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。     

多重散射理论对光子晶体量子阱结构光子共振透射的研究

用球面波展开的多重散射理论计算了光子量子阱的透射系数.光子量子阱由两层光子势垒之间夹置一层均匀介质构成,由于光子带隙的失配,类似于电子量子阱,形成所谓光子量子阱.对透射峰位置的计算结果表明某些光子态以量子化的形式存在,满足量子化频率关系.同时证明有限高的光子势垒在不同光子能级中起到不同的限制作用.共振峰的位置和数量可通过改变阱宽而实现人工调控,通过适当选择阱和垒的参数能够实现高质量的多通道滤波.对光子晶体耦合双量子阱的计算表明,当阱间的垒宽度增加时,两个模式的耦合减弱,模式分裂的间距减小.     

介质折射率对光子晶体量子阱滤波性能的调制

为设计高品质的光学滤波器件,利用传输矩阵法理论,通过数值计算模拟的方法,研究垒、阱层介质折射率对光量子阱滤波带宽的调制机制,结果表明,光量子阱滤波带宽对垒、阱层介质折射率的响应相当灵敏:垒层高折射率介质的折射率越大,光量子阱的滤波带宽越窄;垒、阱层介质的折射率和的比值越大,光量子阱的滤波带宽越窄。光量子阱滤波带宽对介质折射率的响应机制,为提高光子晶体光学滤波器件的品质、性能提供方法依据,同时对光量子阱的理论研究也具有积极的指导意义。     

光子晶体多量子阱中的谱线分裂

用时域有限差分法研究了一维光子晶体多量子阱中的谱线分裂现象,揭示了光子隧穿多量子阱时谱线分裂的规律性.研究发现,谱线分裂是阱间相互耦合的结果,其特征不仅取决于势阱的个数,而且与垒区和阱区的几何参量密切相关.计算结果表明,对称多量子阱结构中,光子隧穿p个势阱时,单阱对应的每条透射谱线会分裂为p条,各分裂谱线互不交叠.这样在有限的禁带区域可以成倍增加光子束缚态,使信道密度最大化,光波有效带宽的使用最优化,有望在光通信超密集波分复用和光学精密测量中获得广泛应用.     

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。     

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。     

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。     

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。     

激活性杂质对光子晶体量子阱滤波器特性的调制

通过数值计算模拟的方法,研究激活性杂质对双重势垒光量子阱滤波器特性的调制。结果表明:无论在外垒层、内垒层还是阱层介质中掺入激活性杂质,光量子阱滤波器各通道均出现光增益放大和带宽变窄现象,而且存在不同光增益极大值和恒定带宽极小值现象。增益倍数和带宽对内垒层掺杂的响应相对外垒层的灵敏,而对多层介质掺杂的响应则比单介质层掺杂的灵敏,但不同的通道对掺杂的响应灵敏度不同。阱层掺入激活杂质时,阱中心通道对各介质层掺杂的响应灵敏度一样,但短波通道对多层介质掺杂响应比单层介质掺杂灵敏,而长波通道则相反;无论是外垒层、内垒层或阱层,对激活掺杂响应均存在相等的极限值。双重势垒光量子阱滤波器对激活性杂质的响应特性为光子晶体设计窄带宽、高品质的光学滤波和高倍数的光学放大器件提供了指导。     

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     

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。     

实现多通道光滤波与放大功能的光子晶体量子阱

为设计高效光滤波、光放大、光衰减和光开关等新型量子光学器件,用传输矩阵法理论研究了一维光子晶体（AB）m（AABAABAABAA）n（BA）m的光传输特性,结果发现:在实介电常量或复介电常量情况下,光子晶体均构成光量子阱结构,并呈现明显的量子化效应,实介电和复介电常量量子阱的透射谱结构与特点相同,透射峰数目和频率位置均与周期数n 密切相关;当折射率nB为含负虚部的复介电常量时,光量子阱的共振透射峰出现不同程度的透射增益、放大现象,增益倍数最高达103 数量级,同时共振透射峰频率处出现很强的受激辐射,辐射极强达到104数量级;当n3 时,随n的增加量子阱透射增益倍数呈现下降趋势,共振透射峰频率处的受激辐射也随之下降;当nB为含正虚部的复介电常量时,共振透射峰则出现明显地透射衰减现象。这些特性为实验制备工作提供理论依据和指导。     

镜像对称结构一维光量子阱的光传输特性

用传输矩阵法研究对称结构一维光量子阱 （AB）m（ABCBA）n（BA）m的光传输特性,结果发现：随n的增加,光量子阱（AB）5（ABCBA）n（BA）5的透射谱出现（2n-1）条共振透射峰,量子化效应明显;量子阱内部出现很强的局域电场：当n=1时,光量子阱（AB）m（ABCBA）1（BA）m内部局域电场强度随着m增加而增强,而当m=5时,光量子阱（AB）5（ABCBA）n（BA）5内部局域电场强度不随n的变化而改变,但局域范围扩大。这些光学传输特性,为光子晶体设计新型光学器件提供指导。     

Dependence of transmission spectra on director orientation in the photonic crystal with a liquid crystal layer

The transmission spectra of one-dimensional(1D) photonic crystals(PCs) with parallel and twisted nematic liquid crystals(LCs) as defect layers are discussed by 4 × 4 matrix method,respectively.The results show that the photonic band gap(PBG) mainly depends on the periodic arrays of dielectric composites.The orientation of director and the symmetry of the director configuration have important influence on the location and amplitude of defect modes.The location and amplitude of defect modes can be controlled conveniently by changing the orientation of director.The symmetry of the director configuration can help us understand the defect modes spectra.     

奇异光子晶格中空间光孤子形成和传输特性的研究

基于光致折变介质中光子晶格作用下光孤子的基本理论模型,采用分部傅里叶算法,研究了二维光子晶格调控下空间孤子的形成及其传输特性。结果表明,在厄米特-高斯光子晶格中,晶格阶数、调制强度、深度显著地影响了空间孤子的形状及其稳定性。本文的结果对空间孤子实验研究具有重要的指导意义。     

光子晶体结构对量子阱红外探测器光吸收增强效应的研究

针对量子阱红外探测器(QWIP)光吸收效率较低 的问题,研究了基于光子晶体的耦合结构对 QWIP光吸收效率的增强效应。通过建立吸收效率计算模型并使用有限元方法,研究了光子晶 体结构中谐 振模式的光场分布,以及光子晶体结构参数对QWIP吸收效率的影响规律。通过综合优化,利 用光子晶体的谐振增强效应,理论上可以获得约88%的QWIP光吸收效 率。