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。     

一种新型基于MIM等离子体环形谐振器的可调谐高性能多信道波分解复用器的设计

设计并研究了基于金属-介质-金属等离子体环形谐振器的可调谐高性能多通道波分解复用器。通过环形腔的谐振理论分析,发现通过调节环形腔的半径和填充介质折射率可以很容易地控制波分复用器的信道波长,与有限元法模拟得到的结果吻合得很好。由等离子体波导和多个环形谐振器组成的多信道WDM结构增加了在电信波长的传输率,传输率高达80%,比最近文献中报道的结果高出两倍。所设计的多信道波分解复用器在高集成电路中有重要潜在应用。     

一种新型基于MIM等离子体环形谐振器的可调谐高性能多信道波分解复用器的设计（英文）

设计并研究了基于金属-介质-金属等离子体环形谐振器的可调谐高性能多通道波分解复用器。通过环形腔的谐振理论分析,发现通过调节环形腔的半径和填充介质折射率可以很容易地控制波分复用器的信道波长,与有限元法模拟得到的结果吻合得很好。由等离子体波导和多个环形谐振器组成的多信道WDM结构增加了在电信波长的传输率,传输率高达80%,比最近文献中报道的结果高出两倍。所设计的多信道波分解复用器在高集成电路中有重要潜在应用。     

一种新型可调谐光子晶体滤波器的理论研究

建立了可调谐光子晶体滤波器的设计标准,作为设计的依据.通过数值计算和理论分析,得出了一维掺杂光子晶体的缺陷模随杂质光学厚度L和光子晶体折射率n2的变化特征.设计出的可调谐一维光子晶体滤波器在理论上能很好地满足设计标准,滤波通道的半高宽(FWHM)可调范围在1～4 nm间,波长λ可调范围达300 nm,透射率峰值大于0.95.     

基于分形结构的光子晶体滤波器优化设计

针对基于分形结构的一维光子晶体滤波器,优化 设计其多信道滤波性能和调控特性:优化缺陷层的核心参数, 使其对应的透射信道在带隙中灵活移入移出,实现对信道数量的控制;并在各透射信道波长 由缺陷层调控的基础上,优 化基础结构周期以保证对多信道的调控严格独立。进而,利用传输矩阵法对其滤波性能进行研究, 分析了不同级别结构下信道数量的控制及信道特性;并以S＝3结构为例,分析了影响信道中心波长的因素,以及对多个信道的独立调控性能 进行了验证。最后对滤波器的3dB带宽、透射率等关键参数进行定量分析,譬如3dB宽度小 于11nm,透射率大于0.9等。由此,通过对具 有分形性质一维光子晶体滤波器的结构参数优化,实现了具有较好滤波性能的多信道可独立 调谐滤波器,可实现在光纤通信中对特定信道滤波,提升系统信噪比。     

光子晶体微谐振腔的调谐特性

利用光学传输矩阵法研究了3种基于一维缺陷态光子晶体的微谐振腔的调谐特性。结果发现,对于每种结构,在某一波长的波垂直进入光子晶体时,在缺陷层位置会激发起幅度远大于入射波幅度的场,即产生了谐振现象并形成了微谐振腔;改变缺陷层厚度可对谐振波长调谐;对于缺陷层两侧为高折射率介质层的结构1和结构2,调谐特性呈现出非线性;而对于缺陷层两侧为低折射率介质层的结构3,调谐特性是线性的。在单模工作条件下,结构1和2的调谐范围约为结构3的3倍。     

折射率可调的二维光子晶体设计与特性

光子晶体在传感、滤波和光子晶体激光器等方面具有很重要的应用价值。设计了一种基于改变缺陷介质折射率的可调谐二维正方晶格和三角晶格光子晶体激光器微腔,在平面光子晶体薄板中引入点缺陷磷酸氧钛钾(KTP),在KTP两端施加交流电场控制KTP晶体折射率变化。实验中随着KTP晶体折射率逐渐增大,正方晶格光子晶体禁带数量减少,归一化频率减小,禁带宽度基本不变;而三角晶格光子晶体禁带逐渐变窄,且向低频方向移动。最后,用平面波展开法分析了晶体的能带结构,得到理论上的描述,验证了实验结果。     

可调谐双通道光子晶体滤波器的设计

通过对设计出的一维掺杂光子晶体的数值计算和理论分析,得出:双通道透射峰的波长随杂质光学厚度呈线性变化和双通道透射峰的半高宽随光子晶体折射率n2的增加而减小.以此为基础,设计出可调波长范围达140 nm、滤波通道半高宽的可调范围在1～5 nm、滤波通道透射峰值大于0.98的一维光子晶体双通道可调谐滤波器.     

基于光子晶体缺陷模频移的超快光控太赫兹波调制器

本文设计了一种基于非线性光子晶体缺陷模频移实现太赫兹(terahertz, THz)波传输阻断的超快光控调制器,该调制器采用在硅基空气柱光子晶体中引入线缺陷和填充砷化镓材料的点缺陷结构,线缺陷形成波导区,传输频率位于光子带隙范围内的THz波,点缺陷作为谐振腔对THz波选频,与谐振频率(缺陷模频率)相同的THz波在谐振腔中发生谐振,耦合到波导中输出。无光激发时,位于线缺陷光子带隙内的1.65 THz缺陷模频率在谐振腔中发生谐振,从波导的另一端输出,调制器处于“通”状态。当中心波长为810 nm、光密度为0.4μJ/cm²的抽运光激发时,砷化镓的折射率由3.55变为3.55-i2.55,使缺陷模频移,在亚纳秒超快时间内实现对1.65 THz入射波的传输阻断。结果表明,该调制器的调制速率为2.3 GHz,消光比为20.3 dB,插入损耗为0.18 dB,具有调制速率高、消光比大、插入损耗小等优点,为其在高速THz波通信系统中的应用提供重要的理论依据。     

复周期结构光子晶体波长可调谐滤波器的研究

提出一种新型的光子晶体波长可调滤波器,其结构是以液晶作为缺陷物质,引入到由三种折射率不同的介质周期排列构成的一维光子晶体中去.运用传输矩阵法和液晶的琼斯矩阵得出了晶体的光谱透过率公式,综合分析了液晶的双折射性、液晶厚度、复周期光子晶体周期数及相邻介质厚度增量等参数对波长可调谐滤波器的滤波性能的影响.结果表明,所设计的光可调滤波器的中心波长可随缺陷层相邻介质厚度增量在1550 nm、1330nm等位置灵活可调,且具有30nm以上的调谐范围.     

基于液晶填充的带隙型光子晶体光纤的滤波特性

在实芯光子晶体光纤的周期排列的空气孔包层中,填充高折射率液晶介质,使其形成光子带隙.由于填充后低折射率的纤芯周围分布着高折射率液晶棒,光子晶体光纤的横向因布拉格反射而形成了许多传输带,呈现多通道滤波特性.基于光子带隙理论,利用平面波展开法对填充液晶前后光子晶体光纤传导机制的转变进行了探讨,研究了填充液晶对光子晶体光纤滤波性能的影响.结果表明,当电场增大时,滤波通道中心向长波方向移动,滤波通道带宽增大;而对于相同的外加电场,随着液晶折射率的逐渐增大,滤波特性与电场增大情况类似,光子带隙开始向长波方向漂移,同时带隙的宽度也逐渐变大.

Abstract：

The photonic band gap is proposed by filling high-index liquid crystal into its periodically arranged air holes of the clad of solid core photonic crystal fibers (PCFs).Owing to the high-index liquid crystal clubs arranged around the low-index core after filling,PCFs show conductive bands and multi-channel filtering properties induced by transversely Bragg reflectance.Based on photonic band gap theory and plane wave expansion method,the effect of liquid crystal on the conduction change of PCF and filtering properties are researched.The results show that with the increase of electric filed,the filter channel center moves to long wavelength,and the bandwidth of filter channel increases.However,for the same applied electric field,with the increase of refractive index,the photonic band gap moves to long wave length and meanwhile the band gap increases.     

Trapezoid 2D photonic crystal nanoring resonator-based channel drop filter for WDM systems

In the present work, a nanostructure of trapezoid photonic crystal ring resonator-based channel drop filter is designed for wavelength division multiplexing systems (WDM) to drop a channel at a center peak wavelength of 1543 nm. The proposed channel drop filter is composed of bus waveguide, drop waveguide, trapezoid nanoring resonator and reflector in a two-dimensional (2D) hexagonal lattice with circular rods arranged in air host. The trapezoid nanoring resonator is playing a very important role in WDM systems for dropping a single channel over a wide wavelength range. The photonic band gaps of perfect lattice structure and non-perfect lattice structure are absolutely calculated by plane wave expansion method. The functional properties of the designed filter are evaluated by finite difference time domain method (FDTD). The functional properties are center peak wavelength, dropping efficiency, passband width and quality factor. The FDTD method results show dropping efficiency is 100%, and quality factor is about 514.33 which are highly suitable for WDM systems. Further, lattice constant, inner and outer rod radius and refractive index difference of the structure are varied to tune the filter center peak wavelength and its corresponding functional parameters effects are investigated. The proposed nanoring resonator-based optical filter is ultra-compact size around \(14\, \upmu \hbox {m} \times 8.4\, \upmu \hbox {m}\); hence, it is extremely suitable for WDM-based photonic communication systems and photonic integrated circuits.     

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...     

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.     

一维光子晶体偏振滤波器通道数的影响因素研究

光子晶体偏振滤波器是利用光子晶体带隙特性来控制信号光偏振状态的一种新型滤波器, 在光纤通信、光学传感测量、光学信息处理等领域均有重要应用。通道数多少是偏振滤波器设计的重要指标, 通道越多则信息容量越大, 越有利于系统的小型化微型化。利用光学传输矩阵法研究了影响一维光子晶体偏振滤波器通道数目的因素, 研究表明：(1）光子晶体缺陷层厚度是影响滤波器通道数目的关键因素, 通道数N与厚度D近似满足线性关系, 在500 ～650 nm波段函数关系为N=0.0035D+0.159; (2）缺陷层折射率nc的变化也会导致通道数改变, 折射率越大通道数越多;( 3）光子晶体单元层数和单元厚度改变不会影响滤波通道数, 但可以调节通道中心波长位置, 同时对偏振度和分离度也有影响。     

Channel drop filter using a single defect in a 2-D photonic crystal slab waveguide

This paper describes a theoretical and experimental analysis of the channel drop filter using a single defect formed near the two-dimensional (2-D) photonic crystal slab waveguide. First, we calculate the transmission spectrum of a 2-D photonic crystal waveguide and show that high transmittance for a wide wavelength range (/spl sim/60 nm) is obtained in the 1.55-/spl mu/m region. We also show that a defect state having a wavelength within the high transmission wavelength range can be formed in the photonic bandgap by introducing a single defect of appropriate radius. Next, we fabricate several devices and show that the emission wavelength from each defect can be tuned by changing the defect radius. The measured tuning characteristics coincide well with the calculated results. From the near-field pattern of the device, we estimate the emission efficiency of the present device at almost a few tens percent. We clarify the structural condition in order to obtain the maximum output efficiency and show that tuning of emission wavelength while maintaining high output efficiency is possible by selecting appropriate defect radius and position. Based on these results, we propose an ultrasmall channel drop filter for a wavelength-division-multiplex optical communication system.     

基于铁电液晶电控双折射的调谐滤波器的研究

将铁电液晶作为缺陷层引入一维光子晶体中,基于液晶的电控双折射,形成快速窄带调谐滤波器.用传输矩阵法研究了铁电液晶缺陷光子晶体的可调谐滤波特性,计算了电场对滤波器透射峰的位置、强度、个数和带宽的影响,结果表明该滤波器呈现良好的滤波功能.     

正负折射率含缺陷1维光子晶体多通道滤波器

为了分析结构参量对正负折射率材料1维光子晶体缺陷模的影响,利用传输矩阵法计算了基于正负折射率材料含正折射率缺陷1维光子晶体B（AB）m（ACB）n（AB）mB的透射谱,分析了各参量对该结构1维光子晶体缺陷模的影响,并用波动理论定性分析了多通道滤波器形成的原因。结果表明,在各介质层的光学厚度绝对值都为0/4的情况下,每个禁带中都有n个超窄的透射峰,相邻两个透射峰间距比相同结构下正折射率情况的宽;当n=1时,随着C层介质光学厚度以0/4的k倍增加,透射谱中同一禁带内出现了k条透射峰;当n2时,透射谱中同一禁带内出现了nk条透射峰。该研究结果对可调多通道滤波器的设计和研究有一定的参考价值。