含超材料AZO/ZnO光子晶体近红外滤波特性的研究

基于电磁波的传输矩阵理论,对一维光子晶体在近 红外波段0.85－2.30 μm滤波特性进行了分析研究。由MoS₂和半导体超材料AZO/ZnO构成(AB)N型光子晶体,其中AZO/Zn O是掺铝氧化锌层和氧化锌层交替形成的具有人 工周期结构的各项异性材料,在部分近红外波段具有负的折射率。数值分析表明:此结构光 子晶体在0.85－2.30 μm波 段具有四个光子通带;带隙随B层中填充因子h的增大发生蓝移;光子晶体透射 峰的数量由光子晶体周期N决定, 即周期为N时,每个通带透射峰的数量为N－1;通过改变膜层厚 度能实现对透射波长的调控,如增加A层或B层厚 度,透射波中心波长发生红移;而光波入射角度的增加将使透射波中心波长发生蓝移。由超 材料AZO/ZnO构成的光 子晶体的滤波特性为光通信波段多通道可调谐高性能滤波器的设计提供理论参考。     

基于光子晶体方形谐振器的可调谐光信号分离器

在二维光子晶体结构中通过调节光子晶体方形谐振器PCSRs(Photonic Crystal Square Resonators)与波导的耦合长度、耦合宽度、及其耦合柱半径优化设计了光信号分离器.借助于CMT(Coupled-Mode Theory)理论定性分析了两个PCSRs存在相互作用时,结构中波导与谐振腔之间的电磁波耦合性能,用FDTD方法研究了两信道传输工作特性.表明在设计的参数范围中,基于PCSRs的信号分离器具有高正规化传输率、窄带宽、平稳的信号传输强度,中心波长调谐范围宽的特性.该类结构可用于同一中心波长信号的功率二等均分,也可用于不同中心波长信号的分离.该微型结构在片上的光路设计将是一类有潜力的构筑模块,适于光通信领域波分解复用设计、光路集成设计等方面.     

GeSbSe光子晶体波导结构设计及传输特性研究

利用平面波展开法计算Ge Sb Se基质光子晶体带隙,研究光子晶体波导中带隙与空气孔(或介质柱)半径的变化关系,并结合光子晶体波导的工作波长,设计出周期为500 nm,半径为150 nm的三角晶格空气孔型Ge Sb Se光子晶体波导。采用时域有限差分法模拟所设计的直线型光子晶体波导和60°弯曲光子晶体波导的传输特性,模拟结果显示在传统结构光子晶体波导中,直线型光子晶体波导具有很高的光学传输效率,但在60°弯曲型波导中的传输效率较低,分析原因为光子晶体波导直线区域与弯曲区域光的传播模式不同。因此对60°弯曲型Ge Sb Se光子晶体波导进行了结构优化,优化后的光子晶体波导可以在较宽的波长范围内具有很高的传输效率。     

光子晶体齿状波导的滤波特性研究

为了设计基于光子晶体波导的高性能滤波器件,在2维正方格子光子晶体波导结构中引入一系列齿状缺陷,采用有限元法对齿状光子晶体波导的传输特性进行了数值仿真和理论分析。结果表明,对于单个齿状缺陷,缺陷产生的共振频率使得在光子晶体波导通频域带出现带隙结构,可以实现良好的窄带滤波,并且通过改变齿状缺陷深度可以有效地控制缺陷的共振频率;引入多个齿状缺陷,缺陷之间会经过耦合作用形成一系列缺陷态,使得在光子晶体波导导通频域中出现宽带的带隙结构,可以实现宽带滤波。该光子晶体波导滤波器对窄/宽带滤波可根据波导结构中引入的齿状缺陷进行简单灵活调节。此研究在设计基于光子晶体波导的光子滤波器件方面具有潜在的应用价值。     

四方晶格光子晶体波导的高通滤波特性

分析了四方晶格光子晶体波导的高通滤波特性及其与波导宽度的关系,数值计算结果与微波段的实验结果相吻合.当光子晶体波导宽度在大约1.5a~2a(a为晶格常数)的范围时,透过率频谱呈现高通滤波的特性.下限截止频率随波导宽度的增加而减小.分析了光子晶体晶胞的填充率和介电常数比对高通特性的影响.利用高通特性与波导宽度的关系设计了波长-位移传感器,计算表明测量波长的相对误差达到Δλ/λ<0.0061.     

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。     

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.     

弯折光子晶体波导性能的研究

提出了带有光子晶体环形谐振器(PCRR)的二维光子晶体弯折波导结构,采用有限差分时域法分别研究了带有3×3结构和带有4×4结构PCRR的光子晶体波导中电磁波的传输性能,分析了其结构整体介质柱相对介电常数取3组不同值时的传输性能,结果表明:使用带有PCRR的波导能实现电磁波的低损耗传输.此外,该结构还具有宽频带和结构紧凑...     

掺杂型塑料光子晶体太赫兹波导色散特性研究

文章设计了一种新型的塑料光子晶体太赫兹波导,该波导包层为聚乙烯(含周期性排列的三角格子型空气孔),芯层为有机材料聚四氟乙烯.采用时域有限差分(FDTD)法仿真得到色散特性曲线.研究结果表明,该掺杂型塑料光子晶体太赫兹波导是一种适合太赫兹波传输的光子带隙效应型波导.在太赫兹波段具有良好的传输特性.     

光子晶体环形谐振器特性研究

文章采用FDTD(时域有限差分)法,通过数值计算得到了一种新型PCRR(光子晶体环形谐振腔)的宽带频响特性,并分析了介电常数对PCRR传输特性的影响。在此基础上建立了一个三波长的光子晶体分频器,结合对该模型中光场强度动态分布图的分析,实现了在1 5001、550和1 610 nm 3个波长处的分频功能。数值结果表明:与微腔特性相比,PCRR能同时得到多个窄频信号,并且在多波长分频器中可以减少微腔的个数;与波导耦合相比,在结构参数设计上更加灵活。     

AlGaAs-based two-dimensional photonic crystal slab with defectwaveguides for planar lightwave circuit applications

An AlGaAs-based near-infrared 2-D photonic crystal (PC) with an air-bridge structure featuring defect waveguides has been developed. For the sample without defect waveguides, measurements of the optical transmission characteristics in the wavelength range from 850 nm to 1100 nm showed a deep attenuation due to a bandgap with 30-35 dB attenuation and transmittance of nearly 100% for the guided modes. Optical propagation properties of defect waveguides were obtained by two methods: measurements of transmission spectra and plan-view observations of the optical beam trace along the waveguide with an infrared-vidicon camera. 3-D finite-difference time-domain simulations for the band structure and transmission spectra in the air-bridge slab with and without defect waveguides have revealed the appearance of four defect propagation modes specific to the defect waveguide, between two slab modes for the defect-free photonic crystal slab. These defect modes were experimentally identified in the measured transmission spectra     

激光致盲干扰效能分析研究

为了分析研究激光致盲干扰的作战能力,评估激光致盲干扰的作战效能,基于激光致盲干扰的干扰原理和干扰效果评估准则,采用效能评估分析方法,总结出激光致盲干扰的干扰方程,从干扰方程出发,提出了致盲距离、致盲概率两个效能分析指标,给出了概念、计算模型,并进行了理论分析和仿真验证。结果表明,激光干扰机的输出功率越高,光束质量越好,致盲距离就越大;激光干扰机的定位精度越高,致盲概率就越大,从而分析总结出影响激光致盲干扰效果的因素,为激光致盲干扰研究奠定了基础。     

正方晶格光子晶体第一带隙特性研究

由于光子晶体的禁带特性具有重要的应用,基于电磁波传输理论,应用MATLAB数值仿真二维正方晶格光子晶体TE模第一带隙特性,数值计算了介电常数变化、填充率变化对第一带隙宽度及形成带隙个数的影响,结果得到随着介电常数的增加第一带隙宽度增加,随着填充率的增加,第一带隙宽度逐渐减小。研究结论为光子晶体器件的制作提供参考。     

缺陷为增益介质的光子晶体光放大特性的研究

为了研究含缺陷层为增益介质的三元1维光子晶体的光学特性,采用光学传输矩阵的方法进行了理论分析。结果表明,增益缺陷层厚度及光学常数的变化对于红外区的禁带结构影响不大,增益介质层主要对中心波长为1.8μm所处的透射带带边波长的放大效应特别明显。还研究了增益介质缺陷层的厚度、光学常数的变化对于红外区透射带边(2.1869μm)波长的光放大效应;当增益介质厚度为0.0101μm,n=5.03+0.124i时,可以获得在波长2.1869μm处透射系数为428的光放大。在红外区,光放大波长随着中心波长的变化而变化,但该波长都是在中心波长所处透射带的带边处。该结果可为以光子晶体作为激光增益介质的研究提供理论指导。     

复介电右手材料和左手材料构成的光子晶体的特性研究

利用传输矩阵法矾究了复介电右手材料和左手材料构成的光子晶体的带隙结构和光传输特性。研究结果表明：一维右手材料和左手链料均成的光子晶体具有宽骜带的特点,禁带中出现多个共振透射峰。当组成该光子晶体的右手材料为复介电且其虚部为负时,各其振透射模式都出现了较强的增益,耳虚部的绝对值较小时,增益随着波长的增加呈指数减小。而虚部的绝对值较大时,增益与波长的关系近似呈倒“V”形状。随着复介电常量的虚部绝对值的增加,各透射增益先增加后减少,中间存在一极值点。而当组成该光子晶体的右手材料的复介电虑部为正时,表现为对各共振透射模式的吸收,且吸收随着波长的增加呈指数增加。这一结果为光子晶体同时实现多通道超窄带滤波器和光放大微器件提供了理论基础。     

两端对称缺陷复合光子晶体特性研究

用传输矩阵法计算了两端对称缺陷复合光子晶体的传输特性。计算结果表明：两端对称缺陷复合光子晶体［D（AB）mD］2结构中的禁带出现两个完全共振透射峰。通过控制温度来微小改变光子晶体介电层的厚度,使得完全共振透射峰移动,且各介质厚度的变化与透射峰波长的变化呈良好的线性关系,折射率大的介电层厚度的变化对共振透射峰波长的变化较大。此结果为设计所需要的共振透射峰波长的双通道滤波器提供了理论依据,也为该结构实现热敏开关提供了理论基础。     

蜂巢晶格光子晶体带隙特性研究

为了得到蜂巢晶格光子晶体带隙特性,本文基于电磁传播规律的时域有限差分法,数值模拟得到不同半导体材料构成蜂巢晶格二维光子晶体对应的第一带隙宽度,结果显示随着介电常数的增加,模拟得到第一带隙上下边界频率向低频方向移动,带隙宽度逐渐增加,对于高介电常数的PbS、PbSe和PbTe构成蜂巢晶格二维光子晶体情况反之。研究结论为不同材料构成光子晶体材料的特性提供依据。     

低损耗高带宽金属光子晶体弯波导的设计

设计了一种采用金属材料的二维光子晶体波导.针对金属的色散特性,运用时域有限差分方法对3种二维结构的90°转弯波导的TM波传播特性进行了研究.给出了在合适的填充率下,转弯效率随周期变化的曲线.最后对其中较优的一种结构作了进一步优化,使其3 dB时的带宽达到了99 nm,目标波长处的转弯效率达到了98.2％.该结构的主要参...     

1维3元磁化等离子体光子晶体传输特性分析

为了研究1维3元磁化等离子体光子晶体的传输特性,采用传输矩阵法得到了TE波通过1维3元磁化等离子体光子晶体后的左旋和右旋极化波的传输特性,用计算得到的透射系数来讨论了周期常数、介电常数、介质层厚度和等离子体参量对其传输特性的影响。结果表明,改变介电常数、介质层厚度和等离子体频率可以实现对禁带数目和宽度的调谐,改变周期数和等离子体碰撞频率不能影响禁带带宽;等离子体回旋频率仅仅能影响右旋极化波的禁带带宽,对左旋极化波的禁带带宽无影响。这为设计1维3元磁化等离子体光子晶体器件提供了理论参考。