含缺陷光子晶体波分复用器研究

利用光子晶体的光子禁带和体积小的优点,在光子晶体中适当设计线缺陷和点缺陷,使这些缺陷会形成波导和微腔.根据耦合模理论,波导与波导及波导与微腔之间会发生耦合现象,通过调节耦合长度和微腔中心半径的大小,可以选择不同波长的光波在各信道中通过.依此原理,可以制作相应的光子晶体波分复用器.     

光子晶体技术--(二)光子晶体光波导

简介了二维(2-D)光子晶体结构和通过在光子晶体中引入线缺陷形成的光子晶体光波导。重点介绍直波导、弯波导、Y分支光波导和光子晶体光波导与光纤的耦合。     

光子晶体波导与微腔耦合的三通道波分复用器

为了实现对光波有效的选择输出,并且使光波的带宽很小,设计了微腔耦合的三通道波分复用器。对该器件采用时域有限差分法和微腔与波导间耦合模进行研究。首先,根据微腔选择不同频率的光波,设计光子晶体滤波器模型。然后,基于光子晶体耦合模理论,由定向耦合波导和一个高品质因子微腔构成的波分复用器。最后,为了提高输出光的透射效率,在波分复用结构的主波导的输出端,增加五个介质柱,形成一个反射层。实验结果表明:此结构能够通过微腔选择不同频率的光波,经过优化设计后的波分复用模型,光波的透射率得到了提高,波长λ=1.763μm的光波达到透射率将近90%。在光子晶体中取多个微腔可以选择输出更多波长的光波,所以这种结构在光子晶体集成器件的制作上有很好的应用前景。     

非线性线缺陷光子晶体波导的宽带慢光效应

采用克尔型非线性材料为光子晶体的介质柱,构建线缺陷耦合腔波导。利用非线性有限时域差分法(NL-FDTD)进行模拟仿真,并获得最佳宽带慢光效果。当群速度达到10-2数量级时,带宽为0.0920,比线性光子晶体耦合腔波导慢光带宽提高五倍,而且群速度色散降低两个数量级,实现了低群速度下更宽带宽和更低色散的慢光波导。     

光子晶体波导定向耦合功分器的设计

将相互耦合的3平行光子晶体单模波导看成一个多模干涉系统,通过研究二维正方晶格光子晶体波导多模干涉的自映像效应,优化设计了一种新型1×2光子晶体波导定向耦合分束器,采用时域有限差分法对其传输特性进行模拟分析。设计过程中,根据多模干涉耦合区中周期出现的双重像的位置确定两个单模输出波导的位置,通过改变输出波导和耦合区连结的一个介质柱位置构成波导微腔结构,改变耦合区中的模场分布,实现模式匹配,从而明显减小分束器的反射损耗。计算结果表明,移动介质柱距离输出单模波导和多模波导连结处1.85a位置处时,对于波长为1.55μm的入射光,该分束器的透射率可高达99.04%。     

复合结构光子晶体耦合腔波导慢光特性研究

为了设计能够传输宽带低色散慢光的光子晶体波导,以三角晶格圆形介质柱光子晶体结构为基础,使用圆形散射元和椭圆形散射元进行周期性排列,采用平面波展开法对所设计的耦合腔波导进行了仿真分析。结果表明,调整缺陷行椭圆形散射元长轴R_a可以使导模最大群速度从0.035c降低到0.01c,调节缺陷行短轴R_b的值,可以再次降低导模群速度;通过改变微腔周围第1排两种散射元的面积比,能够得到最大群速度0.0065c,波长范围为3.25nm的低色散慢光;将所设计的耦合腔应用于光缓存中,计算得出缓存时间为76.82ps,存储容量达到了15.56bit。这项研究对新型光子晶体慢光器件的设计和应用具有参考意义。     

二维三角晶格介质柱光子晶体线缺陷波导慢光研究

以二维三角晶格介质柱光子晶体线缺陷波导为研究对象,通过平面波展开(PWE)法对光在波导中传输时的慢光特性进行了仿真分析,发现光子晶体的填充因子以及线缺陷中的柱子半径大小决定了慢光导模在光子带隙中的传输特性.随着填充因子的增大,光子晶体波导的导模群速度迅速减小.缺陷柱的半径大小对导模群速度的影响要强于填充比.通过调整填充因子和缺陷柱半径,得到了导模群速度小于0.01c的波导结构.结合慢光导模的群速度色散(GVD)特性分析,发现极慢光区域的GVD值位于105～106量级,能够保证光的高效传输.     

二维光子晶体波导及耦合器的特性模拟

用平面波展开法计算二维光子晶体的能带结构,作为进一步研究光子晶体器件的基础。接着采用时域有限差分法(FDTD)模拟光波在光子晶体直角转折传播的场图以及光波在两条平行光子晶体波导间传播时的耦合场图。模拟结果显示,光波在直角转弯光子晶体中波导中传播时的损耗非常低;在平行光子晶体波导耦合器中的耦合损耗仅也很低。它们的优异性能在光子晶体集成电路中有极大的应用价值。     

二维平板光子晶体微腔与波导的耦合北大核心CSCD

光子晶体是介质介电常数呈周期性排布的结构,具有光子带隙,处于光子带隙中的电磁波无法在其中传播。二维平板光子晶体是通过在衬底上刻蚀周期性排列的空气孔柱而形成的结构,由于其具有优良的控制光传播的特性而得到广泛的研究和应用。介绍了在二维平板光子晶体中引入缺陷形成的光子晶体微腔和波导的方法和性质。通过调整几何参数控制微腔与波导之间的耦合,实现基于二维平板光子晶体的全光开关、光存储、单光子源等光学器件并讨论其在量子光学网络中的应用。     

基于多模干涉的二维三角晶格光子晶体分束器

光分束器光接入系统的核心器件,是光子多功能设 备和系统的关键构成模块,为满足急速增长的数据通信业务对光分束器的需求,本文在完整 三角晶格光子晶体中引入五条平行光子晶体波导组成多模干涉 系统,利用自成像效应的多模波导与微腔耦合,提出了一种新型二维三角晶格光子晶体四端 口分束器。利 用时域有限差分法进行仿真分析,结果表明:在一定范围内通过改变输出端四个耦合微腔内 的介质柱半径, 可以保证在分束器拥有较高的透射率的同时,且能实现输出能量的均分或在一定范围内的自 由分配。     

基于自成像效应七平行光子晶体单模波导分束器

在完整的二维光子晶体中引入线缺陷,就形成了光子晶体波导。将七光子晶体单模波导的相互耦合看成一个多模干涉系统。在多模干涉系统中,本征模的色散曲线相交并出现简并模,简并模之间存在强烈耦合并导致模式的分布方式重新发生变化。本文基于自成像效应的波导多模偶合,提出了一种二维光子晶体波导四端口分束器。采用时域有限差分法和平面波法作为研究工具,TE模为研究对象,从理论上分析了这种器件的特性。结果表明,通过调节介质柱半径R,来改变耦合区电磁场的相位分布,从而控制四个输出端口的能量分布。     

光子晶体粗波分-模分混合复用/解复用器

提出了一种基于光子晶体的粗波分-模分混合复用/解复用器,可在光子晶体上实现波分-模分的一体集成.根据时域耦合模理论,该器件采用点缺陷微腔和波长选择反射微腔的结构实现滤波.根据横向耦合模理论,利用非对称平行波导的结构实现模式转换.应用时域有限差分法对其性能进行分析,仿真结果表明,该器件可以实现1 550nm TE0模、1 570 nm TE0模、1 550 nm TE1模和1 570 nm TE1模四个信道信号的复用和解复用,且具有较低的插入损耗(0.23 d B)和信道串扰(-15.21 d B),该器件在CWDM-MDM中有重要作用,对提升城域网的容量具有重要价值.     

二维光子晶体波导和微腔缺陷态研究

利用二维三角晶格及正方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缺陷态的分布.根据光子晶体波导间的耦合作用,计算其耦合长度设计合理的定向耦合器.通过分析波导与微腔的耦合特性,选取不同的传输方向,可以设计多种基于光子晶体波导与微腔耦合的波分复用系统.     

硫系玻璃光子晶体光波导的制备研究进展北大核心CSCD

光子晶体是一种介质常数周期性变化的人工介质材料,具有光子带隙和光子局域两个主要特征。光子晶体光波导是利用光子带隙特性传输光信息的光学器件。与传统的条形光波导相比,它最大的优势是在大的拐角处具有很低的传输损耗(如在60\O弯曲时传输损耗可以降低到5%),因此非常适合用于集成光学。从硫系玻璃材料的特征入手,详细介绍了聚焦离子束和电子束曝光这两种光子晶体光波导常用的制备方法,通过这两种方法制备出来的光子晶体光波导都具有较高的表面平整度和较低的传输损耗。对两种方法的制备工艺和特点进行了比较。最后简单介绍了硫系光子晶体光波导的应用,并对硫系光子晶体光波导的发展前景做了展望。     

光子晶体的数值模拟

1　引　　言　　利用光子晶体构成超小型光路的研究试验正深入展开 ,而数值分析技术则对光子晶体光路的设计起保证作用 ,因此该技术正逐渐受到人们的关注。在光子晶体上利用特有的光子禁带 (PBG)的光波导 ,即使以光波长的大小弯曲或分岔 ,也不产生辐射 ,从而有望实现超小型光路。在光波导分析领域中 ,辐射的数学处理非常困难。虽然从原理上讲 ,无辐射损耗的光子晶体方可实现光路的设计 ,但必须考虑反射的影响 ,现今市售的光波导分析软件几乎均不适用。本文描述光子晶体光路设计所必需的数值分析技术。作为具体的分析实例 ,重点介绍了有限…     

GeSbSe光子晶体波导结构设计及传输特性研究

利用平面波展开法计算Ge Sb Se基质光子晶体带隙,研究光子晶体波导中带隙与空气孔(或介质柱)半径的变化关系,并结合光子晶体波导的工作波长,设计出周期为500 nm,半径为150 nm的三角晶格空气孔型Ge Sb Se光子晶体波导。采用时域有限差分法模拟所设计的直线型光子晶体波导和60°弯曲光子晶体波导的传输特性,模拟结果显示在传统结构光子晶体波导中,直线型光子晶体波导具有很高的光学传输效率,但在60°弯曲型波导中的传输效率较低,分析原因为光子晶体波导直线区域与弯曲区域光的传播模式不同。因此对60°弯曲型Ge Sb Se光子晶体波导进行了结构优化,优化后的光子晶体波导可以在较宽的波长范围内具有很高的传输效率。     

椭圆介质柱光子晶体导模区域的调控

利用时域有限差分方法,理论研究了由介电常数为8.9的介质柱排列在空气背景中组成的二维正方晶格光子晶体耦合腔光波导的传输特性.理论模拟结果表明,将微腔紧邻的两个圆形介质柱改变为椭圆形.通过改变椭圆的旋转角度能够调控导模的频率范围.通过将相邻微腔两边的椭圆形设置为不同旋转角度,可以在保证高传输效率的同时进一步地降低导模的群...     

平面光子晶体环形腔滤波器的数值研究北大核心

根据光子晶体中波导与腔的耦合特性,设计了一种由波导与环形腔耦合实现窄带滤波的光子晶体结构。用有限元法分析了环形腔不同结构参数对各个端口透射光功率谱的影响,由此可以根据所需波长要求设计不同结构的环形腔滤波器结构,并可通过改变边界散射介质柱的排列和环形腔边界介质柱的半径,减少波导与环形腔之间的散射损耗,达到最佳滤波效果。文章可为密集波分复用系统中光学滤波器的集成以及窄带滤波器的设计提供一定的参考。     

利用光子晶体波导定向耦合差频产生毫米波

文章利用耦合波理论研究了光子晶体两平行直波导的定向耦合差频特性,得出以频率相近的两单频波入射两波导输入端口时,波导中的光场分布的解析表达式,并采用时域有限差分法计算了耦合波导中的模场分布.计算结果表明:通过波导的耦合作用可以在两平行波导中检测到入射波的差频包络,其时域特性与理论分析相符.提出了利用光子晶体定向耦合波导实现光波-毫米波的转换.     

光子晶体共振耦合波分复用器的设计与研究

设计了一种由光子晶体环形腔与微腔组成的组合腔滤波器,在环形谐振腔中增加两个散射介质柱,环形腔和波导之间相隔一排介质柱,输出波导与输入波导呈垂直关系,形成一种新的环形腔。通过环形腔、微腔及波导的共振耦合,设计了一种能高效率输出的波分复用/解复用器。