基于Matlab的光子晶体波导仿真研究

本文首先介绍了光子晶体波导的原理，然后分析时域有限差分法微分方程及边界条件，最后运用matlab语言实现二维光子晶体波导的仿真。     

基于Matlab的光子晶体波导仿真研究

本文首先介绍了光子晶体波导的原理,然后分析时域有限差分法微分方程及边界条件,最后运用matlab语言实现二维光子晶体波导的仿真。     

光子晶体光纤模式折射率的分析

模式折射率是分析光子晶体光纤色散特性的一个基本参数,其快速而较准确的计算有助于对不同结构参数的分析比较,便于工程应用,但用时域有限差分法等数值方法分析传输特性通常需要较长的计算时间,为此,文中以六角形空气孔排列的光子晶体光纤为例,用时域有限差分法分析在不同的结构参数和传播常数的组合情况下的模式折射率,并利用分析所得数据,得到了模式折射率和结构参数、传播常数之间的拟合函数.利用所得拟合公式可得光子晶体光纤的模式折射率,并在通信和传感的应用场合下为PCF的设计提供一定的理论依据.     

基于FDTD二维光子晶体器件设计软件的开发

介绍了一个基于时域有限差分法（FDTD）的二维光子晶体器件设计软件PCCAD,所用的核心算法是时域有限差分法。与同类FDTD商业软件相比,特点在于其具有多种光子晶体结构编辑模板,多种点源、线源,先进的边界吸收技术及多种参数优化扫描等功能。快速傅里叶变换及Pade算法在软件设计中的应用使模拟更加精确、快速。软件适用于各种平面光子晶体的仿真设计,探索新的器件结构。最后,利用此软件设计了直波导、T型波导等二维平面光子晶体器件。     

二维光子晶体传输特性的时域精细积分法

本文研究了二维光子晶体的时域精细积分法,并对其精度、效率、以及稳定性进行分析.从麦克斯韦方程的微分形式出发,利用Yee元胞将空间微分算子近似为差分算子,结合边界条件及激励源的表达式得到一组关于时间的常微分方程.对时间进行精细划分,使用精细积分算法求解常微分方程组.结合通解与激励源的特解得到光子晶体两端的反射场及透射场分布,进而通过傅里叶变换求得二维光子晶体的传输特性.数值算例表明,本文方法具有准确、稳定、高效的特点.     

光子晶体研究的现状和发展

光子晶体是80年代末提出的新概念和新材料,是一门涉及光学、材料和器件方面正蓬勃发展的有前途的新学科。回顾光子晶体的历史,介绍光子晶体的相关概念、物理特性、相关应用等。从光子晶体的理论研究、实验研究和应用三个方面展开论述。     

向列相液晶缺陷光子晶体可调谐滤波器的研究

在一维光子晶体中引入向列相液晶作为缺陷层,用电场改变液晶分子的取向,形成光子晶体可调谐滤波器.用传输矩阵法研究了液晶缺陷光子晶体的可调谐滤波特性,模拟计算了电压和液晶材料参数对滤波器透射谱的影响.结果表明,改变电压能容易改变光子晶体滤波器透射峰的位置、强度、个数和带宽,表现出很好的调谐滤波功能.     

光子晶体并行Matlab仿真研究与实现

由于Madab软件的网络通信局限,使得在并行时域有限差分(FDTD)计算仿真中,难以实现子域间的消息发送与接收操作.针对这个问题,提出一种新的基于磁盘-内存互逆映射的解决方法,在简化并行FDTD算法实现的同时,显著提高了算法执行性能.作为算法实现的应用,对光子晶体光波导的电磁耦合效应进行了数值仿真研究,结果证实:波导耦合区域内不同半径比介质柱所导致的结构变化将造成耦合长度的改变,且其耦合关系曲线具有平稳区与迅变区两类不同特性的变化范围区间.     

光子晶体压力传感器研究

介绍了一种新型光子晶体压力传感器,利用压力使光子晶体带隙的变化特性制作压力传感器,提出了通过测量透射光的变化来测量压力的检测方法。结果表明:传感器的测量范围和灵敏度与构成光子晶体的材料特性有关,材料弹性模量小时,灵敏度高;2种材料的弹性模量和泊松比相差大时,测量范围小。该传感器体积小、重量轻。     

一种新型光子晶体基底太赫兹天线设计

设计了一种新型光子晶体基底太赫兹天线,该天线采用光子晶体基板结构可以有效抑制表面波效应,增强向自由空间辐射的方向性,从而提高天线增益。使用Ansoft HFSS 13.0构建太赫兹光子晶体天线的物理模型并进行仿真,该天线工作频率为212 GHz,最大增益约为6.5 d B,并且具有小型化的特点。     

Focusing properties of two types of diffractive photonic crystal lens

We designed novel two type of binary 2D subwavelength (wavelength was λ= 10 mm) focus diffractive photonic crystal lens and calculated the diffraction of plane TE-wave by use FDTD-method (our program in C++). It has been shown that diffractive photonic crystal lens designs have not an unique solution. It has been also shown the diffractive lens with equal holes in Fresnel zones has better focusing characteristics. Lens diameter was 5 times more than her width and full width half maximum diameter of focal spot was 0.48λ.     

Anomalous transport of light in photonic crystal

Photonic crystal （PC） offers a powerful means to mold the flow of light and manipulate light- matter interaction at subwavelength scale. In this paper, we review some recent theoretical and experimental work in our group on design and fabrication of microwave and infrared PC structures with the capability to achieve various anomalous transport behaviors of light. We discuss several microwave 2D PC and quasi-crystal structures that exhibit nearly isotropic equi-frequency surface （EFS） contours with effective refractive index equal to -1. In these structures, we can observe negative refraction induced focusing of microwave against a fiat slab lens in non-neax field regions. In comparison, if PC structures have anisotropic EFS contours in the lowest photonic band, only near-field focusing is expected. We move forward to high frequency infrared band and exploreremarkable dispersion properties of silicon 2D PC slab to achieve broad-band negative refraction and self-collimation transport of infrared light beam. We also explore the possibility to realize negative refraction and flat-lens focusing of light in 3D PC made from inverse opal. These studies show that PCs can offer a powerful route to manipulate various anomalous transport of light via photonic band gap and band structure engineering, which can be harnessed to build a wide variety of integrated optical devices for large-scale optical integration.     

Terahertz switch and polarization controller based on photonic crystal fiber

Theoretical studies on liquid crystal filled photonic crystal fiber(LC-PCF)are presented.The eects of electric birefringence of liquid crystal(LC)in the LC-PCF and the transmitting properties of photonic crystal fiber(PCF)are investigated by using the full vector plane wave expansion and beam propagation method.The simulation results show that the electrically controlled LC-PCF can act as not only a terahertz(THz)switch with about 0.55 THz bandwidth,but also a tunable polarization controller for changing the polarization state of the fundamental mode.     

Photo‐aligned photonic ferroelectric liquid crystal fibers

Preliminary studies of photonic crystal fibers (PCFs) partially infiltrated with photo‐aligned ferroelectric liquid crystals (FLCs) under the influence of external electric field are reported. The proper alignment of the FLC molecules is achieved by generating a photo‐aligning layer on the inner side of the PCF microcavities. The sulfonic azo dye, which is used as an alignment layer, offers a variable anchoring energy depending on the irradiation energy, and thus, a good control on the FLC alignment inside microchannels is possible. Moreover, a state of polarization of the light being guided inside the PCF infiltrated selectively with FLC changes under the influence of external electric field.     

光子晶体的研究及其在传感器中的应用

光子晶体是指具有光子带隙(PBG)特性的人造周期性电介质结构,有时也称为PBG光子晶体结构。按照光子晶体的光子禁带在空间中所存在的维数,可以将其分为一维光子晶体、二维光子晶体和三维光子晶体。光子晶体传感器应用包括应变传感器、温度传感器、化学传感器、光子晶体光纤传感器、长周期光纤光栅(LPFG)生物传感器、LPFG化学传感器等。本文从光子晶体传感器的概述、研究现状和应用几方面对光子晶体传感器的应用进展进行了综述,希望对光子晶体传感器有一个比较全面的了解。     

基于光子晶体光纤的血糖监测系统研究

介绍了以光子晶体光纤为核心,结合光电微损法血糖监测技术,设计了新型的血糖监测系统。根据血样中不同血糖含量对光吸收不同的原理,利用MSP430对光进行控制,通过三探头光纤束传感器传输,照射到被测血样,调制后,带有血糖信息的反射光由光电转换放大,输入MSP430,经A／D转换后计算出血糖含量。系统具有操作简便、功耗小等特点。     

基于光子晶体光纤传感器的瓦斯监测系统

空芯带隙型光子晶体光纤以其独特的结构和导光机制,具有其它普通光纤无法比拟的优势,这种光纤传感器在气体检测方面灵敏度更高。设计了以这种传感器为检测元件,基于Zig Bee的无线传感器网络的瓦斯监测系统,实验测试结果与样本值比较表明:相对误差在10%以内,基本达到了实时在线监测瓦斯的目的。