光子晶体波导传输特性研究

在完整二维光子晶体中引入线缺陷后,就形成了二维光子晶体波导。将时域有限差分方法(FDTD)用于光子晶体波导传输特性研究,计算了光子晶体波导的透射率频率分布,给出不同结构的光子晶体波导的光场分布及能流密度示意图。     

光子晶体波导的FDTD分析

介绍了光子晶体波导的原理,然后运用时域有限差分方法(FDTD法)分析了二维光子晶体波导的传输特性,最后运用Matlab语言实现了二维光子晶体波导的仿真,使用的是TM模.     

太赫兹波段二维光子晶体传输器件的设计

应用平面波展开法研究了太赫兹波段二维光子晶体的传输特性,设计了一种新型的太赫兹波段传输器件,即由正方柱组成的正方晶格光子晶体.研究了它形成的最大TE模、TM模和完全带隙,并与由圆柱组成的正方晶格二维光子晶体的最大TE模、TM模和完全带隙进行比较,发现正方柱组成的正方晶格二维光子晶体形成的TE模较大.结果表明,正方柱组成的正方晶格二维光子晶体适合制作H极化片,可以制作太赫兹波段的传输器件.     

用转移矩阵法研究无序对二维光子晶体透射谱的影响

将转移矩阵法(Transfer Matrix Method)用于数值模拟无序情况下的二维光子晶体传输特性.充分利用Fortran语言中的RAND函数分别研究了晶格结构无序、圆柱半径无序、柱体形状无序、介电常数无序对光子晶体传输特性的影响.计算了多种因素无序情况下的二维正方晶格光子晶体的传输函数随频率的变化关系.计算结果表明弱无序时柱体形状影响最大,最小是圆柱半径无序.这说明在一定的无序范围里,可以认为光子晶体的传输特性能够被很好地保持.在强无序时存在共同的现象就是在低频即长波段出现光子局域化现象,无序会影响二维光子晶体的带隙宽度、位置,在强无序时会出现多个共振模.     

太赫兹波段正方晶格二维光子晶体传输特性的研究

应用平面波展开法研究太赫兹波段正方晶格二维光子晶体的传输特性,数值模拟得到了太赫兹波段圆柱组成正方晶格二维光子晶体的带隙变化和能态密度的分布规律,根据计算结果设计了（0.485~0.503）THz波段的滤波器。并且分析了当圆柱发生微小改变形成椭圆柱正方晶格二维光子晶体时的带隙特性,研究结果为太赫兹器件的开发提供了理论依据。     

二维光子晶体带隙结构透过率的研究

计算了二维光子晶体TM模透射率频率分布,并用FDTD+PML边界方法对光子晶体传输特性进行分析,直观地给出了光在光子晶体中的光场分布,分析了不同网格精细度和晶体层数对于透过率的影响。     

二维三角形光子晶体带隙与耦合特性研究

利用二维三角晶格介质柱光子晶体TE偏振的禁带与介质柱半径的变化关系,分析了二维光子晶体的带隙分布及斜边耦合特性.结果表明,光子禁带的大小受到构成光子晶体的介电材料的空间排列分布以及介质柱半径大小的影响;束缚在光子晶体中的光波可以在波导和谐振腔中进行传输,达到选择输出光波的目的.     

波导层介质对二维光子晶体反射光谱的影响

构建了基底介质为SiO2、表面覆层介质为TiO2 的二维光子晶体,采用严格耦合波法分析了二维光子晶体的窄带光学传输特性。分析了二维光子晶体的晶格周期、波导层的折射率及厚度对其反射光谱的影响。分析结果表明:当光子晶体的晶格周期和波导层介质厚度为常数时,随着波导层介质折射率的增大,光子晶体的反射峰值波长红移,且波导层折射率与反射峰值波长呈线性关系。当光子晶体波导层介质折射率为常数时,波导层厚度增大或光子晶体晶格周期的增大都会引起光子晶体反射峰值波长增大,但这两个参数与反射峰值波长只是在一定的变化范围内为线性关系。此种结构的二维光子晶体覆层表面吸附分布不均匀的介质时,通过分析光子晶体的呈现光谱可获得其表面吸附介质的不均匀特性。     

电磁波在二维等离子体光子晶体中的传播特性研究

采用时域有限差分的方法研究了电磁波在二维等离子体光子晶体中的传输特性.主要讨论了等离子体柱半径与晶格常数的比值,光子晶体的周期数以及不同晶格结构对TM极化入射波和TE极化入射波传输特性的影响,计算得出了电磁波入射等离子体光子晶体的透射系数,并对结果进行了分析.研究发现,通过改变等离子体光子晶体的结构参数,诸如等离子体柱半径与晶格常数的比值以及等离子体光子晶体的周期数,均可有效控制等离子体光子晶体的电磁性质.     

纳米光子晶体光纤中的缺陷态与光孤子通信研究

在描述一维光子晶体结构中的光学传输特性基础上,提出二维纳米缺陷态的光子晶体光纤概念,讨论光子晶体中纳米缺陷的形成机制。得出用纳米缺陷态在光子晶体光纤中的强三阶光学非线性和极少损耗特性建立全新光孤子光通信系统的可能性。     

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。     

椭圆柱二维光子晶体带隙特性的数值模拟

本文应用平面波展开法数值模拟了椭圆柱二维光子晶体TM模带隙特性,数值模拟椭圆长短半轴对带隙特性的影响,结果得到:当椭圆长短半轴趋于相等时形成带隙宽度逐渐增加。数值模拟四种材料即SiC、GaAs、Ge和ZnO构成椭圆柱正方晶格二维光子晶体时,TM模带隙特性和第一带隙变化情况,结果得到介电常数高的材料形成较宽带隙,随着介电常数的增加,第一带隙上下边界的归一化频率逐渐降低,但是,第一带隙带隙宽度逐渐增加。     

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。     

基于二维光子晶体带隙及自准直效应的光分插滤波器研究

鉴于光子晶体具备控光能力强和响应速度快等优点,设计了基于二维光子晶体带隙及自准直效应的光分插滤波器。将二维的正方晶格介质柱当作材料,并融合光子晶体带隙、自准直效应实现光分插滤波器设计。引入平面波展开法,实现完整周期光子晶体架构求解。引入时域有限差分法,获取晶体中的电场磁场整体分布。模拟结果显示,该结构耦合效率与品质因子良好,且场图模拟与对应结构透射谱拟合度较高,表现出了较强的可实践性。     

二维正方柱结构光子晶体禁带的研究

利用平面波展开法通过计算机模拟仿真对二维正方排列介质方柱和空气方柱结构以及三角排列介质方柱和空气方柱结构进行了禁带研究。研究发现：这四种二维光子晶体结构都存在完全禁带。介质方柱结构具有较大的TM禁带,而空气方柱结构具有较大的TE禁带。当介质方柱宽度增大时,禁带中心频率均向低频移动,而当空气方柱宽度增加时,禁带中心频率均向高频移动。当增大材料折射率时,禁带中心频率均向低频移动。对于空气方柱结构,应该选取高折射率材料,以提高完全禁带的带隙率。     

二维光子晶体透射特性的FDTD数值研究

把时域有限差分方法(FDTD)用于二维光子晶体透射特性研究,计算后得到多种情况下二维光子晶体的透射系数与入射光频率的关系曲线,结果表明,禁带的宽度和位置与组成二维光子晶体的晶格结构和介电常数等因素有关,介质柱半径变大则禁带变宽且禁带的中心频率变大,介质柱的介电常数与本底材料的介电常数相差越显著越有利于形成禁带,降低结构的对称性,禁带宽度增大.     

一种新型光子晶体的光学特性研究

本文提出了一种非对称一维各向异性掺杂光子晶体,通过传输矩阵法研究了这种新型光子晶体的光学特性,通过数值模拟得出:光通过该结构光子晶体后TE波和TM波缺陷模的透过率及中心波长位置随缺陷层介质的光学厚度、缺陷层两侧周期数的非对称性的变化规律,两种偏振光波能完全分开,缺陷层介质的光学厚度及掺杂层两侧的周期数层差越大,缺陷模的透过率越小,当光学厚度及层差达到某一极限值时,将产生完全光子禁带,这是对称结构光子晶体所不具备的光学特性,其光学特性将为光子器件的转换制作及应用提供理论依据。     

Study of Photonic Crystal Slow-Wave Circuits

In this paper, relations between photonic band gaps and operating mode of slow-wave circuits constructed by photonic crystals are discussed, and methods for computing photonic band gaps and determining the operating band are given. As an example, a slow-wave circuit containing two-dimensional photonic crystals is analyzed. The results explain that complete photonic band gap is not necessary for traveling wave tubes, and more than one defect-mode maybe coexists inside one photonic band gap. If there have no complete photonic band gap, special input and output circuits capable of customizing modes are necessary. Compared with conventional traveling wave tubes, the numerical results do not suggest the bandwidth of the photonic crystal traveling wave tube is wider, and the interaction impedance is lower. This work was supported in part by the National Natural Science Foundation of China under Grant 60532010 and 60401005. The authors are with University of Electronic Technology and Science of China, Chengdu, China, 610054.     

光子晶体的反射振幅系数比特性的理论研究

运用光学传输矩阵法,通过数值模拟计算,研究了一维光子晶体中两偏振光（p波和s波）反射振幅系数比的两个参数与其它因素的关系。研究结果表明,对于不同折射率,不同光学厚度组合的一维光子晶体,反射光的振幅系数比变化是不同的。其反射光的相位差随入射角的改变而发生变化。利用相位差可连续改变的特性可以制成效率极高的反射型相位补偿器。