基于光子晶体的光动力治疗仪研究

光动力治疗仪是利用光动力疗法进行癌症治疗的一种新型医疗仪器。为了解决光动力治疗仪照射光色纯度不高的问题,引入光子晶体理论,采用传输矩阵法进行MATLAB编程分析光子晶体禁带特性,甄选合适的光子晶体材料,确定其结构参量。结果表明,所设计的新型光子晶体掺杂结构,对一定频率范围内的入射光,只允许对肝癌、胃癌等内脏器官癌症具有治疗效果的980nm的近红外光通过,具有良好的滤波特性。利用此特性可以制作光子晶体滤波器,将此滤波器应用到普通光动力治疗仪上,对癌症的治疗起到很大的作用。     

一维等离子体光子晶体微波传输特性研究与调控

利用基于有限元方法的COMSOL软件,仿真研究了由等离子体放电微管阵列组成的一维光子晶体的微波传输特性,讨论了微管中等离子体密度和阵列周期结构参数对一维等离子体光子晶体微波传输特性的调控作用。研究结果为微波段多通道滤波器以及动态微波器件的设计和制作提供了理论参考。     

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。     

水下可见光通信中光子晶体全方位滤波器研究

海水对某些波段的光信号衰减很大,为了从大量背景光中接收到有用的信号,文中利用由两种单负材料组成的一维光子晶体异质结构设计出了蓝绿波段的单通道及双通道光子晶体滤波器,并利用传输矩阵法对滤波器的性能进行了研究。研究结果表明,所构造的滤波器结构具有对入射波的角度和偏振模式不敏感的优点,能够用来制作全方位光子晶体滤波器。     

基于遗传算法设计全方向高质量滤波器

采用了结构为(B′A′)N(A′B′)N (B′′A′′)N(A′′B′′)N的光子晶体异质结来设计一维全方向滤波器。利用传输矩阵法对该结构的透射性能进行了分析, 并结合遗传算法对该光子晶体异质内各组元厚度比和组元的周期数进行了优化, 最终得到一个相对较优的一维光子晶体滤波器。该滤波器具有较宽的滤波频带, 并且具有很好的方向选择特性, 是一种高精度的一维全方向光子晶体滤波器, 可广泛应用于滤波器、光开关等光通讯领域。     

太赫兹波在二维正三角晶格金属光子晶体中的传输特性

运用频域有限元法研究了一种二维正三角晶格金属光子晶体在太赫兹波段的传输特性。该模型选取空气为背景材料,金属铜为介质柱。通过改变太赫兹波的入射方向、晶格常数和介质柱填充率,对TM模和TE模的传输特性进行了系统完整的分析,获得了太赫兹波在正三角晶格金属光子晶体中的传输规律。结果表明,传输特性随着介质柱填充率、晶格常数及太赫兹波入射方向的变化而变化,且TE模和TM模带隙差异很大,这为太赫兹波段的光子晶体滤波器、反射器和极化器的开发与制作提供了参考依据。     

1维掺杂光子晶体中光的全反射贯穿特性

为了研究1维掺杂光子晶体中光波的全反射贯穿特性,利用传输矩阵法计算了TE波在大于全反射角入射1维掺杂光子晶体的透射率。结果表明,在透射波中发现了全反射贯穿效应,得出了1维掺杂光子晶体的全反射贯穿效应随入射角、杂质厚度、杂质折射率以及周期数的变化特性。这些特性可以用于设计光子晶体滤波器。     

基于光子晶体光纤Sagnac环梳状滤波器的设计

提出了由两段高双折射光子晶体光纤构成的Sagnac环滤波器,利用Jones矩阵理论对所提出的Sagnac环滤波器的传输函数进行了理论推导,并分析了光子晶体光纤双折射大小、两段光子晶体光纤的长度,以及偏振控制器的偏转角度对滤波器透射光谱特性的影响,并以此为基础设计出平顶梳状交错滤波器。此类滤波器在密集波分复用系统中有着广阔的应用前景。     

新型光子晶体四通道滤波器研究与设计

基于光子晶体环形腔缺陷与线缺陷波导之间的共 振耦合原理,设计了一种由新型环形腔和主波导组 成的四通道二维三角晶格光子晶体滤波器。运用平面波展开法和时域有限差分法分析了光波 在整合结构中 的传输特性,并进一步讨论环形滤波器内的内部介质柱半径大小对滤波器传输特性的影响。 结果表明:新 改进环形的滤波器传输效率达到80%左右。通过实验,选取内部 介质 柱半径在0.44R~0.53R时,其传输效 率达到85%以上,并进一步选取内部介质柱半径为0.46R,0.47R,0.52R 制作四通道滤波器,实现 了波长为1646.9nm,1647.7 nm, 1648.5 nm,1652.3 nm四信道波分复用,其传输效率均在92%以上,半峰宽 高小于6.0 nm。由于滤波器传输效率高,窄带特性良好,所以适用于 光器件集成。     

新型光子晶体调谐滤波器的研究

提出了一种在光子晶体中引入液晶缺陷层的光子晶体调谐滤波器.用传输矩阵法给出了含液晶层时光子晶体的光谱透过率公式,对电压和液晶材料参数对调谐滤波器透射谱的影响进行了数值计算.结果表明,改变电压时光子晶体滤波器的透射峰波长和带宽作周期性变化,在适当电压作用下光子晶体具有多通道滤波功能,而液晶的厚度和固有双折射的改变几乎不能实现光子晶体滤波器的调谐作用.     

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。     

含负折射率材料的一维光子晶体掺杂后的滤波特性

利用转移矩阵法,研究了含负折射率材料的一维光子晶体掺杂后的滤波性质。结果表明,这种结构可以同时实现窄带滤波和大范围宽带滤波的双重功能,宽带滤波的频率范围可以通过改变材料的折射率进行调节。研究还发现,结构的透射谱对入射角的变化很敏感,入射角增大时,通带向高频区移动;当负折射率材料具有色散时,宽通带的高度降低。     

波分复用各向异性光子晶体滤波器

从光子晶体的光子频率禁带特性出发，提出了用两个或两个以上的各向异性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研究了这种结构的光子晶体，分析了在不同入射角和折射率条件下，该周期结构的透射和偏振的光学特性。分析表明，各向异性光子晶体在折射率比值较大或与高折射率各向同性介质结合使用，可以获得较窄的通带，从而实现滤波。数值模拟的结果也证实了上述构思的正确性。     

Ultra-high-Q optical filter based on photonic crystal ring resonator

In this study, a photonic crystal ring resonator with a triangular lattice is used to design an optical filter. The proposed structure is able to filter the central wavelength of 1548 nm with a transmission coefficient of over 95%. Moreover, this structure has an ultra-high-quality factor (Q) of about 1290. With altering the features of the structure including the refractive index, the lattice constant and the radius of the rods in the resonator core, their effects on the central wavelength of the filter, transmission coefficient, quality factor and bandwidth are investigated. The plane wave expansion and finite-difference time-domain methods are used to extract photonic band gap and investigate the photonic behavior of the proposed structure, respectively.     

1维光子晶体的能带结构分析

为了分析研究1维光子晶体的结构参量对其能带结构的影响,并把这种影响作用应用到滤波器的设计中,采用传输矩阵法、利用MATLAB仿真软件,对不同结构参量的1维光子晶体的能带结构进行了计算仿真,分别得到了不同周期数、不同介质层厚度、不同介质折射率的1维光子晶体的能带分布图,进一步分析比较,得出了1维光子晶体的结构参量对其能带结构的影响。结果表明,较大的周期数可以使1维光子晶体的禁带边缘更加陡峭,通带透射性增强,能带分布更加分明;介质层厚度可以调节光子晶体的能带分布情况及能带宽度;介质折射率比值可以改变禁带宽度,禁带宽度随介质折射率比值的增大而增大。这些结果对宽带带阻滤波器的设计是有帮助的。     

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.     

Extraordinary optical properties of Fibonacci quasi-periodic 1D superconducting photonic crystals in near-zero-permittivity operation range

In near-zero-permittivity operation range, the position-dependent extraordinary optical properties of a one dimensional (1D) Fibonacci quasi-periodic superconducting photonic crystal (PC), which consists of alternating superconductor and dielectric layers, are theoretically investigated by using the transfer matrix method. Based on the calculated reflectance spectrum, it is shown that the extraordinary optical properties depend on the relative positions of the threshold wavelength and the photonic band gaps (PBGs). By suitably choosing the thickness of the superconducting or dielectric layer, a transmission narrow band filter or resonator can be designed without introducing any physical defect in this structure.     

准周期结构一维光子晶体的带隙特性与滤波特性

研究了准周期结构一维光子晶体的带隙特性和滤波特性,对ZnS与MgF2和GaAs与AlAs两种电介质组合的光子晶体在层厚不变、折射率递变和折射率不变、层厚递变以及层厚不变、折射率比递变三种情况下的透射谱作了模拟计算,得到了带隙特性的变化规律,并指出了其在滤波中的应用.与周期结构光子晶体相比,准周期结构光子晶体的透射谱发生移动,带隙宽度改变.     

基于Berreman矩阵研究一维掺有各向异性材料缺陷的光子晶体偏振特性

为了研究具有各向异性材料缺陷层的光子晶体禁带特性,构造了具有各向异性材料缺陷层（AB）10F（BA）10 型一维光子晶体,利用Berreman 传输矩阵进行了数值计算。研究发现,随着缺陷层F 厚度d的增加,在700~1 000 nm 禁带中出现的两个缺陷模发生红移,缺陷模透射系数呈阶段性变化。改变缺陷层内单轴晶体方位角 ,X偏振光产生的缺陷模往长波方向移动,透射系数在一定波长范围内规律变化,而Y偏振光产生的缺陷模始终不变。另方位角在0~90范围内变化,则该禁带内产生新的缺陷模。缺陷模的这些特征对全方位过滤器的设计有一定价值。