow-core photonic crystal fibers are reported. A hollow-core photonic crystal fiber in the gas cell of the sensor was inserted between a single mode fiber and a multi-mode fiber in the light path. The gaps between the facets of hollow-core photonic crystal fiber and single mode fiber were optimized to increase the coupling efficiency. The gas chambers were modified to reduce the time for filling. Broadband and laser sources were employed to determine acetylene at concentrations between 0% and 0.6%. The resolution was 0.084 ppm and the stability was 0.556%. These sensors have promising applications for trace gas measurements.     

基于光子晶体和法布里珀罗腔结构的折射率传感器

光子晶体传感器在溶液检测方面具有巨大的应用潜力,设计一种光子晶体液体折射率传感器,通过在光子晶体中构造法布里珀罗腔(F-P腔)并利用光子晶体的自准直效应来实现折射率的探测。通过二维时域有限差分法(2D-FDTD)对电磁波在光子晶体F-P腔中的传播的仿真实验,最终获得了高线性度的输出光功率与液体折射率的对应关系,并可基于此特性实现液体折射率的检测。相较于其他的检测方法,光子晶体的应用使其具有体积小、测量范围广、易于与激光器件集成并且不受外界电磁环境影响等优点。     

Ta2O5/SiO2三维光子晶体的制作及光学性能

利用自我复制的方法制作了可见光谱区的三维光子晶体,用反射光谱研究了光子晶体的光学特性。采用平面波理论计算了光子晶体的光子禁带(PBG),实验结果与理论符合得较好。采用两步生长法将荧光染料(rhodamine 590)置于光子晶体内部,实验结果表明,染料的荧光光谱受到了光子晶体的强烈调制。     

基于Cantor结构的一维光子晶体耦合腔的光学特性

在N=3的三分Cantor多层结构的基础上设计了一种光子晶体耦合腔结构,用传输矩阵法研究了这种耦合腔结构的光学特性。结果表明,新结构有更宽的带隙,并在宽带隙中出现了一个损耗非常小的超窄透射窗口;保持缺陷层的几何厚度不变,改变缺陷层介质的折射率,该透射窗口位置能在很大的范围内移动。这种新的耦合腔结构可用作超窄带光子晶体滤波器或波长可调谐滤波器,在光通信超密集波分复用和光学精密测量等领域中有应用价值。     

高非线性光子晶体光纤中布拉格光栅的制作

采用相位掩模版法实验研究了高非线性掺锗光子晶体光纤中布拉格光栅的制作。实验中采用的光子晶体光纤的非线性系数约为12 W^－1km^－1,模场直径约为2.4 mm。 分析了布拉格光栅的反射率随着曝光脉冲数的变化,随着曝光脉冲数的增加其反射率逐渐达到饱和,继续增加曝光量发射率开始下降。实验验证了可以在高非线性光子晶体中写入布拉格光栅,得到光栅的反射率为44.4%,这对于研究光纤布拉格光栅的非线性效应和应用具有重要意义。讨论了影响布拉格光栅写入效率的因素。     

基于正四边形晶格的微结构光子晶体光纤的特性分析

设计了基于正四边形晶格空气孔排列的光子晶体光纤,并在此基础上,通过在纤芯附近引入不同的微结构空气孔,运用全矢量有限元差分法,对不同微结构的光子晶体光纤的模式有效折射率、限制损耗、模场有效面积、非线性系数、波导色散系数等特性参数进行了仿真与分析。结果表明:引入不同的微结构,可以减小有效模场面积和增大非线性系数;引入正四边形微结构空气孔时,其限制损耗整体变化幅度较小;引入正八边形微结构空气孔时,其对应的波导色散系数在中波段变化比较平坦,且在波长为1 550nm处波导色散系数接近于零;引入正十二边形微结构空气孔时,其波导色散系数均为负值且变化幅度不大,可以应用于光纤的色散补偿。根据对引入不同微结构的光子晶体光纤的特性研究,为进一步研究光子晶体光纤提供一定的参考。     

太赫兹波段光子晶体温度传感器的研究

使用对太赫兹波段有吸收效应的掺杂硅设计光子晶体结构,使得在光子带隙内的光波被吸收,并加上金属反射镜面将光子晶体的吸收峰和法布里-珀罗(F-P)谐振吸收峰结合,使此结构在0.29～0.31 THz波段达到宽频吸收,并且在0.31～0.34 THz波段通过测量光子晶体的反射率可以计算出对应温度。在使用商业电磁仿真软件CST2014仿真和优化参数后,反射率对应温度变化的变化范围是0.09～0.36,即最大值与最小值有4倍之差,这一特性表明,此结构的反射率变化随温度变化十分明显,是一款十分灵敏的温度传感器。此外,在入射角不大于40°时,结构性能依然良好。     

Nonlinear bio-photonic crystal effects revealed with multimodal nonlinear microscopy

Highly optically active nonlinear bio‐photonic crystalline and semicrystalline structures in living cells were studied by a novel multimodal nonlinear microscopy. Numerous biological structures, including stacked membranes and aligned protein structures are highly organized on a nanoscale and have been found to exhibit strong optical activities through second‐harmonic generation (SHG) interactions, behaving similarly to man‐made nonlinear photonic crystals. The microscopic technology used in this study is based on a combination of different imaging modes including SHG, third‐harmonic generation, and multiphoton‐induced fluorescence. With no energy release during harmonic generation processes, the nonlinear‐photonic‐crystal‐like SHG activity is useful for investigating the dynamics of structure–function relationships at subcellular levels and is ideal for studying living cells, as minimal or no preparation is required.     

基于强度-相位级联调制的微波光子下变频法

为了优化微波光子下变频的无杂散动态范围,结合带反馈控制的强度调制器和相位调制器,提出并验证了基于强度和相位级联调制的微波光子下变频方法。通过理论推导和仿真分析了下变频原理以及本振功率对系统性能的影响,搭建了强度-相位级联调制的微波光子下变频系统,利用自行研制的直流偏置反馈控制模块确保强度调制器的工作状态稳定,对系统进行了性能测试。实验结果表明,增益和无杂散动态范围分别为-6.65dB和108.62dB/Hz~(2/3),与传统的强度调制器级联下变频链路相比,增益和无杂散动态范围分别提高了3.56dB和19.87dB。基于强度和相位级联调制的下变频方法仅需要单个偏置电压,且可通过反馈模块实现工作状态的稳定控制,系统结构简单、性能稳定,可实现大动态范围的微波光子下变频。     

二维硅薄膜光子晶体波导的设计及制作

为了制作可用于通信波段的二维硅光子晶体波导,研究了光子晶体波导的设计方法及制作工艺。应用平面波展开法计算了两种空气孔型光子晶体结构的TE波禁带,经筛选采用了三角晶格空气孔结构。同样利用平面波展开法计算了引入缺陷后二维三角晶格空气孔型光子晶体波导结构的TE波禁带,经对比发现归一化频率为0.295 7的缺陷态最适宜用来制备光子晶体波导,并据此设计了用于1.55μm波长的二维三角晶格空气孔型光子晶体波导,其晶格周期为458nm,空气孔直径为339 nm。对设计的结构参数进行了容差计算,结果表明误差在-3.95~5.65 nm方能满足设计要求。最后使用聚焦离子束刻蚀工艺,制作了所设计的波导结构,并进行了测试。测试结果表明,样品实际晶格周期为463nm,空气孔直径为344 nm,比设计值大5 nm,在容差允许范围内,满足设计要求。     

二维光子晶体波导传输特性的研究

为了研究二维光子晶体波导的传输特性,应用平面波展开法计算得到在0．216～0．35229,0．432-0．48386,0．76886-0．79716Hz波段的光波能在波导中很好的传输。并且分析了当圆柱半径从0．1a～0．5a发生改变时的带隙规律,从而为光子晶体波导器件的开发提供了理论依据。     

光子晶体中的能带结构及其光的传播

能带结构的计算和光在周期结构中的传播是光子晶体的两个基本而又重要的问题。着重讨论了计算晶体能带结构的平面波展开法和分析光在周期性介质中传播的Flo-quet-Bloch理论。光子晶体中的电磁场可以用一系列的空间谐波表示,光的传播方向可以用能量传播方向或它的群速度方向来表示,因此表示光在光子晶体中传播的一个直观方法是利用波向量图。