光子晶体的微腔特性

为了设计一种高品质因子的光子晶体微腔和研究单缺陷光子晶体微腔谐振模波长随晶格常数的变化规律,使用时域有限差分法(difference time-domain method)和基于Baker算法的Padé近似方法计算了半导体材料上空气孔阵列光子晶体微腔的谐振模波长和品质因子.得到的新型光子晶体微腔的品质因子达246510,单缺陷光子晶体微腔模波长随晶格常数a和孔半径r的近似为线性变化关系:当孔半径r为一常数时,表现为晶格常数改变1nm,谐振波长变化约3nm,为实际制作光子晶体微腔激光器提供了理论指导.     

光子晶体的微腔特性

为了设计一种高品质因子的光子晶体微腔和研究单缺陷光子晶体微腔谐振模波长随晶格常数的变化规律,使用时域有限差分法(difference time-domain method)和基于Baker算法的Padé近似方法计算了半导体材料上空气孔阵列光子晶体微腔的谐振模波长和品质因子.得到的新型光子晶体微腔的品质因子达246510,单缺陷光子晶体微腔模波长随晶格常数a和孔半径r的近似为线性变化关系:当孔半径r为一常数时,表现为晶格常数改变1nm,谐振波长变化约3nm,为实际制作光子晶体微腔激光器提供了理论指导.     

Padé近似在光子晶体模拟中的应用

为了节省时域有限差分（FDTD）法的计算时间，提出了许多将FDTD的时域结果转换到频域的方法．文中介绍了一种基于Baker算法的Padé近似，并展示了其在光子晶体模拟中的应用．对频率为160THz，品质因子为5000的简单谐振子，结果显示Padé近似用2~8时间步数据得到的强度谱比快速傅里叶变换用2~20时间步数据得到的强度谱更精确．采用这一Padé近似，光子晶体平板结构中不同波矢对应的模式频率和品质因子及其能带结构可以在很短的FDTD输出结果下得出．另外，Padé近似也用于计算光子晶体微腔的模式频率和品质因子．     

Padé近似在光子晶体模拟中的应用

为了节省时域有限差分(FDTD)法的计算时间,提出了许多将FDTD的时域结果转换到频域的方法.文中介绍了一种基于Baker算法的Pade近似,并展示了其在光子晶体模拟中的应用.对频率为160THz,品质因子为5000的简单谐振子,结果显示Padé近似用28时间步数据得到的强度谱比快速傅里叶变换用220时间步数据得到的强度谱更精确.采用这一Padé近似,光子晶体平板结构中不同波矢对应的模式频率和品质因子及其能带结构可以在很短的FDTD输出结果下得出.另外,Padé近似也用于计算光子晶体微腔的模式频率和品质因子.     

光子晶体微腔发光二极管

光子晶体微腔因其具有增强自发辐射、定向输出和单模工作的能力而受到广泛关注。介绍了光子晶体微腔发光二极管的基本原理、设计、特性、制作及其典型器件。     

二维光子晶体耦合腔的多模双稳态光开关

利用时域有限差分数值模拟方法和耦合模理论分析方法,研究了Kerr型非线性二维光子晶体耦合腔结构中的光学双稳态开关。利用耦合模理论,分析了耦合腔结构的多模特性,以及对应本征态的局域强度分布特性,并讨论了在耦合腔结构中实现多模光学双稳态开关的原理。发现在二维耦合腔结构中,可以实现信号自泵浦和泵浦-信号两种类型的双稳态开关,且后者具有使泵浦和信号在频率和空间相分离的优点。利用非线性时域有限差分数值模拟方法,得到了高斯脉冲激励下的双稳态响应曲线。     

InGaAsP/InP二维半导体光子晶体激光器的研究

光子晶体具有调控光子的能力,而光子晶体激光器的实现则证实了这种调控能力.描述了基于InGaAsP/InP材料的二维半导体光子晶体激光器的研究,主要介绍了点缺陷型光子晶体微腔激光器的理论设计、模拟分析及与器件性能的比较.理论上采用平面波展开法和三维有限时域差分法,分析了通过采用调整点缺陷腔的最近临空气孔的尺寸,可以提高光学微腔的品质因子Q,从而提高激光器的工作性能,降低激光器的激射阈值,实验中研制了不同近邻孔径尺寸的激光器,观测到激光器激射阈值降低的现象,实验结果与理论模拟相一致,除此之外,还实现了光子晶体三角形腔和H2腔激光器的激射.     

二维光子晶体波导微腔传输特性的研究

用时域有限差分(FDTD)法和快速傅里叶变换(FFT)方法计算了二维正方格子光子晶体的点缺陷的谐振频率,研究了点缺陷的半径和背景材料折射率的变化对谐振频率的影响.研究结果表明,谐振归一化频率随点缺陷的半径或背景材料折射率增大而减小,当点缺陷半径增大到0.45r时,谐振中心归一化频率为0.336,波导微腔传输系数最大为9...     

应用于生物传感的光子晶体微腔设计

We have designed an air-bridged PhC microcavity with high sensitivity and a high quality factor.The structure parameters of the microcavity are optimized by three-dimensional finite-difference time-domain method. We compare the performance of a silicon-on-insulator PhC microcavity and an air-bridged PhC microcavity,and analyze the effect of the thickness of the slab and the radius of the defect hole on the performance of the air-bridged PhC microcavity.For a thinner slab and a larger defect hole,the sens...     

Padé近似在光子晶体模拟中的应用

为了节省时域有限差分(FDTD)法的计算时间,提出了许多将FDTD的时域结果转换到频域的方法.文中介绍了一种基于Baker算法的Pade近似,并展示了其在光子晶体模拟中的应用.对频率为160THz,品质因子为5000的简单谐振子,结果显示Padé近似用28时间步数据得到的强度谱比快速傅里叶变换用220时间步数据得到的强度谱更精确.采用这一Padé近似,光子晶体平板结构中不同波矢对应的模式频率和品质因子及其能带结构可以在很短的FDTD输出结果下得出.另外,Padé近似也用于计算光子晶体微腔的模式频率和品质因子.     

光子晶体缺陷腔品质因子的数值设计与优化

从品质因子的原始定义出发,得出了一种可编程的光子晶体缺陷腔品质因子的数值设计方案,基于三维时域有限差分法编写了该方案的计算软件,借助该模拟软件,计算了硅基二维四方晶体和三角晶体微腔的品质因子.结果表明,尽管四方晶体的带隙宽度比三角晶体窄,但能获得更高的品质因子,更有利于提高滤波分辨率和耦合效率.     

不同单元结构光子晶体的带隙分析

用时域有限差分法数值模拟了电磁波在二维光子晶体的传播,计算结果表明:填充率存在一个最佳值,使光子晶体带隙宽度最大,而带隙中心频率随填充率的增大而向低频移动;介质柱的横截面的形状是影响带隙的一个因素:填充率相同,横截面的形状不同,其带隙位置、宽度不同.     

二维光子晶体中的自准直研究

利用平面波展开法计算了二维三角晶格的光子晶体的色散关系,分析了第一条带的等频率线,利用时域有限差分法仿真显示了第一条带具有较好的自准直现象特性.在此基础上,设计了一种可以使得光在无缺陷光子晶体中改变传播方向的结构,并对此结构进行了实验仿真.     

渐变结构微谐振器光子晶体波导的优选设计

为获取高品质的单通帯波长信道,设计了三种类型的渐变结构微谐振器光子晶体波导,用FDTD方法研究了这些结构的功率传输谱,并采集功率谱通帯参数对比分析了其输出性能。随微谐振器中心柱半径的增大,每支波导输出端单通帯传输模式表现为从短波向长波三次规律的周期性变化。波导结构选择及其参数的优化有助于输出性能的改善,在开发更多单通帯波长信道上都具有潜在能力。结果表明,优化后的结构拥有高品质的单通带波长传输特性,如：规律性周期变化模式、利于信号增强设计、稳定传输性能、优良宽带适应能力。该类波导可根据所需波长灵活选择最佳类型结构设计,在密集型光通信系统,光路集成,紧凑型光传感接口等设计中具有应用价值。     

光子晶体波导传输特性研究

在完整二维光子晶体中引入线缺陷后,就形成了二维光子晶体波导。将时域有限差分方法(FDTD)用于光子晶体波导传输特性研究,计算了光子晶体波导的透射率频率分布,给出不同结构的光子晶体波导的光场分布及能流密度示意图。     

1维光子晶体微腔的光子局域特性分析

为了研究光子晶体的光局域特性,采用传输矩阵法计算了1维缺陷光子晶体微腔中缺陷模的局域场强分布,建立了相对局域化长度的概念,它表征光子局域程度的强弱,局域化长度越小,光子局域程度越强,反之亦然。结果表明,缺陷层两侧排列为高折射率介质层的结构局域光的能力比两侧为低折射率介质层的强;考察前一种结构,且满足共振布喇格散射条件或共振米散射条件范围时,相对局域化长度可获得较小值。     

1维光子晶体微腔的光子局域特性分析

为了研究光子晶体的光局域特性,采用传输矩阵法计算了1维缺陷光子晶体微腔中缺陷模的局域场强分布,建立了相对局域化长度的概念,它表征光子局域程度的强弱,局域化长度越小,光子局域程度越强,反之亦然.结果表明,缺陷层两侧排列为高折射率介质层的结构局域光的能力比两侧为低折射率介质层的强;考察前一种结构,且满足共振布喇格散射条件或共振米散射条件范围时,相对局域化长度可获得较小值.     

光子晶体光纤的能带结构计算

光子晶体光纤具有传输距离长、通信容量大以及可适用的激光波长多等优点,是光纤通信理想的传输介质。简要介绍了光子晶体光纤(PCF)的结构特征、研究光子晶体光纤的多种理论方法。并对时域有限差分方法给出了较详细的描述,得出了时域离散化的麦克斯韦旋度方程。基于上述理论方法,编制了计算机程序对六角晶格结构的光子晶体光纤的能带结构进行了计算,给出了六角晶格结构的光子晶体光纤的能带结构计算结果,与其他研究者报道的结果吻合。     

高效的光子晶体6-信道下载滤波器的设计

基于二维光子晶体波导与点缺陷微腔共振耦合原理,设计了一种利用共振微腔作为反射的6-信道下载滤波器.采用二维时域有限差分法对该结构器件的传输性能进行了模拟,结果表明该结构的滤波器能将主波导中的波分复用信号下载至与点缺陷频率共振的各分路波导中输出,信道波长间隔为20nm,传输谱中心波长误差小于±2nm,半宽度为3.4nm,具有良好的波长选择性.证实了加入共振反射微腔确实有效地提高了各个分路的下载效率,其效率在67%～98%之间.     

含色散增益介质光子晶体微腔的光学特性

为了理解光子晶体微腔的光学传输特性,探讨微腔的折射率对缺陷模放大特性和谐振频率的影响,采用时域有限差分法计算了含洛伦兹色散介质一维光子晶体微腔的透射谱,分析、比较了不同光子晶体微腔的透射谱。结果表明,微腔折射率的大小决定缺陷模的谐振频率,而介质色散特性将导致缺陷模频率的移动。另外,当通过复介电常数的虚部引入光学增益后,缺陷模在增益介质中被放大,其阈值特性和缺陷折射率的大小密切相关。模拟结果证明通过合理的选择微腔中介质折射率的大小,可以改善微腔的光学特性,降低激光器的阈值。