第十二届基础光学与光物理讨论会论文摘要集—周期排列共振激活介质的光子晶体原理、制备、表征与光学特性研究

光子晶体中光传播特性研究是物理学研究的前沿热点之一。近年来，以共振吸收或放大介质的周期排列所形成的共振激活光子晶体的研究不断见诸报道。此类光子晶体的特点是，该晶体的折射率之差是由周期排列的原子在共振吸收峰附近的剧烈色散相干叠加所提供，它除了表现出类似被动周期结构的光子带隙外，还具有由于原子和激子的层间耦合导致的能级移动、吸收的布拉格压缩以及光学开关特性等。我们的数值模拟表明：利用超短激光脉冲可激发-维共振结构的禁带光孤子，光子可减速、存储与受控释放；零速超短脉冲还可以增强受激拉曼散射效率。     

共振激活介质的反射特性

基于二能级原子系统的极化率理论,对共振激活介质界面的反常反射特性作了理论分析。以Nd:YAG激光介质为例,计算了界面的反射率R与入射激光波长(相对于原子线,中心的失谐量6)与场强AA的关·系曲线。在较低强度(AA～10~(-4))时,R与AA依然有关。     

全息三维聚合物光子晶体的制备及其光学特性研究

利用等边棱镜全息法在负光刻胶SU8中制备了三维面心结构聚合物光子晶体,给出了一种能保持晶体结构稳定可靠的处理方法,扫描电子显微镜的显微结果证实了实验所得结构的可靠性.傅里叶变换红外光谱仪获得的透射和反射光谱则表明,所制备的晶体结构与计算机模拟结果一致.     

含色散增益介质光子晶体微腔的光学特性

为了理解光子晶体微腔的光学传输特性,探讨微腔的折射率对缺陷模放大特性和谐振频率的影响,采用时域有限差分法计算了含洛伦兹色散介质一维光子晶体微腔的透射谱,分析、比较了不同光子晶体微腔的透射谱。结果表明,微腔折射率的大小决定缺陷模的谐振频率,而介质色散特性将导致缺陷模频率的移动。另外,当通过复介电常数的虚部引入光学增益后,缺陷模在增益介质中被放大,其阈值特性和缺陷折射率的大小密切相关。模拟结果证明通过合理的选择微腔中介质折射率的大小,可以改善微腔的光学特性,降低激光器的阈值。     

介质光学厚度对光子晶体透射谱特性的调制

利用传输矩阵法理论,研究介质光学厚度对一维光子晶体(AB)5(BA)5透射谱特性的影响,结果表明:只要A、B介质光学厚度满足DA=DB,随着介质光学厚度的增大,光子晶体透射峰的透射率、频率位置和带宽均保持不变;当A、B介质的光学厚度不相等即DA≠DB时,随着DA或DB,或DA、DB的增大,禁带中透射峰的透射率不变但带宽变宽,且当DADB时透射峰向高频方向移动,反之则向低频方向移动。介质光学厚度对光子晶体透射谱的调制规律,可为光子晶体模型的构建、窄带光学滤波器和光学开关的设计等提供有益参考。     

复周期结构光子晶体的光子能带特性研究

本文构思了一种每个周期内部有几个不同的小单元的复周期结构光子晶体，并利用光学传输矩阵法对这种光子晶体进行了数值模拟计算。计算结果表明，这种复周期结构光子晶体比普通结构的光子晶体多出1个大的光子禁带区。适当调整参数还可以分别获得多通道窄带滤波特性、带通滤液特性和窄带透过特性。     

二氧化硅胶体光子晶体的光学特性研究

采用垂直沉积法自组装SiO2胶体光子晶体,并利用紫外-可见-近红外分光光度计对胶体晶体的光学特征进行了研究。结果发现,二氧化硅胶体微球的浓度越大,光子带隙深度增加,透射率变小,但光子带隙中心波长位置保持一致。此外,当入射光以不同的角度入射到样品表面时,其透射光谱具有新颖的光学特性,其成因被探究。     

光子晶体光纤的特性与制备

光子晶体光纤的奇异特性包括无休止单模特性、大模面积特性、可调的色散特性、高双折射特性和非线性特性。介绍了光子晶体光纤的制备技术,阐述了不同的结构和特性的光子晶体光纤的几种制备方法,指出其中较为完善和常用的制备方法如堆积法、挤压法、起泡法等。     

激活或高折射率介质掺杂同轴光子晶体光纤增益特性的研究

文中在缺陷介质中掺入激活杂质或高折射率杂质时,数值研究了同轴光子晶体光纤的掺杂局域场特征以及受激辐射增强使透射率大于1现象和掺杂层复有效折射率负的虚部之间的内在规律,由此进一步说明,因受激幅射放大,而在掺杂同轴光子晶体光纤中获得窄的高增益透射带,由此带隙结构形成波分复用技术的多个传输信道,可应用于密集波分复用(DWDM)光通信系统.     

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。     

负折射激活介质一维光子晶体超窄带滤波器研究

把一维时域有限差分方法用于可见光区一维光子晶体超窄带滤波设计研究,首先适当选择完整的一维二元光子晶体参数找到可见光区中的禁带,然后在完整一维光子晶体中间引入缺陷层可得到在某一波长出现超窄通带.进一步研究缺陷层参数物理厚度、折射率对超窄带的位置、透过率的调节,数值结果表明当缺陷层用无损介质时超窄通带的中心波长与缺陷层物理厚度、折射率有很大关系,透过率与它们关系不大.当介质是有损或激活介质时超窄通带的中心波长与介质折射率虚部消光系数、激活系数大小无关,消光系数越大透过率越小,激活系数与透过率没有线性关系但有最大值出现,当缺陷层介质是负折射材料时折射率数值在一定范围内取值同样会出现窄带滤波特性,折射率数值绝对值较大时在可见光区禁带中会出现多个透过峰.     

一维金属-介质光子晶体光谱特性研究

采用干涉矩阵方法对一维金属-介质光子晶体的光谱结构进行了研究。结果表明介质材料的厚度、折射率以及金属材料折射率的虚部对光子晶体光谱的影响可以采用驻波理论较好解释。当金属材料的厚度大于其趋肤深度时,厚度的增加会导致光子晶体的透射率和吸收率均降低,但对光子晶体透射和吸收峰的位置没有影响。     

复周期结构光子晶体的禁带特性

为了研究1维复周期全息光子晶体中的禁带特性,采用传输矩阵法进行了理论分析,计算了不同波长制作而成的1维复周期结构全息光子晶体的禁带.结果表明,复周期的禁带等效于两个分周期单独存在时的禁带叠加;当满足一定条件时,复周期的禁带可以实现展宽,展宽后禁带的位置是制作光波单独存在时两个禁带位置的平均值.     

液晶缺陷光子晶体滤波器的光学特性

以平行向列相液晶作为缺陷层设计了一种可调谐光子晶体滤波器。采用4×4矩阵方法,对其光学特性和本征偏振态进行了理论分析。结果表明,电压较低时,存在两种本征透射模式,具有偏振敏感性,通过轴向旋转光子晶体滤波器,可以选择偏振光透射模式;随电压升高,两透射模式对应的波长趋于一致,发生模式混合,偏振敏感性消失。光子晶体带隙位置和宽度随电压变化不明显,滤波器可调谐范围可达87 nm。透射峰的位置和个数对缺陷层的厚度较为敏感。     

浑浊介质光学特性的激光散斑表征

大气、海水及生物组织等都属于浑浊介质,浑浊介质的光学特性表征是近年来的研究热点.从浑浊介质光散射特性的散斑表征、散斑偏振技术的应用及在医学生物学中的应用三个方面综述了浑浊介质光学特性的激光散斑表征方法及其进展.     

光子晶体光纤的导光原理、特性、应用及研究方向

与普通光纤相比，光子晶体光纤具有无休止单模传输、极大的色散、高双折射和极好的光学非线性等特性，因此近年来受到人们的广泛关注。简要介绍了光子晶体光纤的导光原理、特性、应用及研究方向。     

复介电双周期光子晶体的特性研究

利用传输矩阵法研究了复介电双周期光子晶体的带隙结构和光传输特性.研究发现:一维双周期光子晶体的光子带隙结构中在两光子晶体带隙交叠处具有很明显的两共振透射峰.当组成双周期光子晶体的一种介质为复介电且其虚部为负时,两共振透射模式都出现了较强的增益.随着复介电常量的虚部的增加,两透射增益先增加后减少,中间存在一极值点.而当组成双周苘期光子晶体的一种介质的复介电虚部为正时,表现为对两共振透射模式的吸收.这一结果为光子晶体同时实现双通道超窄带滤波器和先放大微器件提供了理论基础.     

双光子共振介质光学双稳特性的理论研究

最近报导了在原子蒸气中,工作在三能级双光子近共振情形的光学双稳实验。由于在F-P腔内形成对双光子跃迁消除Doppler效应的结构,所有原子都对光学双稳的形成具有贡献,因此会形成较好的双稳特性。本文试图对双光子共振介质中的双稳特性进行一般性的理论分析,包括稳态双光子离共振情形,稳态双光子近共振情形以及瞬态双光子近共振情形。 对于双光子离共振情形,本文不需引入通常采用的平均场近似,便可得到一般非线性标准具的双稳特性方程组。     

光子晶体共振耦合滤波器的设计与研究

谐振腔因其具有选频功能而在集成光学领域具有广泛的应用.基于共振耦合腔的该特性,设计了一种共振耦合腔滤波器.用时域有限差分法模拟分析的结果表明,当微腔禁带内的频率与环形腔的频率相近时,可以实现不同频率的光波的输出.