复周期结构光子晶体波长可调谐滤波器的研究

提出一种新型的光子晶体波长可调滤波器,其结构是以液晶作为缺陷物质,引入到由三种折射率不同的介质周期排列构成的一维光子晶体中去.运用传输矩阵法和液晶的琼斯矩阵得出了晶体的光谱透过率公式,综合分析了液晶的双折射性、液晶厚度、复周期光子晶体周期数及相邻介质厚度增量等参数对波长可调谐滤波器的滤波性能的影响.结果表明,所设计的光可调滤波器的中心波长可随缺陷层相邻介质厚度增量在1550 nm、1330nm等位置灵活可调,且具有30nm以上的调谐范围.     

对称型正负交替-维光子晶体超窄带滤波器

构造了（AB）N1（BA）心对称型正负折射率交替一维光子晶体,并利用传输矩阵法进行数值模拟,研究了这种正负折射率交替-维光子晶体的能带结构与各参数之间的关系。结果表明：当两种材料的光学厚度相同时,该结构光子晶体比传统的光子晶体的带隙大得多,且在主禁带内有极窄的透射带。并利用此透射带,设计了一种在红外波段1550nm窗口3dB带宽可以做到0．000001nm以下,窗口内透过率接近100％的超窄带滤波器。该结构的光子晶体可以用作超窄带滤波器,有望在光通信超密集波分复用系统中获得广泛应用。     

对称型正负交替一维光子晶体超窄带滤波器

构造了(AB)N1(BA)N2对称型正负折射率交替一维光子晶体,并利用传输矩阵法进行数值模拟,研究了这种正负折射率交替一维光子晶体的能带结构与各参数之间的关系.结果表明:当两种材料的光学厚度相同时,该结构光子晶体比传统的光子晶体的带隙大得多,且在主禁带内有极窄的透射带.并利用此透射带,设计了一种在红外波段1550nm窗口3dB带宽可以做到0.000001nm以下,窗口内透过率接近100%的超窄带滤波器.该结构的光子晶体可以用作超窄带滤波器,有望在光通信超密集波分复用系统中获得广泛应用.     

光子晶体绿光滤波器的研究

利用传输矩阵法设计了一种适用于绿光波段的光子晶体窄带滤波器,并研究了影响滤 波器特性的多种因素。结果表明:适当选取光子晶体结构参数,可将滤波器的中心波长移到绿光波段的532nm处,谱线线宽可达0. 0131nm。此外,随着光子晶体周期层数的增加,线宽进一步变窄;当缺陷层厚度减小时,滤波器的中心波长向短波段移动而谱线宽度几乎保持不变;当入射角增大时,滤波器的谱线宽度变窄但变化幅度不大且在小角度范围( 0～3°)内宽度几乎保持不变。这种绿光窄带滤光器有望在蓝绿光通信中得到应用。     

一种新型可调谐光子晶体滤波器的理论研究

建立了可调谐光子晶体滤波器的设计标准,作为设计的依据.通过数值计算和理论分析,得出了一维掺杂光子晶体的缺陷模随杂质光学厚度L和光子晶体折射率n2的变化特征.设计出的可调谐一维光子晶体滤波器在理论上能很好地满足设计标准,滤波通道的半高宽(FWHM)可调范围在1～4 nm间,波长λ可调范围达300 nm,透射率峰值大于0.95.     

一维准周期结构光子晶体的滤波特性

研究了按照Fibonacci序列排序的一维准周期结构的光子晶体滤波特性，由于这种结构的可调参数多，人们很容易得到在红外波段1550nm附近窄带滤波窗口，透过率可达到近99％以上，而窗口以外的透过率在0．01％以下，当调节周期数、分层厚度、两种介质的折射率及相对折射率这些参数，就会出现多波长滤波器，并设计了一种通道间隔为0．8nm的多通道波分复用滤波器，在光通信中将得到很好的应用。     

对称结构的一维三元光子晶体滤波特性的研究

构造了形如(AB)N1(BA)N2的具有对称结构的一维三元光子晶体,并利用光子晶体的传输矩阵法进行了数值计算.发现这种对称结构的光子晶体透射谱中主禁带内存在极窄的单透射峰,与在这种对称结构的光子晶体中引入一定尺寸范围的缺陷层有相似的效果,并分析了这种光子晶体主禁带内的透射峰位置λ,起始位置λ1和终止位置λ2随所取周期数Ni(i=1,2)、折射率nj(j=1,2,3)和厚度a、b、c的变化规律,得出在小范围内可以近似认为它们均成线性变化和N1=N2=7为理论最优化周期数的结论.利用这些性质在一束波长范围在2280～2396 nm的混合光中,用折射率n1为1.378、厚度a为159 nm的氟化镁,折射率n2为2.356、厚度b为200 nm.的硫化锌,以及折射率n3为4.100、厚度c为400 nm的碲化铅为光子晶体材料,通过调节参数变化,提取出了需要的波长为2351 nm的光,滤波效果很好.     

一种具有光放大功能的滤波器设计

设计了包含缺陷层和多层异质结构的混合结构的一维光子晶体,然后在光子晶体中加入泵浦源.用传输矩阵法研究了加入泵浦源前后光子晶体的透射谱,结果发现该混合结构的光子晶体具有非常宽周且平坦的禁带,且在此禁带内只有一条极窄的透射带,加入激励源后的透射带透射率远远大于1,并且透射带的透射率和位置都可以通过调节光子晶体的参数来改变.利用这些特性,设计了一种具有放大功能的宽禁带超窄单通滤波器,当激活系数取0.033 4时,在1000～2000 nm的禁带范围内只有在红外波段1550 nm处出现一条透射率为1.1×106,3 Db带宽为0.005 nm的透射窄带.     

两端镜像对称缺陷三元光子晶体的特性研究

运用光学传输矩阵理论,研究了两端镜像对称缺陷层一维三元光子晶体的光传输特性,并比较了一维三元光子晶体与一维二元光子晶体的禁带特性.数值模拟结果得出:一维三元光子晶体的禁带明显宽于二元光子晶体;且在三元光子晶体两端加相同缺陷层后,禁带展宽的同时出现了多个窄的透射峰.考察了影响透射峰的主要因素,缺陷层的折射率越大,透射峰越尖锐;缺陷层的光学厚度在500 nm到800 nm范围内,缺陷层的光学厚度越大,透射峰越尖锐,且向长波方向移动;光子晶体的周期数越大,透射峰越尖锐,且透射峰的个数增加.这种结构可用来实现多通道窄带滤波器,通过调节各个参数可得到所需要的波长以及通道数目的窄带滤波器.     

1550nm处空芯光子晶体光纤带隙结构的研究

文章利用全矢量平面波法分析了二维三角结构空芯光子晶体光纤平面内和平面外存在的光子带隙的结构图.重点分析了课题组拉制的空芯光子晶体光纤,计算出了存在光子带隙的波长范围,发现在1550nm的光纤通讯窗口也存在光子带隙.通过理论计算这种光纤,发现随着包层的空气填充率、包层与空气孔两介质的相对折射率差的增大,带隙宽度也将随之增大.最后,说明了如何制备宽带隙的光子晶体光纤.     

用于波分复用的光子晶体滤波器

本文从光子晶体的光子频率禁带特性出发，提出了用2个或以上的均匀周期结构光子晶体叠加在一起，形成叠层结构光子晶体，以获得窄带滤波特性的设想；利用光学传输矩阵法对这种结构进行了数值计算，结果证实了构思的正确性；设计了信道间隔为8nm的8信道波分复用（WDM）和信道间隔0.8nm的8信道密集波分复用（DWDM）光子晶体滤波器。     

一种新型多模干涉型光子晶体波分解复用器

基于二维光子晶体中多模干涉效应（MMI）设计了一种新型的三波长波分解复用器,该结构能有效分离1310/1500/1550nm三个波段的波长。并且,当我们改变该波分解复用器的相关结构参数时,该结构能拓展至其他波段。除此之外,该结构也能单独作为两波长波分解复用器对1310/1550nm实现分离。通过计算,该波分解复用结构三个波长的透射率均在91%以上。与此同时,借助于平面波展开法及时域有限差分法,我们对光波在该结构的传播效率及传播行为进行了计算及模拟。     

具有谐振腔的弯折光子晶体波导特性研究

为了研究基于光子晶体波导的高性能滤波器,采用调节谐振腔结构和优化耦合结构等方法,基于耦合模理论,在正方格光子晶体中设计了3种光子晶体弯折波导,并进行了理论分析和仿真验证,利用时域有限差分法取得了3种波导在S波段及C波段上的工作特性数据。结果表明,3种波导在不同波段表现出良好的带阻或带通特性,且其结构截止传输波长和通带传输波长随整体介质柱相对介电常数增加向长波方向移动,介电常数ε_r每增加0.3,截止传输波长和通带传输波长均增加6nm左右。这一结果对微型光传感器、微型光通信器件、集成光路等方面的设计都是有帮助的。     

Super Narrow Bandpass Filter Using Fractal Cantor Structures

In this paper, we present a new photonic crystal structure, which is composed of fractal Cantor multilayer with a defect embedded in its middle. Optical transmission matrix method is used to calculating the transmittance and reflectance. Compared with general Cantor multilayer, we find the new structure has wider stopband and shows a super narrow band in the middle of wider stopband. It can be served as a super narrow bandpass filter. The pass band obtained can be less than 0.6nm near the infrared 1530 nm. The optical transmission is the center wavelength is higher than 99 %. This means a very low insert loss. It is more superior to other kind narrow band filters. This kind of photonic crystal super narrow band optical filter may find applications in super dense wavelength division multiplexing for optical communications and precise optical measurement.     

Design of Narrowband Optical Filters Using Binary Number Sequence Photonic Crystals

A theory to design narrow band optical filters by using a new photonic crystal structure is presented. This new photonic crystal structure is composed of low index layers and high index layers arranged in mod. 4 up and down binary number sequence. The new structure exhibits narrow transmission peaks in the forbidden frequency gap region with high optical transmission (greater than 99.98%) at C.W.D.M. (Coarse Wavelength Division Multiplexing) center wavelengths. The proposed filters use only 8 layers. These new binary number sequence photonic crystal narrowband optical filters are much smaller in size, lower in cost and easier to fabricate as compared to narrowband photonic crystal optical filters based on defect Fractal Cantor multilayers, suggested recently by a group of researchers.     

用于DWDM的一类光子晶体滤波器

用转移矩阵法模拟计算了通过2组不同禁带的光子晶体级联构成的窄带滤波器的光学特性，设计了信道间隔为0．80nm和0．08nm的密集波分复用（DWDM）光子晶体滤波器。模拟结果表明，这种滤波器的透射特性几乎不受滤波器两边折射率的影响，既可生长在光纤的一端，也可植入光纤内部，还可直接在空气环境中使用，使滤波系统简单、轻便。     

Ultrawide-band single-mode transmission performance in a low-loss photonic crystal fiber

We describe the ultrawide-band single-mode transmission performance of a photonic crystal fiber (PCF) in the 850 to 1550 nm wavelength range. We confirmed that the fabricated PCF achieves a single-mode operation over the 850 to 1550 nm wavelength range by measuring the mode-field diameter (MFD) and modal delay characteristics. The 10-Gb/s-based wavelength-division multiplexing (WDM) signals with a total capacity of 190 Gb/s were successfully transmitted over a 5.2-km low-loss PCF utilizing the 850, 1310, and 1550 nm regions simultaneously. Our experimental results show that an endlessly single-mode PCF provides an ultrawide-band of more than 160 THz for future optical communication systems.     

Propagation property of electromagnetic waves in fractal Cantor photonic crystals

Two novel structures of fractal Cantor multilayer with defects are presented. The Optical transmission matrix method is used to calculate the transmittance and the reflectance. Compared with the general Cantor multilayer, these novel structures have wider stopbands and show super narrow bands in the middle of the wider stopbands, which can be used as super narrow bandpass filters. The pass band can be less than 0.6 nm near the infrared wavelength of 1530 nm when there is an embedded defect in the cantor multilayer. The optical transmission in the central wavelength is higher than 99 %, which means a very low insert loss. If there are three layers, three super narrow peaks can be found in the middle of the stopband. The central wavelengths are respectively 1232.4 nm, 1372.8 nm and 1538.3 nm. It is much better than other kinds of narrow band filters and it may be used in the optical communications.     

基于全息聚合物液晶光栅的动态增益均衡器的设计与模拟

介绍了聚合物分散液晶(PDLC)材料及体全息光栅的特性,提出了基于全息聚合物液晶(H-PDLC)电控光栅多极串联式动态增益均衡器的设计。根据光栅的衍射特性计算公式,对全息聚合物液晶光栅在中心波长为1550 nm的波长选择特性进行模拟,并且进一步利用遗传算法模拟实现全息聚合物液晶动态光强增益均衡器的功能。计算模拟表明,选择合适的全息聚合物液晶光栅参量,能够使光栅在1550 nm为中心波长的衍射谱线半宽度达到10 nm。同时,采用基于全息聚合物液晶的动态光强增益均衡器,能够使掺饵光纤放大器在1530~1560 nm内,其自发辐射谱的不平坦度从3.3 dB降到0.1 dBp-p(峰-峰值)。