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.     

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。     

基于光子晶体慢光实现光缓存北大核心

慢光技术是实现全光网络中光缓存器件的关键技术,为了实现具有较低群速度、较大带宽的慢光,设计了一种基于二维正方晶格介质柱旋转-45°形成线缺陷的新型波导结构,实现了慢光传输并将其应用于光缓存技术中。通过改变介质柱的半径和波导宽度可进一步优化慢光性能,利用基于超晶胞的平面波展开法进行计算仿真,得到缺陷模的色散曲线,并详细分析了光在波导中的传输群速度和群速度色散的性质,实现了最大群速度仅为0.007 89c（c为光在真空中的传播速度）,并且群速度色散在-106~106 ps2/km范围内。将所设计的长度为1mm的光子晶体结构应用到光缓存中,可以实现的最大缓存时间为2.778ps,最大缓存容量达145.98bit。     

基于光子晶体慢光实现光缓存

慢光技术是实现全光网络中光缓存器件的关键技术,为了实现具有较低群速度、较大带宽的慢光,设计了一种基于二维正方晶格介质柱旋转-45°形成线缺陷的新型波导结构,实现了慢光传输并将其应用于光缓存技术中。通过改变介质柱的半径和波导宽度可进一步优化慢光性能,利用基于超晶胞的平面波展开法进行计算仿真,得到缺陷模的色散曲线,并详细分析了光在波导中的传输群速度和群速度色散的性质,实现了最大群速度仅为0.007 89c(c为光在真空中的传播速度),并且群速度色散在-106~106 ps2/km范围内。将所设计的长度为1mm的光子晶体结构应用到光缓存中,可以实现的最大缓存时间为2.778ps,最大缓存容量达145.98bit。     

空气环型散射元光子晶体慢光特性研究

以三角晶格空气环光子晶体线波导结构为研究对象,分析了空气环散射元内半径Rin和外半径Rout对波导慢光特性的影响,结果表明Rin/Rout的值在0.15~0.35之间时,能够获得宽带慢光,而且邻近波导两侧首排空气环的外半径Rfout相对于其内半径Rfin对慢光特性的影响更大。当波导两侧首排散射元为空气孔时有利于慢光群速度的降低、为空气环时有利于获得更宽的带宽。当波导两侧首排散射元由空气孔和空气环交替排布构成新型非对称线缺陷波导结构,同时具有了两类散射元的优点,它的群速度与带宽特性优于对称型波导,实现了群速度为0.0086 c、波长范围为6.588 nm的低色散慢光。     

光子晶体线缺陷波导中的慢光研究

研究了线缺陷光子晶体波导中的慢光现象。运用平面波展开法对线缺陷光子晶体波导结构进行了模拟计算,分析了填充因子作为敏感结构参量,其变化对色散性质和群速度的影响。发现光子晶体的填充因子决定了光子晶体带隙中导模的传输特性。随着填充因子的增加,光子晶体波导中的群速度先增大再减小。可以证明,通过改变光子晶体的填充因子,群速度可以达到0.01c以下。     

二维正方晶格光子晶体波导的慢光特性研究

利用平面波展开法对二维正方晶格光子晶体波导进行了理论研究和分析.通过减小一排介质柱半径至原来的一半以及直接去除一排介质柱分别获得了0.066c和0.083c的最大群速度,对应的带宽分别为0.060(ωa/2πc)和0.062(ωa/2πc),得出了通过减小介质柱的半径比去除一排介质柱可获得更优慢光效果的结论.进一步分析了缺陷柱半径的变化对导模色散曲线及群折射率曲线的影响,发现当缺陷柱半径在低于介质柱半径的范围内变化时,导模曲线随着缺陷柱半径的增加而向低频方向移动,且渐趋平坦,亦即群速度变小.研究结果对优化正方晶格光子晶体慢光波导提供了理论依据.     

调整圆弓形散射元参数实现低群速和低色散的慢光效应

圆弓形散射元具有各向异性和多个可控自由度的特点。采用平面波展开方法,通过长轴微调、短轴变化和散射元转动几个方面,优化了光子晶体线性缺陷波导结构,实现了高群折射率和低色散的慢光效应并进行了模拟。结果表明,通过调整长轴和短轴变化,可以获得带宽在10.1～1.1nm,折射率为36.5～287.5的低色散慢光;通过散射元转动,可以获得带宽在11.4～0.8nm、折射率为45.5～293.7的低色散慢光。上述方法还可以获得超低色散和接近零色散效果的慢光。由此表明,选择合适的散射元和调整散射元参数,可以有效地实现高群折射率和低色散的慢光效应。     

不同介电常数材料光子晶体慢光特性研究

在研究光子晶体慢光波导中,能带结构和色散特性是两个最重要的问题.采用平面波展开法及相关的数学理论推导,研究不同的介电常数材料对光子晶体线缺陷波导中慢光传播性质的影响,对二维线缺陷光子晶体慢光特性进行模拟和计算.仿真结果显示:随着材料介电常数的增大,慢光波导的相对禁带宽度增加,缺陷模式导光频率降低,群速度减小.因此,选择...     

基于方形孔线缺陷的新型光子晶体零色散慢光结构研究

为了获得最优化的光子晶体零色散慢光结构,在传统的光子晶体线缺陷波导结构的基础上,进一步在线缺陷上下两侧各引入了两排方形空气孔,并进一步优化了这两排方形孔的结构参数。通过平面波展开法(PWE)与时域有限差分法(FDTD)进行数值分析表明,这种新型结构的光子晶体波导能够在中心波长1550 nm处实现带宽为8.34 nm、平均群折射率为61、群速度色散(GVD)为104量级的理想宽带慢光。     

Theoretical study on modulating group velocity of light in photonic crystal coupled cavity optical waveguide

We present a novel mechanism,which is formed by periodically changing the radii of dielectric rods in the middle row of a photonic crystal,to control and stop light.Using the Bloch theory and coupled-mode theory,the dispersion characteristic of such a photonic crystal coupled cavity optical waveguide is obtained.We also theoretically demonstrate that the group velocity of a light pulse in this system can be modulated by dynamically changing the refractive index or radii of the selected dielectric rods,and the light stopping can be achieved.     

光子晶体波导中慢光的实现

首先指出实现慢光的两种不同途径--改变材料色散和波导结构色散,并对利用结构色散产生慢光的光子晶体波导的原理、结构和特征作了说明.然后综述了目前光子晶体波导中产生慢光的新型结构和方法:啁啾结构、耦合结构和优化参数方法,并对它们做了比较.最后简要说明了慢光的研究意义和发展前景.     

Slow Light Transmission in Chalcogenide Photonic Crystal Waveguide

The slow light propagation in a line defect waveguide in chalcogenide photonic crystal of As2S3 rods in air medium has been investigated.It is found that the filling factor of the chalcogenide photonic crystal and the size of defect rods decide the propagation of the guided mode.An increase in the filling factor results in a sharp decrease of the group velocity in the photonic crystal waveguide.It has been demonstrated that,by tuning the filling factor and size of defect rods,the group velocity will be redu...     

矩形缺陷光子晶体太赫兹波波导的慢波特性

设计了一种工作于太赫兹波段的矩形孔缺陷光子晶体慢波波导。首先分析三角空气孔型光子晶体的带隙特性,引入线缺陷形成波导,并将邻近缺陷空气孔设为矩形,通过分析矩形孔尺寸对波导的带隙结构、群速度的影响,确定孔尺寸;研究缺陷宽度对缺陷模式的影响,并通过优化将缺陷模式频率移到目标频率338 GHz处,最终在布里渊边界处实现了c0/1543(c0=3×108m/s)的低群速度,证明了矩形缺陷光子晶体太赫兹波导良好的慢波特性。     

二维光子晶体的能带及慢光特性研究

通过二维方形与二维三角晶格光子晶体光纤能带的对比,选取二维三角晶格作为研究对象。介电常数的周期性在光子晶体中可以形成特殊的光子禁带,进而控制光子的运动状态。基于此,提出了一种单线缺陷光子晶体波导结构,通过分析其含有线缺陷时的能带结构及其色散关系、对群速度的影响等,使其有效慢光区域的GVD位于105～106量级。通过动态...     

二维光子晶体窄带滤波器研究

由于光子晶体存在带隙,只要在完整的二维光子晶体中引入线缺陷,那么原来处于禁带处特定波长的光也能沿着形成的波导传播,从而该光子晶体就具备了滤波的功能,再在线型波导的一侧设计个点缺陷,利用时域有限差分法分析发现,在缺陷处耦合出来的光不仅仅光强增大了,而且半高宽也变小了,这就与窄带滤波器的功能十分吻合。此外,只要根据光子晶体的晶格常数和椭圆介质柱的半径与窄带滤波器的中心波长关系,通过调整光子晶体的晶格常数和介质柱的半径,就可以改变窄带滤波器的中心波长。     

一维光子晶体慢光波导的FDTD研究

设计了一种新型一维光子晶体慢光波导结构。在常规波导一侧进行了特殊的设计,使波导具有周期性结构,从而具有特殊的色散关系,获得慢光效应。基于麦克斯韦方程利用平面波展开法对光子晶体慢光波导的色散关系进行了分析,获得了波导模以及相应的慢光频率。并利用时域有限差分法（FDTD）对脉冲在波导的传播进行了时域上的模拟,对慢光效应进行验证。     

混合表面等离子体光子晶体波导

构建了一种金属-绝缘体-半导体混合表面等离子体结构,基于时域有限差分法验证了该结构在归一化频率0.243~0.271 (a/λ) 范围内具有明显的TM模式带隙。在二维光子晶体层移除或改变中间行空气孔半径构成线缺陷,形成混合波导结构1和2。分析表明,入射光频率位于带隙内的光子能量被很好的局域在低折射率层中,且只能沿线缺陷传输。当入射波长为1550nm时,两种波导的传输距离分别为18.41μm和15.70μm,群速度极值分别为0.186c和0.166c,品质因数FoM达到384.74和1042.50。此波导能通过光子晶体层的线缺陷控制低折射率层SPP的传输路径,为波导器件的研究提供了有效的理论基础和依据。     

Flatband Slow Light in Asymmetric Line-Defect Photonic Crystal Waveguide Featuring Low Group Velocity and Dispersion

In this paper, an asymmetric photonic crystal (PC) waveguide is proposed for slow light transmission. A row of air holes is removed to form a line-defect waveguide, and the lateral symmetry of the waveguide is broken by shifting the holes in the PC cladding on one side along the waveguide axis. Two structural parameters are carefully adjusted: the amount of shift compared with the array of holes in the cladding on the other side, and the radius of the holes closest to the waveguide core in the shifted PC cladding. In the asymmetric waveguide, it is possible to obtain flat band modes with low group velocity (c/50) and low dispersion (on the order of 10⁴ ps²/km) over a signal bandwidth of 40 GHz. The delay-bandwidth product (DBP) of the proposed slow-light device is analyzed and compared with the DBP of the PC waveguides reported in literatures. We find that our structure yields a significant increase in DBP, and improves the effective bandwidth in which we can obtain slow modes with both low group velocity and vanishing dispersion.