光子晶体及二维光子晶体波导

光子晶体是一种新兴的光学材料,其各种优异的光学特性可以用来制作所需要的光子晶体器件,。本文介绍了一维、二维、三维光子晶体的结构、特性及其主要的理论研究方法、实验制备方法,并着重阐述了二维光子晶体波导的特性及其制备方法及国内外研究进展。     

基于光子晶体波导的折射率传感器的灵敏度优化设计

通过研究波导两侧缺陷处的折射率对二维光子晶体波导透射光谱的影响,提出一种提高折射率传感器灵敏度的方案。计算结果表明光子透射带上边沿的偏移量与传感区折射率的大小存在一定关系,在相同的折射率变化量下通过改变波导两侧缺陷处圆孔的相关几何参数可极大提高光子透射带上边沿的偏移量,即提高折射率传感器的灵敏度。通过优化设计,传感器的灵敏度由折射率变化区间0.0~1.0的55 nm/RIU(RIU表示折射率单元)与1.1~2.0的36 nm/RIU分别提高到对应的405 nm/RIU以及222 nm/RIU。     

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.     

含负折射率材料的一维光子晶体掺杂后的滤波特性

利用转移矩阵法,研究了含负折射率材料的一维光子晶体掺杂后的滤波性质。结果表明,这种结构可以同时实现窄带滤波和大范围宽带滤波的双重功能,宽带滤波的频率范围可以通过改变材料的折射率进行调节。研究还发现,结构的透射谱对入射角的变化很敏感,入射角增大时,通带向高频区移动;当负折射率材料具有色散时,宽通带的高度降低。     

左手渐变折射率材料光子晶体的色散研究

利用半解析法和矩量法相结合的数值方法,对含有一维左手渐变折射率材料光子晶体矩形波导的色散特性进行分析.定量地分析了周期结构的重复次数、渐变折射率分布函数类型(常数型、线性型及抛物线型)、及分布函数系数等因素的改变对于色散特性的影响.结果 表明,含有一维左手渐变折射率材料光子晶体的矩形波导可以实现完整的带隙特性,而避免了...     

高折射率材料填充的光子晶体光纤传输谱分析

利用有限差分法,研究了一种在包层小孔中填充可变折射率材料的新型光子晶体光纤的传输特性,并讨论了其在传感器设计方面的应用前景.分别模拟了包层孔为单圈、两圈、三圈结构下的光纤传输谱,在两圈孔的情况下,找到了合适的工作波长区间,并发现该工作区间的位置对于填充材料的折射率表现得很敏感,且呈近似线性关系.该折射率在1.48～1.8区间内每变化0.01,导波区间位置平均移动24 nm.结论表明,与传统的光波导折射率传感器相比,这种新型光子晶体光纤折射率传感器具有测量范围较大,灵敏度较高的优点.     

含负折射率材料的光子晶体异质结构的能带

构造了(AnBm)s型正负折射率材料交替生成的一维异质结构光子晶体.由于传输矩阵法具有方法简单、计算量低和精确度好等优点,本文利用传输矩阵法来研究电磁波在这种结构中的传输特性.由透射谱可以看出,该结构的光子晶体具有宽窄不同的通带,且整个能带结构不敏感于周期数的变化,而敏感于晶格厚度和入射角的改变:随着晶格厚度的减小,禁带逐渐变宽,在原来的通带区逐渐形成多个禁带,通带区震荡的剧烈程度逐渐减弱;随着入射角的增加,在原来的通带区也会逐渐出现多个禁带,其中在低频区逐渐出现的禁带都比较窄,而在高频区则逐渐出现一个很宽的禁带,并且这个禁带随着入射角的增加而变宽,同时透射峰随入射角的增加而逐渐向低频移动.由此可以看出,这种光子晶体可以同时实现窄带滤波和宽带滤波的双重滤波功能.     

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。     

光子晶体光波导传输特性研究

用全空间的矢量波散射理论 ,研究了有限长二维光子晶体直波导的传输特性 ,计算了传输效率与波导长度的关系 ,并研究了蝶形光波导的耦合问题     

含负折射率材料一维掺杂光子晶体的缺陷模特性研究

采用光学传输矩阵给出了含负折射率材料一维掺杂光子晶体的特征矩阵,研究了缺陷模的相关特性,经数值模拟计算得出：改变负折射率的大小、杂质的吸收系数和厚度,缺陷模的中心频率位置不变,缺陷模透射率随负折射率的减小而降低,透射谱的频率宽度也逐渐减小,同时缺陷模的半高宽度随消光系数和杂质厚度增大而增宽。光子晶体的这些特性将为光的传输控制、全反射镜和滤波器的设计等提供理论依据。     

含负折射率材料一维三元光子晶体的特性研究

运用光学传输矩阵理论，研究了含负折射率材料一维三元光子晶体的禁带特性和局域模特性，发现了一种新型全方位光子带隙。与传统的Bragg带隙相比，这种新型全方位光子带隙的中心频率和带宽对入射角的变化不敏感。引入缺陷后，全方位光子带隙中出现缺陷模，它的位置对入射角不敏感，而且当各层介质厚度做一定比例的缩放时也几乎保持不变。     

SOI基光子晶体光波导

光子晶体光波导由于其优越的光子局域化性能,因此可以实现任意的弯曲,从而大大减小了集成光路的体积.特别是以SOI材料为基础的光子晶体光波导以其小型化、低损耗的优势而备受人们的关注.介绍了几种类型的SOI基光子晶体光波导,并探索了其潜在的应用前景.     

颗粒膜电介质光子晶体低频折射率问题分析

应用颗粒膜电介质晶体在低频极限下的准静态折射率和静态折射率的关系,分析和计算了光子晶体低频折射率,结果表明：由于低频电磁波诱导的涡流（或极化电流）,使非磁性光子晶体显现反磁性共振,这个共振依赖于周期性颗粒的半径和趋肤深度之间的关系。即,如果趋肤深度远远小于周期性颗粒的半径,包含物内部电磁场被屏蔽,使每一种包含物的行为像理想反磁性体。对于平行颗粒膜平面的（H偏振）电磁波,光子晶体的反磁性磁导率总体上是随填充数的增加而线性的减少;相反的,当趋肤层大于半径,则反磁性体共振可以忽略。周期性颗粒的磁化引起静态和准静态折射率的结论,解释了非对易限制的问题。     

光子晶体光纤的矢量有效折射率分析方法

由于具有复杂的折射率分布，光子晶体光纤一般需要采用数值方法进行研究。有效折射率方法最早用来研究光子晶体光纤的模式特征及其色散特性，但是一般采用标量近似的方法。建立了研究光子晶体光纤的矢量有效折射率方法，并用于计算光子晶体光纤的色散常数。类比于阶跃型折射率光纤，只需将电磁场所满足的相应的贝塞尔函数代入阶跃型折射率光纤所满足的矢量特征方程即可求解光子晶体光纤包层的有效折射率。采用矢量有效折射率方法的计算结果与基于有限元方法求解的数值结果和测量结果吻合得更好。     

空气孔型光子晶体带隙及波导耦合特性研究

为了研究2维三角晶格空气孔型光子晶体TE模和TM模偏振的禁带宽度与介质柱半径的变化关系,采用平面波展开法数值计算和分析了空气孔型光子晶体的带隙分布及波导耦合特性。结果表明,光子禁带的宽度会随着介质柱半径的大小而变化,束缚在光子晶体中的光波可以在波导和谐振腔中高效率地传输,达到选择输出光波的目的。这种特性在光学集成电路中具有重要而潜在的应用价值。     

光子晶体光纤的波导机制

光子晶体光纤 ( PCF)是一种细的硅玻璃光纤 ,这种光纤在整个长度上有规划的微空气孔列阵。对某些几何结构 ,PCF呈现出一光子带隙结构。在带隙中光传播是禁止的 ,辐射模构成导带。最普通的 PCF由一矩形二维空气孔网格组成 ,该空气孔网格没有中心空气孔。在这种结构中 ,波导模的色散关系似乎是半无穷的禁戒带 ,其下限由能在该周期结构中传播的最低级布洛赫模所决定。因为该下限决定了比芯部折射率要低的有效包层折射率 ,某些作者把这非内部带波导看作是由全内反射产生。另一方面 ,波导也可能是蜂窝状 PCF结构 ,在这种结构中 ,网络外的空…     

光子晶体波导慢光技术

介绍了光子晶体波导中慢光产生的基本原理,指出目前慢光传输的主要测量手段及热点研究问题,对三种常见的光子晶体波导优化结构进行了简单介绍.     

能把光子约束在晶体中的折变晶体材料

日本京都大学研究人员已证明，能对光进行三维约束的一种结构──光子晶体可用普通工艺技术制造。以前，这种结构只适用于微米到毫米波长范围，但研究人员用他们的新方法已制作了对10um辐射工作的稳定器件。不需要用新技术就能制作适用于更短通讯波长的类似器件。这种器件由于能抑制光在其结构中的传播而防止了自发发射和不希望方向的能量泄漏。它们的应用有可能导致零阈值半导体激光器的产生。有很多方法可进行光约束，以致仅在一个方向即腔镜和量子点方向振荡，两者均能提供约束。光子晶体利用折射率的周期性变化产生三维约束，这不太像法…     

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。     

光子晶体波导可调光衰减器

提出一种直接用光子晶体(PC)波导实现的新型可调光衰减器(VOA)。基于填充液晶的光子晶体方向带隙的可调节性,通过调节液晶指向矢的旋转角实现对光子晶体波导衰减量进行控制。采用时域有限差分法(FDTD)对其原理和结构参量进行了分析。数值模拟结果表明,随着液晶旋转角从0°～90°改变,填充液晶的光子晶体波导可以实现光通量在0.5～25.4dB的动态衰减,它插入到普通光子晶体波导之间的额外损耗只有0.2dB,尺寸仅为微米量级。