两端镜像对称缺陷三元光子晶体的特性研究

运用光学传输矩阵理论,研究了两端镜像对称缺陷层一维三元光子晶体的光传输特性,并比较了一维三元光子晶体与一维二元光子晶体的禁带特性.数值模拟结果得出:一维三元光子晶体的禁带明显宽于二元光子晶体;且在三元光子晶体两端加相同缺陷层后,禁带展宽的同时出现了多个窄的透射峰.考察了影响透射峰的主要因素,缺陷层的折射率越大,透射峰越尖锐;缺陷层的光学厚度在500 nm到800 nm范围内,缺陷层的光学厚度越大,透射峰越尖锐,且向长波方向移动;光子晶体的周期数越大,透射峰越尖锐,且透射峰的个数增加.这种结构可用来实现多通道窄带滤波器,通过调节各个参数可得到所需要的波长以及通道数目的窄带滤波器.     

复介电缺陷层镜像对称1维光子晶体特性研究

为了研究关于复介电常量缺陷层镜像对称的1维光子晶体的带隙结构和光传输特性,利用传输矩阵法,讨论了缺陷层的复介电常量的虚部为负值且光学厚度为λ0/2的情形对传输特性的影响。结果表明,当在光子晶体加入复介电常量的缺陷层后,在靠近光子带隙边缘,出现了较强的透射峰增益;随着缺陷层复介电常量的实部和虚部的增加,透射增益先增加后减少,中间存在一极值点,但缺陷膜的位置和高度不受复介电常量的实部和虚部的影响。这一结果为光子晶体同时实现超窄带滤波器和光放大微器件提供了理论基础。     

具有复介电缺陷一维三元光子晶体禁带特性的研究

运用光学传输矩阵理论,研究了具有复介电常量缺陷层一维三元光子晶体的禁带特性.数值模拟结果得出:含有单缺陷的一维三元光子晶体的禁带中出现透射峰A和透射峰B,缺陷层复介电常量的虚部对透射峰B的影响很大.虚部为正时,表现为对透射峰B的吸收,随着虚部的增加,透射峰B逐渐降低;虚部为负时,表现为对透射峰B先增益然后吸收,随着虚部的增加,透射峰B先增加后减少.但缺陷层复介电常量虚部的变化对透射峰A基本不影响.本研究为光子晶体同时实现双通道滤波器和放大器提供理论参考.     

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.     

复介电右手材料和左手材料构成的光子晶体的特性研究

利用传输矩阵法矾究了复介电右手材料和左手材料构成的光子晶体的带隙结构和光传输特性。研究结果表明：一维右手材料和左手链料均成的光子晶体具有宽骜带的特点,禁带中出现多个共振透射峰。当组成该光子晶体的右手材料为复介电且其虚部为负时,各其振透射模式都出现了较强的增益,耳虚部的绝对值较小时,增益随着波长的增加呈指数减小。而虚部的绝对值较大时,增益与波长的关系近似呈倒“V”形状。随着复介电常量的虚部绝对值的增加,各透射增益先增加后减少,中间存在一极值点。而当组成该光子晶体的右手材料的复介电虑部为正时,表现为对各共振透射模式的吸收,且吸收随着波长的增加呈指数增加。这一结果为光子晶体同时实现多通道超窄带滤波器和光放大微器件提供了理论基础。     

对称结构的一维三元光子晶体滤波特性的研究

构造了形如(AB)N1(BA)N2的具有对称结构的一维三元光子晶体,并利用光子晶体的传输矩阵法进行了数值计算.发现这种对称结构的光子晶体透射谱中主禁带内存在极窄的单透射峰,与在这种对称结构的光子晶体中引入一定尺寸范围的缺陷层有相似的效果,并分析了这种光子晶体主禁带内的透射峰位置λ,起始位置λ1和终止位置λ2随所取周期数Ni(i=1,2)、折射率nj(j=1,2,3)和厚度a、b、c的变化规律,得出在小范围内可以近似认为它们均成线性变化和N1=N2=7为理论最优化周期数的结论.利用这些性质在一束波长范围在2280～2396 nm的混合光中,用折射率n1为1.378、厚度a为159 nm的氟化镁,折射率n2为2.356、厚度b为200 nm.的硫化锌,以及折射率n3为4.100、厚度c为400 nm的碲化铅为光子晶体材料,通过调节参数变化,提取出了需要的波长为2351 nm的光,滤波效果很好.     

两端对称复缺陷对光子晶体透射特性的激活效应

为研究和设计高品质、高性能的光学滤波、光学放大、光学衰减和全反射镜等器件,通过计算模拟的方式,研究两端对称复缺陷对光子晶体C(AB)n(BAB)(BA)nC光传输特性的激活效应,研究表明:在对称结构光子晶体的两端置入缺陷C,当缺陷C为实介质时,光子晶体透射谱中出现多条透射率为100％的分立透射峰.当C中掺入具有增益放大效应的杂质形成含负虚部的复折射率缺陷时,透射谱中各分立透射峰的透射率均出现增益放大现象,而且缺陷层复折射率的虚部或实部对透射峰的增益放大倍数均具有调制作用,随着缺陷层复折射率的负虚部或实部增大,透射增益放大倍数先增大,达到极大值后再减小,增益放大倍数最高达可达104数量级.当C中掺入具有衰减效应的杂质形成含正虚部的复折射率缺陷时,透射谱中各分立透射峰均出现透射率衰减现象,而且缺陷层复折射率的虚部或实部对透射峰的衰减倍数也具有调制作用,随着缺陷层复折射率的正虚部增大,各分立透射峰的透射率不断衰减,直至透射率趋于零,出现全反射或全吸收现象.两端对称复缺陷对光子晶体光传输特性的调制规律,可为新型光学器件的研究与设计提供理论参考.     

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。     

一种准周期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.研究表明,无论缺陷层是替代高折射率层,还是替代低折射率层,都会引入缺陷模,且缺陷模与缺陷层的位置和结构参数相关.缺陷层位置不同,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.但缺陷模品质因子却随缺陷层替代不同的折射率层而存在差异,这一差异是同所计算的一维光子晶体自身的结构相关的.     

两端对称缺陷对对称结构光子晶体透射谱的影响

通过传输矩阵法理论,研究两端对称缺陷C对一维光子晶体ACmB(AB)n(BA)nBCmA透射谱的影响,发现:当无缺陷C时,透射谱符合镜像对称结构光子晶体的透射谱特征。当引入缺陷C后,随着缺陷折射率nC的增大,禁带中的透射峰逐渐变宽的同时向高频方向移动。缺陷周期数m及其光学厚度DC对透射谱的影响,在数值上具有明显的奇偶特性,m为奇数或DC为奇数倍时,禁带中心均出现一个较宽的通带,且通带宽度随着m或DC的增大逐渐变窄,而且通带上方的振荡加快,但通带中心所处频率位置不变;m为偶数或DC为偶数倍时,禁带中心均出现一条细窄缺陷模,且缺陷模的宽度随着m或DC的增大缓慢变窄,但其位置不变;两端对称缺陷对对称结构光子晶体透射谱的调制规律,为光子晶体设计窄带、宽带光学滤波器或光开关等提供指导。     

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。     

基元介质数对光子晶体光传输特性的调制

运用传输矩阵法理论,通过计算机计算模拟,研究基元介质数对光子晶体光传输特性的调制规律,结果表明:无论是标准结构还是对称结构光子晶体,透射谱中均出现一条带宽很宽的主禁带,而且不同基元介质数光子晶体的主禁带带宽不一样。对于标准周期结构光子晶体(AB)m、(ABC)m和(ABCD)m,主禁带中不出现透射峰,但随着基元介质数增加,主禁带的带宽发生变化,而且主禁带两侧会出现若干条分立透射峰。对于对称结构光子晶体(AB)m(BA)m、(ABC)m(CBA)m和(ABCD)m(DCBA)m,主禁带中恒定出现一条透射率为100 %的窄透射峰,随着基元介质数增加,主禁带中窄透射峰条数及其透射率保持不变,但主禁带及其中窄透射峰的带宽会变窄,同时主禁带两侧会出现若干条分立透射峰,而且分立透射峰的条数多于标准周期结构光子晶体主禁带两侧的透射峰条数。基元介质数对标准周期结构和对称结构光子晶体透射能带谱的调制规律,对新型光学滤波器、光学开关等器件的研究和设计具有一定的理论参考价值。     

Sharp Fano resonance in 2D photonic crystal and the applications

Fano resonance is realized theoretically in a photonic crystal. The structure is composed of a cavity side coupled to a partially transmitting waveguide. By optimizing the structure parameters, asymmetric sharp Fano resonance transmittance spectrum is achieved with quality factor of 2 213, extinction ratio of 57 dB and peak loss of 0.2 dB. The sharp spectrum can be used in sensor applications. Such as pressure sensor, the pressure sensitivity is about 9.15 nm/GPa. and for refractive index sensing application, the sensitivity is about 800 nm/RIU, and the maximum of figure of merit can reach 1 000. Besides, this sharp Fano resonance based on photonic crystal has potential applications in optical switches, filters etc. And it can be integrated into optical communications and optical integration circuits.     

不对称级联结构光子晶体的透射特性

通过传输矩阵法理论,计算和研究不对称级联结构光子晶体的透射特性,结果表明:对于级联镜像对称结构光子晶体,透射谱的禁带中出现单条透射率为100%的透射峰,随着级联数目增大,单透射峰越来越精细并快速向长波方向移动,产生蓝移现象,但透射峰的透射率不变。对于不对称级联结构光子晶体,随着级联数目或级联周期不对称度增大,透射谱中单透射峰的透射率迅速下降,同时透射峰的位置随禁带缓慢向短波方向移动,产生红移现象;随着级联结构不对称度增大,透射谱中单透射峰的透射率缓慢下降,同时透射峰的位置快速向短波方向移动,产生红移现象。不对称级联结构光子晶体的透射特性,对光学滤波器、光学全反射镜和光学开关等器件的研究和设计有一定的指导价值。     

基于Y缺陷的改进型光子晶体光分路器

提出一种Y缺陷的改进型光子晶体光分路器,以提高输出端的透射率。在完整的二维光子晶体中引入线缺陷,构成1×4的Y型光子晶体光分路器。通过调节第一分支处的4个介质柱的半径,使其每个输出端口具有更高的透射率。同时,通过改变第二分支处的1个介质柱的半径,可以实现输出端口的高透射率和输出光能量的灵活调节。Y缺陷光子晶体光分路器可以广泛应用于未来的光路集成、集成光学、微光信息处理和光通信领域。     

A compact dual-band bandpass filter based on porous silicon dual-microcavity of one-dimensional photonic crystal

We demonstrate a laser-diode(LD)pumped actively Q-switched laser with Nd:Sc0.2Y0.8Si O5(Nd:SYSO)crystal for the first time.A stable actively Q-switched laser is obtained at dual wavelengths of 1 075.2 nm and 1 078.2 nm.The maximum average output power of 720 m W is obtained at the repetition rate of 15 k Hz under the pump power of8.7 W.The minimum pulse width of 58 ns is obtained at the repetition rate of 5 k Hz under the pump power of 8.7 W,corresponding to the peak power of 1.9 k W and the pulse energy of 112μJ.     

二维光子晶体带隙结构透过率的研究

计算了二维光子晶体TM模透射率频率分布,并用FDTD+PML边界方法对光子晶体传输特性进行分析,直观地给出了光在光子晶体中的光场分布,分析了不同网格精细度和晶体层数对于透过率的影响。     

Electrotunable Non‐reciprocal Laser Emission from a Liquid‐Crystal Photonic Device

A liquid crystal (LC) photonic device with an anisotropic optical heterojunction structure has been fabricated. The device has a phase‐retarding nematic LC (NLC) layer sandwiched between two polymer cholesteric LC films with right‐handed helices of different pitches. Electrotunable non‐reciprocal light transmittance and unidirectional circularly polarized (CP) lasing emission have been successfully demonstrated for this device structure. Two left CP (LCP) lasing emission peaks are observed at the edges of the overlapping region between the two photonic bands in the structure and are shifted upon the application of a voltage. In contrast, a non‐reciprocal right CP (RCP) lasing emission peak emerges at one of the band edges and diminishes upon the application of a voltage. These phenomena are interpreted based on the selective reflection of RCP light and the reorientation of the NLC molecules by the application of a voltage.     

相位图法研究光子晶体的禁带

给出了一种判断一维光子晶体禁带位置的相位图,利用扩展相位图可方便地描述光子晶体的禁带位置和禁带特征.研究发现,当光子晶体为1/4波片层堆时,光子晶体的禁带最宽;若要进一步展宽禁带,需提高构成周期单元的两种介质的折射率比.对于一般的光子晶体,若周期单元中两种介质的光学厚度不等,则其禁带中心将偏离中心频率的整数倍.此外还研究了禁带中心区的透射率,给出了中心频率附近透射率的一级近似解析解,并由此定性讨论了Fabry-Perot腔的谱线宽度和品质因子.