硫系60°弯曲光子晶体波导结构优化及传输特性研究

通过平面波展开法(PWE)计算硫系光子晶体带隙并采用时域有限差分法(FDTD)模拟硫系60°弯曲光子晶体波导的传输特性,在波导弯曲部分线缺陷处添加小空气孔缺陷,提高了其带宽和透光性。在60°弯曲区域线缺陷外边缘处引入2个对称空气孔,通过改变其半径来改善波导传输效率。模拟结果表明,当引入半径为0.54R的空气孔时,传输带宽由初始的60 nm提高到161 nm,但此时透射率波动性较大。在此基础上在弯曲线缺陷中心处又引入若干个空气孔,当引入3个半径为0.48R的空气孔时,此种结构不但提高了波导的传输效率,并且使传输带宽增加到340 nm。将单个60°弯曲波导优化结构应用于连续60°弯曲波导中,研究结果表明连续弯曲波导的传输效率得到显著提高。     

复合介质柱缺陷光子晶体波导透射谱的研究

为了更好地利用光子晶体的导光和滤波性质,采用时域有限差分方法研究了在光子晶体波导中引入复合层状介质柱缺陷后,复合层状介质层的材料在折射率、厚度等参量改变时,2维光子晶体透射率随入射光频率变化的关系.结果表明,随着介质柱半径及折射率的增大,透射谱中导带内出现更多模式的缺陷态,当介质柱半径接近光子晶体空气柱半径时,可以产生频率范围更大的导带,介质柱折射率比较大时,会在导带内形成窄的禁带.实际应用时可根据具体需要调节.该研究为利用光子晶体制作滤波器和光开关等器件提供了理论基础.     

复合介质柱缺陷光子晶体波导透射谱的研究

为了更好地利用光子晶体的导光和滤波性质,采用时域有限差分方法研究了在光子晶体波导中引入复合层状介质柱缺陷后,复合层状介质层的材料在折射率、厚度等参量改变时,2维光子晶体透射率随入射光频率变化的关系。结果表明,随着介质柱半径及折射率的增大,透射谱中导带内出现更多模式的缺陷态,当介质柱半径接近光子晶体空气柱半径时,可以产生频率范围更大的导带,介质柱折射率比较大时,会在导带内形成窄的禁带。实际应用时可根据具体需要调节。该研究为利用光子晶体制作滤波器和光开关等器件提供了理论基础。     

二维光子晶体波导分波效率的优化

基于自成像效应(SIE)的多模干涉(MMI),设计了一种二维光子晶体波导二端口分波器.采用时域有限差分法和平面波法作为研究工具,从理论上分析了这种器件的特性,在一定耦合长度下研究光在输出端的透射率,结果表明,选择适当的耦合长度可以使光在两个端口高效率输出.进一步研究得知,通过改变器件内部一个介质柱的半径,可以提高光在输出端的透射率.     

空气孔型光子晶体带隙及波导耦合特性研究

为了研究2维三角晶格空气孔型光子晶体TE模和TM模偏振的禁带宽度与介质柱半径的变化关系,采用平面波展开法数值计算和分析了空气孔型光子晶体的带隙分布及波导耦合特性。结果表明,光子禁带的宽度会随着介质柱半径的大小而变化,束缚在光子晶体中的光波可以在波导和谐振腔中高效率地传输,达到选择输出光波的目的。这种特性在光学集成电路中具有重要而潜在的应用价值。     

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。     

光子晶体波导传输特性研究

在完整二维光子晶体中引入线缺陷后,就形成了二维光子晶体波导。将时域有限差分方法(FDTD)用于光子晶体波导传输特性研究,计算了光子晶体波导的透射率频率分布,给出不同结构的光子晶体波导的光场分布及能流密度示意图。     

内置金属/电介质同心圆柱的金属孔阵列结构强透射特性

采用有限时域差分(FDTD)法研究了内置金属/电介质同心圆柱结构的材料属性、半径及其相对高度对金属孔阵列强透射特性的影响.发现该结构与内置单一金属、单一电介质和电介质/金属三种不同的同心圆柱结构相比较,光的透射性能得到显著的增强;这种内置金属/电介质同心圆柱结构具有进一步增强表面等离激元与局域表面等离激元共振耦合作用.结果表明,金属、电介质的材料属性对强透射特性影响明显,当金属圆柱为Au、电介质圆柱折射率较小时,其透射性能较好;圆柱半径是影响透射率与共振峰位置的主要因素,半径越大,共振峰红移越明显,但其透射率先增大而后持续减小.同时,金属/电介质圆柱的相对高度也影响透射率大小,当金属圆柱高度为60 nm时,其透射性能较好.     

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.     

基于粒子群优化的生物传感器灵敏度特性分析

为了提高空气孔结构光子晶体生物传感器的归一化透射率,利用粒子群优化(PSO)算法对其结构参数进行多维空间全局优化。以散射空气孔、耦合空气孔和内部空气孔的半径作为被优化变量,并根据位置—速度更新公式进行优化;进而分别将光子晶体全芯片、耦合空气孔和内部空气孔作为传感区域,对优化后的结构进行传感特性分析。结果表明,优化后,该传感器的归一化透射率由54%提高到92%;在传感特性分析中,其谐振波长的漂移量与生物样本折射率的变化成近似线性的关系,且将内部空气孔作为传感区域时的灵敏度要明显高于将全芯片和耦合空气孔作为传感区域的灵敏度,可达950nm/RIU。该结构的优化方法对其他功能器件或集成光波导器件的设计和研究具有一定的指导意义。