含有多缺陷的光子晶体中的局域缺陷模

采用紧束缚法,研究含有缺陷的光子晶体中的缺陷模,导出了缺陷模频率方程。作为特例,采用转移矩阵法,数值计算了含有三个缺陷的一维光子晶体的透射谱和与光子带隙中缺陷模频率对应的光场强度分布,讨论了缺陷间的相互作用对缺陷模的影响。结果表明:当光通过含有多个半波缺陷的光子晶体时,在透射谱的禁带中出现缺陷模,缺陷模的数目与半波缺陷数目相同,而缺陷模频率的间隔随着半波缺陷间隔层数的增加而减小,最后形成一个缺陷模通带;与缺陷模频率对应的光场分布为局域状态,并发现局域光场峰值出现在缺陷邻近层。     

负折射率缺陷层光子晶体的缺陷模和光学增强

研究了缺陷层为负折射率材料的一维光子晶体的带隙结构.研究结果表明：与缺陷层为正折射率材料的同类型结构相比,负折射率材料缺陷模的宽度变宽,且随着缺陷层厚度的增加,缺陷模向高频（短波）方向移动,缺陷模的移动速度也大.同时研究了负折射率缺陷层位置的不同对光子晶体透射特性的影响以及光学增强效应.     

含负折射率材料的1维光子晶体掺杂缺陷模研究

为了研究含有负折射率材料的光子晶体掺杂缺陷模的光学传输特性,利用传输矩阵理论进行数值分析。采用插入和替代两种方式对排列整齐的光子晶体进行掺杂,产生了缺陷模式。结果表明,引入正折射率缺陷只能在布喇格带隙中产生缺陷模,引入负折射缺陷能够同时在全方位光子带隙和布喇格带隙中产生缺陷模。同时研究了掺杂方式、入射方向、缺陷厚度、缺陷位置、缺陷类型对缺陷模式的影响,并对含有两层缺陷的光子晶体进行研究,得到两缺陷层的距离与带隙产生的关系,即距离越近越容易产生缺陷模式,且缺陷模的深度越深。这对于制造新型的全方位滤波器是有指导作用的。     

含负折射率材料的1维光子晶体掺杂缺陷模研究

为了研究含有负折射率材料的光子晶体掺杂缺陷模的光学传输特性,利用传输矩阵理论进行数值分析.采用插入和替代两种方式对排列整齐的光子晶体进行掺杂,产生了缺陷模式.结果表明,引入正折射率缺陷只能在布喇格带隙中产生缺陷模,引入负折射缺陷能够同时在全方位光子带隙和布喇格带隙中产生缺陷模.同时研究了掺杂方式、入射方向、缺陷厚度、缺陷位置、缺陷类型对缺陷模式的影响,并对含有两层缺陷的光子晶体进行研究,得到两缺陷层的距离与带隙产生的关系,即距离越近越容易产生缺陷模式,且缺陷模的深度越深.这对于制造新型的全方位滤波器是有指导作用的.     

光在双缺陷一维光子晶体中的传播特性

利用转移矩阵法分析具有缺陷层的一维光子晶体的传递函数并进行了数值模拟.由于缺陷模之间的相互作用,其传递函数受到缺陷层折射率的影响,定义了缺陷模之间相互作用的关联甬数以及缺陷模的相对折射率函数,进而分析了关联函数和缺陷模折射率的关系.通过模拟仿真,确定了光在双缺陷一维光子晶体中的传播特性.     

含负折射率材料一维掺杂光子晶体的缺陷模特性研究

采用光学传输矩阵给出了含负折射率材料一维掺杂光子晶体的特征矩阵,研究了缺陷模的相关特性,经数值模拟计算得出：改变负折射率的大小、杂质的吸收系数和厚度,缺陷模的中心频率位置不变,缺陷模透射率随负折射率的减小而降低,透射谱的频率宽度也逐渐减小,同时缺陷模的半高宽度随消光系数和杂质厚度增大而增宽。光子晶体的这些特性将为光的传输控制、全反射镜和滤波器的设计等提供理论依据。     

含色散负折射率缺陷一维Sinc函数型光子晶体的光学传输特性

应用传输矩阵法对含色散负折射率缺陷一维sinc函数型光子晶体的光学传输特性进行了研究。结果表明:含色散负折射率缺陷的sinc函数型光子晶体比含同样缺陷的余弦函数型光子晶体具有更宽阔的光子禁带;该光子晶体的禁带宽度随着介质层折射率nB(0)、nA(0)或半周期厚度的增大迅速收缩变窄,缺陷模消失;当光波入射角增大时,禁带宽度变宽,缺陷模与禁带一起红移;计算还发现该禁带结构对色散负折射率缺陷层的位置变动十分敏感;但是,缺陷层厚度的变化不会改变禁带的位置和宽度,此时缺陷模会随着缺陷层厚度的增大向着禁带中心移动。这些结论对一维函数型光子晶体的设计具有重要参考意义。     

含双缺陷光子晶体的缺陷模特性及应用

利用传输矩阵法,计算了含双缺陷的一维准周期光子晶体的透射谱,并分析了缺陷模的特征。结果表明:当两缺陷层的折射率为1时,该光子晶体的透射谱有一包含可见光所有波长的带隙。而当两缺陷层的折射率为1.1时,原带隙中产生了一缺陷模,且此缺陷模的位置和透射峰值都随两缺陷层折射率不同而变化。折射率越大,缺陷模位置对应的波长越长,缺陷模的峰值也越大。利用缺陷模的这一特性,可以设计一种微型的烟雾传感器。     

负折射率缺陷层的一维各向异性光子晶体缺陷模特性

本文提出了负折射率缺陷层的一维各向异性光子晶体结构,利用传输矩阵的方法给出了TE波和TM波的透射率,结果表明在TE波中出现两个及多个缺陷模,TM波存在单缺陷模,两种偏振状态不同的透射波的缺陷模能分开,得出了光通过负折射率缺陷层的一维各向异性光子晶体后TE波和TM波随入射角的变化特性、随缺陷层厚度的的变化特性。这些特性用于光子晶体多通滤波、光子晶体偏振和激光谐振腔等器件的设计具有重要意义。     

峰值折射率对正弦型函数光子晶体缺陷模的影响

为了分析峰值折射率对1维正弦型函数光子晶体缺陷模的影响,首先对折射率按正弦规律变化的介质进行离散化,然后应用传输矩阵法计算了1维光子晶体(AB)mC(BA)m的透射谱,分析了各介质层的折射率峰值对该结构1维正弦型函数光子晶体缺陷模的影响。结果表明,随着峰值折射率的增大,缺陷模红移,且频率越高缺陷模红移现象越明显;低折射率介质的峰值折射率对缺陷模频移的影响比较显著。这一结果对光子晶体的设计有一定的参考价值。     

一种缓变结构一维光子晶体的缺陷模研究

利用传输矩阵方法,研究了单折射率层缓变准周期结构一维光子晶体存在不同缺陷时的缺陷模。结果表明,当该准周期结构中存在缺陷时,引入了缺陷模,且缺陷模与缺陷层的位置和结构参数相关。缺陷层不同,缺陷模的位置及共振透射峰也不同。随着缺陷层光学厚度的增大,缺陷模波长向长波方向移动。     

材料色散对1维光子晶体缺陷模影响的研究

为了分析材料色散对缺陷模的影响,对色散材料采用洛伦兹振子模型,利用传输矩阵法计算了含缺陷1维光子晶体的透射谱,分析了各层的色散对该结构1维光子晶体缺陷模的影响。结果表明,无论是高、低折射率介质还是缺陷层的色散都可以引起缺陷模的频移或分裂;缺陷模的频移方向与考虑色散后光学厚度的变化有关,如果光学厚度增大,则发生红移,反之则发生蓝移;低折射率介质的色散使缺陷模频移的效果最显著。这一结果对光子晶体的设计和研究有一定的参考价值。     

基于厄米-高斯函数法研究1维光子晶体波导

为了对折射率型1维光子晶体缺陷波导中的光传输进行有效数值模拟,采用此类型波导的厄米-高斯函数展开方法进行了研究。首先给出了计算方法的详细理论推导,然后利用该方法计算了偏振态不同、结构参量不同的情况下波导本征模式的色散关系、模场空间分布、能量控制因子及等效折射率。结果表明,1维光子晶体缺陷波导与阶跃平面光波导主要差别在于高阶模式,且可通过调节1维光子晶体的结构参量来有效调控高阶模式的传输。     

双缺陷光子晶体禁带结构特性研究

用特征矩阵法研究了带有双缺陷的一维光子晶体的禁带结构特性。由于两缺陷间存在相互作用,其禁带结构的性质受到两缺陷间隔光学厚度及缺陷层折射率的影响。定义了描述两缺陷间相互作用强弱的关联系数,进而分析了关联系数与两缺陷层间相隔光学厚度及缺陷层折射率的关系。通过数值计算和计算机模拟,确定了光子晶体结构的特征间隔光学厚度。     

含负折射率缺陷的正负交替光子晶体的缺陷模

利用光学特征矩阵方法,研究了含负折射率缺陷的正负折射率交替一维光子晶体缺陷模的相关特性。研究表明：当缺陷层的光学厚度不变时,随着缺陷层折射率的增加,分布在禁带中心两侧的缺陷模分别向临近的禁带边缘方向移动,并与透射谱形成连续的透射带,随着折射率的增加,透射带的透射率逐渐增加,其半高宽度逐渐减小;而当缺陷层折射率不变时,随着缺陷层的光学厚度增加,缺陷模向长波方向平移,同时缺陷模的个数也随之增加,而由缺陷模和透射谱连成的透射带的带宽逐渐减小。与正折射率缺陷情形相比较,负折射率缺陷层可以获得更多的缺陷膜。     

Micro-structured fiber Bragg gratings. Part II: Towards advanced photonic devices

In this paper, the authors present new and complex configurations involving micro-structured fiber Bragg gratings (MSFBGs) as advanced devices for sensing and communications applications. First, the spectral behaviour of multi-defect MSFBGs is investigated with particular regards to the possibility to carry out multi-parameter sensor by a single sensing element. More defects along the grating permit the formation of more defect states inside the band-gap ruled by the multiple interaction of the signal reflected by the unperturbed grating regions modulated by the phase delays of the perturbations. Here, a practical case based on a two-defect MSFBG is taken into account, revealing the potentiality to perform dual SRI measurements with a single MSFBG device. Finally, a novel configuration has been considered involving a single-defect MSFBG coated with nano-sized coatings with higher refractive index compared to the cladding one. The presence of a high refractive index coating along the thinned region would induce the mode redistribution and the transition from core modes to overlay modes if coating features are properly selected. Here, sensitivity characteristics of the proposed device are analysed and significant improvement in the sensing performances have been obtained, including the possibility to tune the maximum sensitivity in the desired range.     

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。