光子晶体慢光波导色散曲线的FDTD计算

首先介绍了光子晶体的原理,以及光子晶体波导在现代光通信中的应用.设计了一种新型的光子晶体慢光波导结构,基于麦克斯韦方程利用有限时域差分法对光子晶体慢光波导的色散关系进行分析,并利用FDTD进行仿真验证.     

Ge_(20)Sb_(15)Se_(65)硫基光子晶体平板波导的宽带慢光特性研究

通过改变最内层两排空气孔的半径,研究了Ge20Sb15Se65硫基光子晶体平板波导的宽带慢光特性。利用三维平面波展开法,通过计算得到波导的能带结构、群折射率和色散,并分析了它们与内层空气孔半径大小的关系。同时优化第一层和第二层空气孔的半径大小,得到了群速度色散为零的对称型硫系光子晶体波导结构,并在20%的变化范围内获得大小分别为125、40和18的群折射率,对应通信波长处的带宽分别为1.7、5.6、9.7 nm,并讨论了折射率对光子晶体波导慢光性能的影响。并为高非线性、低色散的宽带慢光硫基光子晶体平板波导器件的设计及制备提供了理论基础。     

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。     

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.     

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。     

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...     

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...     

基于慢光效应的解波分复用器的设计与研究

为了设计一种基于正方晶格光子晶体波导的三端口解波分复用器,利用光子晶体的光子带隙特性和光在光子晶体慢光波导中的传输特性,并采用平面波展开法及时域有限差分法对解波分复用器的特性进行了理论分析,数值计算了解复用器的空间和光谱分布特性。结果表明,调整波导中与波导紧邻的第1排柱子的位置,使三部分波导中传输的慢光频率发生改变,通过合理的结构设计,利用慢光模式传输的特点将不同频率的光从不同的输出端输出,可实现解复用的目的。     

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。     

环形结构塑料光子晶体光纤色散特性分析

利用有限差分光束传播法模拟了光波在环形结构塑料光子晶体光纤内的传输情况,讨论了基模有效折射率与光纤结构的关系,并分析了色散特性随孔间距、孔大小变化的一般规律,发现塑料光子晶体光纤的总色散主要来自材料色散,尤其在短波长范围内材料色散更是居于主导地位,但随波长的增大波导色散逐渐增大,可以设计零色散波长位于可见光波段的塑料光子晶体光纤,此光纤也能很好地应用到非线性领域.     

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.     

Study of the photonic crystal waveguide based on 2D compound lattice structure

By employing 2D plane wave expansion （PWE） and finite difference time domain （FDTD） methods, a photonic crystal waveguide （PCW） based on the compound square lattice structure is presented. Band-gap can be observed for TM polarization and compared with the simple lattice structure based on the same material the band-gap is increased by 62.7%. By optimizing the parameters we get the PCW with the propagation only near the wavelength of 1.55 μm and a flat group index curve in a wide wavelength range of 40 nm. And the group velocity dispersion compensation can be realized by the structure optimization. The results provide a reference for the study and application ofphotonic crystal waveguide based on the compound lattice structure.     

入射光频率变化对负折射现象的影响

以硅的圆形介质柱在空气中组成二维六边形排列结构的光子晶体为例,研究了入射光频率变化对光子晶体负折射现象的影响.利用时域有限差分法(FDTD)并通过模拟仿真给出了两者之间的规律,同一光子晶体中,在可产生较明显负折射现象的入射光频率范围内,折射光的偏转角度随入射光频率的增大而减小;随着入射光归一化频率逐渐变小,增加光子晶体的波导宽度可产生较明显负折射现象.要得到折射率为-1的情况,则入射光归一化频率越小,光子晶体的波导宽度要相应越大.     

One-Dimensional Photonic Crystal Rib Waveguides

We analyze an optical waveguide that consists of a 1D photonic crystal (PC) embedded in a large cross-sectional rib waveguide. The PC provides control over the dispersion properties of the waveguide, while the rib geometry provides a low loss and versatile mechanism for confining light. The structure is analyzed using the 3D finite-difference time-domain method. The simulation results indicate that extremely low-loss waveguiding is possible over a defect band. Moreover, the PC has a complete 1D photonic band gap with a gap-midgap ratio (Deltaomega/omega_mid) of 0.913, which is one of the largest ratios ever reported for a PC.