四元异质结构光子晶体的双通道光学滤波特性

为了设计高品质的光学滤波器,采用传输矩阵法研究四元异质结构光子晶体（ABC）7D（CBA）7的双通道光学滤波特性。结果表明,随着A（或C）介质薄膜光学厚度D_A（或D_C）的增大,滤波器短波通道的滤波品质因子降低,长波通道的滤波品质因子升高;随着B介质薄膜光学厚度D_B增大,滤波器短波通道和长波通道的滤波品质因子均下降;随着D介质薄膜光学厚度D_D增大,滤波器短波通道的滤波品质因子升高,而长波通道的滤波品质因子降低;随着各薄膜介质层光学厚度增大,滤波器双通道均向长波方向红移,但各滤波通道的光透射率均保持100%不变。该研究结果可为光子晶体设计新型光学滤波器件、光学开关等提供参考。     

复周期光子晶体的理想多通道滤波特性

利用光学传输矩阵法，引入理想因子，研究了3单元复周期结构光子晶体存在理想多通道滤波特性的参数条件。研究发现，其它参数固定时，晶体的高低折射率介质光学厚度比值离1越远，则多通道滤波特性越理想；波的入射角越大，则多通道滤波特性越理想；在适当的参数条件下，可以获得非常理想的多通道滤波特性，对应的理想因子值在10^-4以下。     

四元镜像对称结构光子晶体的光学滤波特性

通过传输矩阵法理论,研究四元镜像对称结构光子晶体(BCD)7A(DCB)7的光传输特性,结果表明,光子晶体可实现双通道窄带光学滤波功能,而且两通道的光学滤波特性对各薄膜介质层的物理厚度响应很灵敏,但响应机制不尽相同。对于短波滤波通道,滤波品质因子Q随B、C、D介质层物理厚度dB、dC和dD的增大而下降,其中Q随dC增大下降速度最快,随dD增大下降速度次之,随dB增大下降速度最慢,但滤波品质因子Q随A介质层物理厚度dA增大而快速提高。对于长波滤波通道,滤波品质因子Q随B、D介质层物理厚度dB、dD的增大而快速提高,其中Q随dD增大提高速度最快,随dB增大提高速度次之,但滤波品质因子Q随C、A介质层物理厚度dC、dA增大而下降。此外,随着各介质层物理厚度的增加,双滤波通道都产生了红移现象,但是滤波通道的透射率保持100%不变。该研究结果可以为设计和制造高品质的光学滤波器件提供参考。     

一维反铁磁光子晶体多缺陷的多通道滤波

利用传输矩阵方法研究了形如(AB)4(AAB)nCm(BAA)n(AB)4的一维反铁磁光子晶体的透射谱.数值计算结果表明,反铁磁材料只在共振频率附近区间内对透射谱的影响较大,会出现窄带隙,并会减弱两侧透射峰的强度,而其它区间内的透射谱与普通光子晶体基本相同.此外,在一定的波长范围内,随着各个参数的变化,在该光子晶体的禁带区内可分别获得一个或多个很窄的透过峰.该性质可被用来设计多通道窄带滤波器,即通过调节各个参数就能得到实现所需波长及通道数目的窄带滤波器.     

三维光子晶体中的缺陷研究

利用传输矩阵方法研究面心立方结构的三维光子晶体,分析了当其分别存在点缺陷、线缺陷、面缺陷时的传输特性变化,发现当引入点、线、面缺陷后,光子晶体中出现缺陷模,进一步数值计算研究表明缺陷模的出现频率和透过率等特性与缺陷介质球的半径、介电常数和缺陷出现的位置等诸多因素有关,这些结果将有助于光子晶体波导、滤波器等器件的设计和应用.     

一维光子晶体的带隙研究

采用光学传输矩阵方法,模拟研究了一维光子晶体的光学传输特性。考虑到实际需要给定波长为通带或禁带的光子晶体,研究了由光子带隙结构如何得到相应的光子晶体结构,结果表明本文方法完全能得到给定波长为通带或禁带的光子晶体。     

左右手材料光子晶体能带结构及表面波色散关系

根据平面波展开的传输矩阵理论及布洛赫定理,通过参数匹配的方式,研究零平均折射率及表面含覆盖介质层条件下左右手材料光子晶体的能带结构和表面波的色散关系,结果表明:零平均折射率条件下,左右手材料光子晶体不同于正折射率材料光子晶体,能带结构中出现半封闭状禁带、封闭状禁带和通带,且通带中的分立能级沿着低频方向呈现振荡衰减和多重简并趋势,能带结构沿着波矢绝对值增大方向趋于简并至消逝。添加表面覆盖介质层的左右手材料光子晶体支持正反表面波和反向表面波的传播,部分半封闭状或封闭状禁带边缘出现简并能级分裂,形成禁带中斜率有正有负的分立色散曲线。表面覆盖介质层厚度可调制色散曲线的频率位置和数目,随覆盖介质层厚度增大,分立色散曲线向波矢减小方向移动,且高频区域半封闭状禁带中的色散曲线在覆盖介质层厚度达到一定数值时还出现耦合分裂现象,但覆盖介质层厚度变化对能级的多重简并和通带与禁带的简并态不产生影响。左右手材料光子晶体的能带结构特点和表面波色散特性,可为新型光波导器件的研究和设计等提供指导。     

一维缺陷光子晶体增益平坦滤波器

运用光学传输矩阵理论,计算了带有缺陷层的一维光子晶体的反射谱。结果表明,其缺陷峰的形状可以由所设计的一维光子晶体的参数而唯一确定。由此设计了级联的带有缺陷层的一维光子晶体滤波器,在1530~1560nm范围内对EDFA的增益进行平坦,且不平坦度为±0.6dB。     

1维光子晶体的带隙研究

为了得到给定波长为通带或禁带的光子晶体,采用光学传输矩阵方法,模拟研究了由光子带隙结构如何得到相应的光子晶体结构.通过优化计算得到了指定波长带隙结构的光子晶体.结果表明,光学传输矩阵法完全能得到给定波长为通带或禁带的光子晶体.这一结果有助于光子晶体的广泛应用.     

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。     

A three-dimensional optical photonic crystal

We report on the successful fabrication of a working three-dimensional (3D) crystal operating at optical wavelength λ. The minimum feature size of the 3D structure is 180 nm. The 3D crystal is free from defects over the entire 6-inch silicon wafer and has an absolute photonic bandgap (PBG) centered at λ~1.6 μm. Our data provides the first conclusive evidence for the existence of a complete 3D PBG in optical λ. This development will pave the way to tinier, cheaper, more effective waveguides, optical switches and lasers     

掺镱光子晶体光纤纤芯材料制备及光纤数值模拟

基于掺镱多组分玻璃光子晶体光纤具有较高的离子掺杂浓度和大的受激发射截面以及宽的发射带宽,同时能够允许更高的泵浦功率密度和工作温度,因此其非常适合于作为高功率光纤激光器的增益材料.通过对采用高温熔融法研制的一种掺镱硅酸盐光子晶体光纤新材料的物理性能及光谱性能进行的测试,其较大的受激发射截面和较长的荧光寿命的特性得以验证.以其作为光子晶体光纤的纤芯,设计出了纤芯为正六边形掺镱光子晶体光纤,并利用有限元理论等模拟软件对设计的光纤结构进行了数值模拟,实验研究和数值模拟结果均表明该材料非常适合作为光子晶体光纤的芯体材料.     

实现高效光传输功能的一维光子晶体透射谱

为设计新型高效光学滤波器、放大器,用传输矩阵法理论对一维光子晶体((AB)5C2(BA)5)m的光传输特性进行了研究,结果发现:在实介电常量情况下,光子晶体透射谱出现m条窄带共振透射峰,实现可调性多通道光学滤波功能.当C层为含负虚部的复介电常量(介质中掺入增益性杂质)时,仅在归一化中心频率1.0ω/ω0处出现一条超窄带...     

级联光子晶体Mach-Zehnder干涉仪的可调谐滤波特性

基于液晶的电控双折射特性和光子晶体自准直特性,在二维光子晶体引入复合缺陷提出一种可调谐Mach-Zehnder 干涉(MZI)滤波器结构,应用液晶系统的自由能理论,推导了外加电压与液晶有效折射率的关系,并结合MZI 相位调制原理和光子晶体等效折射率理论,得到液晶的电控双折射特性与MZI 滤波器的输出光谱间的数学关系,运用时域有限差分法(FDTD)对滤波器的输出进行仿真模拟,并根据仿真结果对结构进行一级级联的优化设计。结果表明:通过控制外加电压的大小可以改变输出端的透射波长,达到可调谐滤波的效果,并且一级级联后的滤波效果比级联前有很大的改善,滤波的半波带宽从20 nm 减小为7 nm,可调谐范围从15 nm 增大为40 nm,因此可以通过进一步级联的方式使滤波器结构更加的优化,以便运用到光波分复用系统中。     

Ultra-compact optical filter in two-dimensional photonic crystal

A design of an ultra-compact in-plane optical add/drop filter is proposed. The filter is formed by two waveguides and one two-mode cavity in a two-dimensional triangular photonic crystal. The simulated results demonstrate good transfer characteristics with a quality factor of about 1700.     

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.     

光子晶体制作反射型相位补偿器的理论研究

为了制作新的光子晶体器件,采用传输矩阵法,通过数值计算,研究了3种一维光子晶体制作的反射型相位补偿器。引入反射振幅系数比的两个参数分别对这3种不同结构组成的补偿器进行讨论。分析结果表明,这些反射型相位补偿器都具有反射率极高、相位补偿连续可调等优点。     

Design and fabrication of silicon photonic crystal optical waveguides

We have designed and fabricated waveguides that incorporate two-dimensional (2-D) photonic crystal geometry for lateral confinement of light, and total internal reflection for vertical confinement. Both square and triangular photonic crystal lattices were analyzed. A three-dimensional (3-D) finite-difference time-domain (FDTD) analysis was used to find design parameters of the photonic crystal and to calculate dispersion relations for the guided modes in the waveguide structure. We have developed a new fabrication technique to define these waveguides into silicon-on-insulator material. The waveguides are suspended in air in order to improve confinement in the vertical direction and symmetry properties of the structure. High-resolution fabrication allowed us to include different types of bends and optical cavities within the waveguides.