吸收对镜像对称一维光子晶体透射谱的影响

利用传输矩阵法理论,研究吸收对镜像对称结构一维光子晶体(ABCB)m(BCBA)m透射谱的影响。结果显示：各介质层吸收系数k的变化对光子晶体透射谱影响明显,其中B层介质的吸收对透射谱的影响最为强烈。具体表现为,当各层介质无吸收时,主禁带中出现一条透射率为100%的透射峰;随着B介质层系数k的增大,主禁带中透射峰的透射率迅速衰减,当k=0.001时,透射峰的透射率趋于0,而禁带两侧的通带透射率缓慢地趋于不完整的禁带;当A,B,C各层介质同时存在吸收时,透射峰及禁带两则通带的透射率急剧下降,k=0.0006时     

晶格常数对光子晶体量子阱透射谱的影响

为设计高品质光学滤波器、光开关等量子光学器件,用传输矩阵法理论研究晶格常数对一维光量子阱（AB）5（CD）2（BA）5透射谱的影响,结果发现:当A、B介质层的晶格常数偶数倍增加时,禁带中心频率处的窄透射峰变成宽透射带,透射带两侧对称分布着2条透射率为100%的窄透射峰;当A介质层的晶格常数奇数倍增加时,禁带中心频率处出现透射率为100%单条窄透射峰;当B介质层的晶格常数奇数倍增加,或D介质层的晶格常数按整数倍增加时,禁带中心频率处恒定出现3条透射率为100%的窄透射峰,且三者之间距离随着B、D介质层晶格常数的增大而逐步向禁带中心靠拢;当D介质层晶格常数按整数增加时,不仅禁带中心频率处恒定出现3条透射率为100%的窄带透射峰,同时两侧对称出现与晶格常数倍数密切相关的双透射峰结构,且双透射峰的透射率随晶格常数倍数增大而增高。这些特性可实现可调通道光滤波和光开关功能,并为实验制备工作提供理论指导。     

不对称级联结构光子晶体的透射特性

通过传输矩阵法理论,计算和研究不对称级联结构光子晶体的透射特性,结果表明:对于级联镜像对称结构光子晶体,透射谱的禁带中出现单条透射率为100%的透射峰,随着级联数目增大,单透射峰越来越精细并快速向长波方向移动,产生蓝移现象,但透射峰的透射率不变。对于不对称级联结构光子晶体,随着级联数目或级联周期不对称度增大,透射谱中单透射峰的透射率迅速下降,同时透射峰的位置随禁带缓慢向短波方向移动,产生红移现象;随着级联结构不对称度增大,透射谱中单透射峰的透射率缓慢下降,同时透射峰的位置快速向短波方向移动,产生红移现象。不对称级联结构光子晶体的透射特性,对光学滤波器、光学全反射镜和光学开关等器件的研究和设计有一定的指导价值。     

两端对称缺陷对对称结构光子晶体透射谱的影响

通过传输矩阵法理论,研究两端对称缺陷C对一维光子晶体ACmB(AB)n(BA)nBCmA透射谱的影响,发现:当无缺陷C时,透射谱符合镜像对称结构光子晶体的透射谱特征。当引入缺陷C后,随着缺陷折射率nC的增大,禁带中的透射峰逐渐变宽的同时向高频方向移动。缺陷周期数m及其光学厚度DC对透射谱的影响,在数值上具有明显的奇偶特性,m为奇数或DC为奇数倍时,禁带中心均出现一个较宽的通带,且通带宽度随着m或DC的增大逐渐变窄,而且通带上方的振荡加快,但通带中心所处频率位置不变;m为偶数或DC为偶数倍时,禁带中心均出现一条细窄缺陷模,且缺陷模的宽度随着m或DC的增大缓慢变窄,但其位置不变;两端对称缺陷对对称结构光子晶体透射谱的调制规律,为光子晶体设计窄带、宽带光学滤波器或光开关等提供指导。     

具有奇数通道滤波功能的光子晶体量子阱结构研究

选择适当的结构参数,用传输矩阵法计算模拟光子晶体(AB)m(CD)n(BA)m模型的透射谱,在归一化中心频率1.0（ωa/2πc）处,当光子晶体(CD)n的导带处于光子晶体(AB)m(BA)m的禁带中,且两者均以中心频率处为对称中心时,构成镜像对称的光子晶体量子阱结构。在光量子阱透射谱的中心频率处及对称的两侧,分布着具有规律的奇数局域共振峰,出现明显的量子化效应,透过峰数目和位置都可以通过光子晶体(CD)n的重复周期数n来调节,这一现象可用于设计可调性奇数通道滤波器。     

两端对称复缺陷对光子晶体透射特性的激活效应

为研究和设计高品质、高性能的光学滤波、光学放大、光学衰减和全反射镜等器件,通过计算模拟的方式,研究两端对称复缺陷对光子晶体C(AB)n(BAB)(BA)nC光传输特性的激活效应,研究表明:在对称结构光子晶体的两端置入缺陷C,当缺陷C为实介质时,光子晶体透射谱中出现多条透射率为100％的分立透射峰.当C中掺入具有增益放大效应的杂质形成含负虚部的复折射率缺陷时,透射谱中各分立透射峰的透射率均出现增益放大现象,而且缺陷层复折射率的虚部或实部对透射峰的增益放大倍数均具有调制作用,随着缺陷层复折射率的负虚部或实部增大,透射增益放大倍数先增大,达到极大值后再减小,增益放大倍数最高达可达104数量级.当C中掺入具有衰减效应的杂质形成含正虚部的复折射率缺陷时,透射谱中各分立透射峰均出现透射率衰减现象,而且缺陷层复折射率的虚部或实部对透射峰的衰减倍数也具有调制作用,随着缺陷层复折射率的正虚部增大,各分立透射峰的透射率不断衰减,直至透射率趋于零,出现全反射或全吸收现象.两端对称复缺陷对光子晶体光传输特性的调制规律,可为新型光学器件的研究与设计提供理论参考.     

含双负介质一维光子晶体量子阱的透射谱研究

用传输矩阵法研究一维光子晶体(AB)m(BACAB)n(BA)m的透射谱,研究发现：在双正介质和含双负介质情况下,归一化频率1.0ω0/ω处光子晶体(BACAB)n的能带皆处于光子晶体(AB)m(BA)m的禁带中,均构成以1.0ω0/ω处为对称中心的光量子阱结构。光量子阱透射谱出现对称分布的共振透射峰,呈现明显的量子化效应,透射峰数目和位置可由n调节控制,且双正和含双负光量子阱结构的透射谱结构相同,但后者的透射峰带宽、间距比前者大。该特性可用于设计微波范围内的可调性多通道滤波器和光开关等。     

双负介质对一维光子晶体量子阱透射谱的影响

为设计高品质的光学滤波器和光学开关,用传输矩阵法研究双负介质对一维光子晶体量子阱（AB）m（CBAABC）n（BA）m透射谱的影响,结果表明:当C层为双正介质时,光量子阱透射谱中出现2n+1条窄透射峰,当C层为双负介质时,呈现简并现象,光量子阱透射峰中仅出现2n-1条窄透射峰;当C层双负介质折射率负值增大时,光量子阱透射谱向禁带中心两侧移动,同时透射峰的品质因子快速提高;当C层双负介质光学厚度负值减小时,光量子阱透射谱向禁带中心靠拢,同时透射峰的品质因子迅速提高;光量子阱透射品质因子对双负介质光学厚度的响应灵敏度高于对折射率负值的响应。双负介质对光量子阱透射谱特性的影响规律,可为光子晶体理论研究及新型量子光学器件设计提供参考。     

介质光学厚度对光子晶体透射谱特性的调制

利用传输矩阵法理论,研究介质光学厚度对一维光子晶体(AB)5(BA)5透射谱特性的影响,结果表明:只要A、B介质光学厚度满足DA=DB,随着介质光学厚度的增大,光子晶体透射峰的透射率、频率位置和带宽均保持不变;当A、B介质的光学厚度不相等即DA≠DB时,随着DA或DB,或DA、DB的增大,禁带中透射峰的透射率不变但带宽变宽,且当DADB时透射峰向高频方向移动,反之则向低频方向移动。介质光学厚度对光子晶体透射谱的调制规律,可为光子晶体模型的构建、窄带光学滤波器和光学开关的设计等提供有益参考。     

两端镜像对称缺陷三元光子晶体的特性研究

运用光学传输矩阵理论,研究了两端镜像对称缺陷层一维三元光子晶体的光传输特性,并比较了一维三元光子晶体与一维二元光子晶体的禁带特性.数值模拟结果得出:一维三元光子晶体的禁带明显宽于二元光子晶体;且在三元光子晶体两端加相同缺陷层后,禁带展宽的同时出现了多个窄的透射峰.考察了影响透射峰的主要因素,缺陷层的折射率越大,透射峰越尖锐;缺陷层的光学厚度在500 nm到800 nm范围内,缺陷层的光学厚度越大,透射峰越尖锐,且向长波方向移动;光子晶体的周期数越大,透射峰越尖锐,且透射峰的个数增加.这种结构可用来实现多通道窄带滤波器,通过调节各个参数可得到所需要的波长以及通道数目的窄带滤波器.     

掺杂一维光子晶体的杂质态

阐述了无缺陷光子晶体与掺杂光子晶体的结构,用光学特征矩阵方法,通过数值模拟计算具体讨论了一维光子晶体的一个实例。计算结果表明,掺杂光子晶体的禁带出现了极窄的、高透射率的尖峰,即光子杂质态,类似于半导体材料中的杂质能级。杂质层的引入增宽了原来光子禁带的宽度,杂质态的特征与杂质层的光学厚度、折射率及在晶体中的位置等因素有关。     

Design of Narrowband Optical Filters Using Binary Number Sequence Photonic Crystals

A theory to design narrow band optical filters by using a new photonic crystal structure is presented. This new photonic crystal structure is composed of low index layers and high index layers arranged in mod. 4 up and down binary number sequence. The new structure exhibits narrow transmission peaks in the forbidden frequency gap region with high optical transmission (greater than 99.98%) at C.W.D.M. (Coarse Wavelength Division Multiplexing) center wavelengths. The proposed filters use only 8 layers. These new binary number sequence photonic crystal narrowband optical filters are much smaller in size, lower in cost and easier to fabricate as compared to narrowband photonic crystal optical filters based on defect Fractal Cantor multilayers, suggested recently by a group of researchers.     

复介电右手材料和左手材料构成的光子晶体的特性研究

利用传输矩阵法矾究了复介电右手材料和左手材料构成的光子晶体的带隙结构和光传输特性。研究结果表明：一维右手材料和左手链料均成的光子晶体具有宽骜带的特点,禁带中出现多个共振透射峰。当组成该光子晶体的右手材料为复介电且其虚部为负时,各其振透射模式都出现了较强的增益,耳虚部的绝对值较小时,增益随着波长的增加呈指数减小。而虚部的绝对值较大时,增益与波长的关系近似呈倒“V”形状。随着复介电常量的虚部绝对值的增加,各透射增益先增加后减少,中间存在一极值点。而当组成该光子晶体的右手材料的复介电虑部为正时,表现为对各共振透射模式的吸收,且吸收随着波长的增加呈指数增加。这一结果为光子晶体同时实现多通道超窄带滤波器和光放大微器件提供了理论基础。     

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。     

左右手材料光子晶体的双重光学滤波功能

为了设计高品质、高性能的光学滤波器件,采用传输矩阵法,研究左右手材料构成的光子晶体（HL）mDl（LH）m的窄带和宽带通道双重光学滤波功能,并进行了计算机仿真。介质层H是左手或右手材料时,随着排列周期数m增大,在频率ω/ω₀奇数倍处均出现单条窄透射峰;当m不等值变化时,ω/ω₀奇数倍处透射峰透射率均下降且下降速度相同,而ω/ω₀偶数倍处通带透射率不变;H为左手材料时,ω/ω₀偶数倍处还出现通带,且m越大透射峰或通带越窄,ω/ω₀奇数倍处及周围还出现多条窄透射峰。结果表明,光子晶体由左右手材料组成时将得到更好的宽、窄带双重光学滤波效果及调制方法。该研究对新型光学滤波器件的研究和设计具有指导作用。     

含梯度折射率缺陷的一维光子晶体滤波性能研究

为实现一维光子晶体更优越的滤波特性,引入渐变折射率缺陷层,可以抑制某些特定频率的电磁波,产生光子禁带。利用时域有限差分（FDTD）法,严格求解麦克斯韦方程组。研究了缺陷层的折射率变化为抛物线型时对应的透射率谱线,并分析了周期介质层的折射率比、厚度比及周期数,对滤波性能的影响。研究表明,增加折射率比,含梯度折射率缺陷层的一维光子晶体可以实现更大的滤波带宽;改变厚度比,可以影响透射峰位置;改变周期数,则可以影响透射率。这一研究结果对提高光子晶体滤波器性能具有一定参考价值。     

复周期结构光子晶体的光子能带特性研究

本文构思了一种每个周期内部有几个不同的小单元的复周期结构光子晶体，并利用光学传输矩阵法对这种光子晶体进行了数值模拟计算。计算结果表明，这种复周期结构光子晶体比普通结构的光子晶体多出1个大的光子禁带区。适当调整参数还可以分别获得多通道窄带滤波特性、带通滤液特性和窄带透过特性。     

缺陷奇偶性对光子晶体光传输特性的影响

采用传输矩阵法理论,研究缺陷参数奇偶性对含缺陷光子晶体（AB）m （ACx B）n （AB）m光传输特性的影响,研究结果表明：缺陷数目 n 的奇偶性仅影响缺陷模（透射峰）数目的奇偶性,即缺陷模数目的奇偶性与 n 对应;随着缺陷周期数 x 奇数倍增大,透射谱中的缺陷模向禁带中心靠拢,但缺陷模数目不变且等间距排列,随着 x 偶数倍增大,禁带两侧的两组缺陷模向禁带中心靠拢,且各组缺陷模数目与缺陷周期数 x 相关;缺陷光学厚度 DC 奇偶性对光子晶体透射谱的影响也很明显,随着 DC 增大且 DC ＜DA 时,分布在禁带右侧的缺陷模数目增加且向低频方向移动,随着 DC 增大且 DC ＞DA 时,分布于禁带左侧的缺陷模数目则减少但亦向低频方向移动。缺陷参数奇偶性对光子晶体透射谱的影响规律,为光子晶体设计可调性多通道光学滤波器件、光开关等提供理论借鉴,并为光子晶体的理论研究提供参考。