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.     

基于FDTD方法的光子晶体光纤色散特性分析

基于电磁场时域有限差分法(FDTD)计算光子晶体光纤(PCF)的方法, 分析了运用该方法时需要注意的一些问题, 特别是关于晶格位置、晶格上各个电磁场分量的分布以及完全匹配层(PML)中在边界处的电磁场的处理。以此为理论依据分析了一种纯石英材料双层芯PCF, 对这种光纤的传输特性进行了详细的数值模拟。通过调整光纤的结构参数, 设计出大负色散值的宽带色散补偿光子晶体光纤(DCPCF)。数值模拟结果显示在1530～1565 nm波长范围内其色散值在-400和-600 ps/(km·nm)之间变化, 达到了具有相同有效模面积的普通色散补偿光纤(DCF)的5倍。在整个C波段可以有效补偿长度25倍以上的标准单模光纤(SMF), 其色散剩余量在±1.0 ps/nm·km以内。该种结构的PCF对于制作高增益和宽带色散补偿于一体的集中式光纤放大器具有十分重要的意义。     

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.     

双芯光子晶体光纤的色散特性研究

文中利用FDTD方法模拟了光波在双芯光子晶体光纤中的色散特性。给出了FDTD方法的理论基础和仿真结果,同时分析了色散特性与占空比的关系,在相同的空气孔间距条件下,占空比越大,反常色散峰值越大,峰值色散点往短波区域移动。     

一维光子带隙光子晶体激光腔的特性分析

利用平面波展开法与时域有限差分法分析计算了一维光子带隙光子晶体腔的特性。得到了品质因子Q为2.2×106,模体积V为0.278(λ/n)3的一维带隙光子晶体腔。分析了渐变区、腔镜子区及缺陷区对腔品质因子Q和模式体积V的影响。引入渐变区、选择适量周期数及一定缺陷区长度都可以提高腔性能。该结论为设计优化一维光子带隙光子晶体腔提供了有效的理论分析依据与指导。     

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...     

2维混合介质柱光子晶体传输特性的研究

为了研究晶体结构对电磁波传输特性的影响,提出了一种空气平板层和圆形复合介质柱混合组成的新型2维混合介质柱光子晶体结构。采用时域有限差分法对其进行了数值模拟和计算,研究了改变混合介质柱的形状和结构参量对晶体透射特性的影响。结果表明,该结构可以基本保留组合前光子晶体的主带隙,并且在新的频段产生新的禁带;在混合结构中将复合介质柱换为简单介质柱没有新的禁带产生。通过改变相关参量发现,增加介质平板的宽度,这增大内嵌介质柱的半径都有利于新禁带的产生。2维混合介质柱光子晶体比单一介质柱光子晶体有更多的可调因素,这为相关光子晶体器件的设计提供了理论依据。     

含随机介质的光子晶体波导特性

提出了一种光子晶体波导与随机介质相结合的特殊型波导的设计方法。基于光子晶体波导模型,建立了ZnO随机介质作为线缺陷的光子晶体波导模型,采用时域有限差分(FDTD)法分析了ZnO随机介质的加入对光子晶体波导系统的频率特性、时域特性及增益特性的影响,并且与纯随机介质系统和含有线缺陷的光子晶体波导系统进行对比。分析结果表明,当在光子晶体波导的缺陷层引入ZnO随机介质时,随机介质使得光在缺陷处振荡并得到放大,局域化程度比纯随机介质系统和纯光子晶体波导系统更高;且光与随机介质的相互作用使得光在波导中时间延长,激光阈值降低。这种光子晶体波导可用于制备可嵌入到集成光路领域和低阈值的微型激光器。     

2维混合介质柱光子晶体传输特性的研究

为了研究晶体结构对电磁波传输特性的影响,提出了一种空气平板层和圆形复合介质柱混合组成的新型2维混合介质柱光子晶体结构.采用时域有限差分法对其进行了数值模拟和计算,研究了改变混合介质柱的形状和结构参量对晶体透射特性的影响.结果表明,该结构可以基本保留组合前光子晶体的主带隙,并且在新的频段产生新的禁带;在混合结构中将复合介质柱换为简单介质柱没有新的禁带产生.通过改变相关参量发现,增加介质平板的宽度,这增大内嵌介质柱的半径都有利于新禁带的产生.2维混合介质柱光子晶体比单一介质柱光子晶体有更多的可调因素,这为相关光子晶体器件的设计提供了理论依据.     

一种光子晶体开放腔的特性研究

为了研究光子晶体开放腔特性,采用平面波展开法和时域有限差分法对顶角为30°楔角的光子晶体和空气槽交替组成的新型光子晶体开放腔进行了研究.研究发现,这种结构的光子晶体开放腔在两个归一化频率范围(0.3006～0.35,0.6755～0.6851)内具有负折射特性,并且在负折射频率范围内可形成一个零光程的闭合回路;光子晶体...     

一维多层介质光子晶体的禁带特征及其在滤波中的应用

利用光学传输矩阵法,研究了一维多层介质光子晶体的禁带特征.分析讨论了介质层排列、折射率及几何厚度等因素对光子晶体禁带的影响,进一步数值计算研究表明四层介质以上的光子晶体会因介质层排列顺序不同而产生不同的光子禁带,利用这一特点设计了一种新型的光子晶体滤波器,并研究了其窄带滤波特性.     

新型光子晶体四通道滤波器研究与设计

基于光子晶体环形腔缺陷与线缺陷波导之间的共振耦合原理,设计了 一种由新型环形腔和主波导组成的四通道二维三角晶格光子晶体滤波器.运用平面波展开法和时域有限差分法分析了光波在整合结构中的传输特性,并进一步讨论环形滤波器内的内部介质柱半径大小对滤波器传输特性的影响.结果表明:新改进环形的滤波器传输效率达到80％左右.通过实验...     

含单负材料一维光子晶体的偏振特性

利用传输矩阵法,讨论了由单负材料组成的光子晶体的偏振特性.结果表明:垂直入射时,TE模和TM模的透射谱完全相同.当入射角θ增加时,两模的透射谱均向短波方向移动,禁带的宽度增加,且TE模的变化大于TM模的.入射角越大,变化越明显.光子晶体的周期数N增加时,准禁带底部逐步降低,宽度稍有变窄,禁带的位置和宽度均保持不变.但位...     

光子晶体线缺陷构成的波导中光的传输

对由光子晶体线缺陷构成三种形式的光波导,用有限差分法研究光波在其中的传播规 律,发现不同形状的波导能够导引不同频率的光波。低频光波易从直波导传输,而折线型波导频谱通带较窄,低频光波不能通过。研究结果为光子器件的设计提供了理论依据。     

光子晶体与光子晶体有源器件

光子晶体由于其优越特性而有极好的应用前景,不仅可使光通信领域产生新的变革,同时将对光电子领域及其他相关产业产生巨大的影响,并越来越受到广泛关注。本文介绍了光子晶体及根据其原理开发的光子晶体有源器件。     

渐变空气孔光子晶体光纤色散特性分析

设计了一种渐变空气孔光子晶体光纤,利用带良性匹配层的时域有限差分法分析其色散特性,得到色散随结构参数的变化关系.仿真结果表明,优化结构参数可使光子晶体光纤在特定波长范围内保持近零超平坦色散特性,因而该种光纤可用于波分复用系统中.同时表明,时域有限差分法可有效应用于分析具有特定色散特性的光子晶体光纤.     

带有环形谐振器的T形光子晶体滤波器

提出了一种带有环形谐振器的T形光子晶体滤波器,利用时域有限差分法研究了滤波器传输特性,分析了光子晶体结构参数对其传输特性影响。结果表明：该结构具有可调性开关波长、传输率高及频带宽的特点,在光子晶体集成制作、光通信器件制作等方面具有潜在的应用价值。     

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。     

掩埋光子晶体加强LED出光效率的理论研究

作者采用有限时域差分法计算研究了掩埋光子晶体对发光二极管的出光功率的加强作用。作者计算比较了不同掩埋光子晶体的晶格种类、多层掩埋光子晶体、掩埋光子晶体与发光层的不同距离的发光二极管的正面光输出功率。计算表明掩埋一维光子晶体可发挥与掩埋二维光子晶体相同的作用。同时,作者提出了一种多层掩埋光子晶体结构可以进一步提高加强发光二极管的正面光输出。而同时使用表面光子晶体和掩埋光子晶体的结构使正面光输出达到一般发光二极管的五倍。     

Theoretical analysis of enhanced light output from a GaN light emitting diode with an embedded photonic crystal

The enhancement of the light output of an embedded photonic crystal light emitting diode is investigated based on the finite-difference time-domain modeling.The embedded photonic crystal(PC) lattice type,multi-layer embedded PC,distance between the multiple quantum well and the embedded PC are studied.It is found that the embedded one dimensional PC can act as well as embedded two dimensional PCs.The emitted light flux in the up direction can be increased by a new kind of multi-layer embedded PC.Also,we ...