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。     

左右手材料光子晶体的双重光学滤波功能

为了设计高品质、高性能的光学滤波器件,采用传输矩阵法,研究左右手材料构成的光子晶体（HL）mDl（LH）m的窄带和宽带通道双重光学滤波功能,并进行了计算机仿真。介质层H是左手或右手材料时,随着排列周期数m增大,在频率ω/ω₀奇数倍处均出现单条窄透射峰;当m不等值变化时,ω/ω₀奇数倍处透射峰透射率均下降且下降速度相同,而ω/ω₀偶数倍处通带透射率不变;H为左手材料时,ω/ω₀偶数倍处还出现通带,且m越大透射峰或通带越窄,ω/ω₀奇数倍处及周围还出现多条窄透射峰。结果表明,光子晶体由左右手材料组成时将得到更好的宽、窄带双重光学滤波效果及调制方法。该研究对新型光学滤波器件的研究和设计具有指导作用。     

对称和非对称结构1维光子晶体的滤波特性

为了得到1维光子晶体新的滤波特性,并把这种特性应用到滤波器的设计中,采用传输矩阵法计算了对称和非对称结构1维光子晶体的滤波特性,同时还分析了不同的折射率比对两种结构1维光子晶体滤波特性的影响。结果表明,对称结构1维光子晶体可实现窄带滤波功能,该结构的滤波器对入射角的选取是有限制的,不适于微弱信号的检测;且当多层膜系外层为高折射率时,透射带宽要窄些。非对称结构光子晶体则具有带阻滤波特性,与对称结构1维光子晶体最大的不同是改变膜系中高低折射率材料的顺序,其滤波特性没有变化。理论分析和数值模拟结果为设计窄带滤波器和带阻滤波器提供了依据。     

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.     

一维三元光子晶体的偏振滤波特性研究

设计了一维三元对称光子晶体结构,用传输矩阵法对其偏振滤波特性进行了研究。结果表明,入射角、介质厚度增大,两偏振波的禁带和共振模的分离度变大。周期数目N增大,对两偏振波的共振模的分离度影响最明显。晶体结构对称度的改变,对两种波的禁带和共振模的分离度影响不大。     

一维三元光子晶体的偏振滤波特性研究

设计了一维三元对称光子晶体结构,用传输矩阵法对其偏振滤波特性进行了研究。结果表明,入射角、介质厚度增大,两偏振波的禁带和共振模的分离度变大。周期数目N增大,对两偏振波的共振模的分离度影响最明显。晶体结构对称度的改变,对两种波的禁带和共振模的分离度影响不大。     

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.     

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.     

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。     

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     

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。     

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。     

部分无序二维光子晶体透射特性研究

用时域有限差分法研究了光在部分无序二维光子晶体中的透射特性。结果表明：介质柱的位置和大小无序都对光子晶体的高频透射特性都有影响而对低频几乎无影响,随着无序度增大,禁带呈现拓宽的趋势。仅介质柱的位置无序变化时,每个带隙低频端边缘比高频端边缘对无序度变化更敏感。仅介质柱的大小无序变化时,每个带隙间的通带频率越高对无序度变化越敏感。介质柱的大小无序和位置无序度相同时,在高频段后者比前者作用更显著。     

对称结构光子晶体表面Tamm态的光学性质

利用传输矩阵理论和等效原理,从能级的角度研究对称结构光子晶体表面Tamm态的光学性质,结果表明:在有限排列周期结构光子晶体中,介质表面可支持表面Tamm态的存在,且轴向传播时通带中出现TM和TE偏振的能级简并现象,离轴传播时从通带边缘分离出来的非简并能级被局域于光子晶体表面而形成了光学Tamm态；表面Tamm态内存在很强的局域电场,而且局域电场在介质界面处分布最强；表面Tamm态内的能量输运,对于低折射率介质可正反两方向输运,且输运速度快,对于高折射率介质只能正向输运,且输运速度较慢,故在高折射率介质界面处形成很强的局域光场。对称结构光子晶体表面Tamm态光学性质可为光子晶体光波导和表面波传感器的研究和设计提供指导。     

不对称级联结构光子晶体的透射特性

通过传输矩阵法理论,计算和研究不对称级联结构光子晶体的透射特性,结果表明:对于级联镜像对称结构光子晶体,透射谱的禁带中出现单条透射率为100%的透射峰,随着级联数目增大,单透射峰越来越精细并快速向长波方向移动,产生蓝移现象,但透射峰的透射率不变。对于不对称级联结构光子晶体,随着级联数目或级联周期不对称度增大,透射谱中单透射峰的透射率迅速下降,同时透射峰的位置随禁带缓慢向短波方向移动,产生红移现象;随着级联结构不对称度增大,透射谱中单透射峰的透射率缓慢下降,同时透射峰的位置快速向短波方向移动,产生红移现象。不对称级联结构光子晶体的透射特性,对光学滤波器、光学全反射镜和光学开关等器件的研究和设计有一定的指导价值。     

不同结构二维光子晶体的带隙特性

应用平面波展开法数值模拟了不同结构二维光子晶体TE模带隙特性,数值模拟得到正方形、正三边形和正六边形圆柱光子晶体结构的TE模带隙特性,比较得到正三边形圆柱结构光子晶体能够形成较宽TE模带隙结构.改变正方形圆柱光子晶体结构形成正方形椭圆柱结构和长方形圆柱结构光子晶体,比较得到长方形圆柱结构光子晶体形成带隙宽度较宽.研究就论为制作TE模滤波器件提供理论参考.     

光子晶体在光通信中的应用

妻亨首先介绍了新型材料光子晶体的基本特点,然后探讨了含有光子晶体的光器件在光通信系统中的各种应用。