水下光通信光子晶体多峰滤波器的研究

利用传输矩阵法设计了蓝绿波段的光子晶体多峰滤波器,并研究了影响多峰滤波器的多种因素.结果表明:适当选取光子晶体结构参数,可将透射波段波长移到蓝绿光波段,设计出多峰光子晶体滤波器,适用于多路信号同时传输或双向同时传输.通过对双峰滤波器的优化,可设计出窄带双峰光子晶体滤波器,使多路信号之间干扰小,信噪比也得到改善.     

一维光子晶体偏振滤波器通道数的影响因素研究

光子晶体偏振滤波器是利用光子晶体带隙特性来控制信号光偏振状态的一种新型滤波器, 在光纤通信、光学传感测量、光学信息处理等领域均有重要应用。通道数多少是偏振滤波器设计的重要指标, 通道越多则信息容量越大, 越有利于系统的小型化微型化。利用光学传输矩阵法研究了影响一维光子晶体偏振滤波器通道数目的因素, 研究表明：(1）光子晶体缺陷层厚度是影响滤波器通道数目的关键因素, 通道数N与厚度D近似满足线性关系, 在500 ～650 nm波段函数关系为N=0.0035D+0.159; (2）缺陷层折射率nc的变化也会导致通道数改变, 折射率越大通道数越多;( 3）光子晶体单元层数和单元厚度改变不会影响滤波通道数, 但可以调节通道中心波长位置, 同时对偏振度和分离度也有影响。     

太赫兹波段正方晶格二维光子晶体传输特性的研究

应用平面波展开法研究太赫兹波段正方晶格二维光子晶体的传输特性,数值模拟得到了太赫兹波段圆柱组成正方晶格二维光子晶体的带隙变化和能态密度的分布规律,根据计算结果设计了（0.485~0.503）THz波段的滤波器。并且分析了当圆柱发生微小改变形成椭圆柱正方晶格二维光子晶体时的带隙特性,研究结果为太赫兹器件的开发提供了理论依据。     

光子晶体绿光滤波器的研究

利用传输矩阵法设计了一种适用于绿光波段的光子晶体窄带滤波器,并研究了影响滤 波器特性的多种因素。结果表明:适当选取光子晶体结构参数,可将滤波器的中心波长移到绿光波段的532nm处,谱线线宽可达0. 0131nm。此外,随着光子晶体周期层数的增加,线宽进一步变窄;当缺陷层厚度减小时,滤波器的中心波长向短波段移动而谱线宽度几乎保持不变;当入射角增大时,滤波器的谱线宽度变窄但变化幅度不大且在小角度范围( 0～3°)内宽度几乎保持不变。这种绿光窄带滤光器有望在蓝绿光通信中得到应用。     

对称和非对称结构1维光子晶体的滤波特性

为了得到1维光子晶体新的滤波特性,并把这种特性应用到滤波器的设计中,采用传输矩阵法计算了对称和非对称结构1维光子晶体的滤波特性,同时还分析了不同的折射率比对两种结构1维光子晶体滤波特性的影响。结果表明,对称结构1维光子晶体可实现窄带滤波功能,该结构的滤波器对入射角的选取是有限制的,不适于微弱信号的检测;且当多层膜系外层为高折射率时,透射带宽要窄些。非对称结构光子晶体则具有带阻滤波特性,与对称结构1维光子晶体最大的不同是改变膜系中高低折射率材料的顺序,其滤波特性没有变化。理论分析和数值模拟结果为设计窄带滤波器和带阻滤波器提供了依据。     

对称型正负交替-维光子晶体超窄带滤波器

构造了（AB）N1（BA）心对称型正负折射率交替一维光子晶体,并利用传输矩阵法进行数值模拟,研究了这种正负折射率交替-维光子晶体的能带结构与各参数之间的关系。结果表明：当两种材料的光学厚度相同时,该结构光子晶体比传统的光子晶体的带隙大得多,且在主禁带内有极窄的透射带。并利用此透射带,设计了一种在红外波段1550nm窗口3dB带宽可以做到0．000001nm以下,窗口内透过率接近100％的超窄带滤波器。该结构的光子晶体可以用作超窄带滤波器,有望在光通信超密集波分复用系统中获得广泛应用。     

对称型正负交替一维光子晶体超窄带滤波器

构造了(AB)N1(BA)N2对称型正负折射率交替一维光子晶体,并利用传输矩阵法进行数值模拟,研究了这种正负折射率交替一维光子晶体的能带结构与各参数之间的关系.结果表明:当两种材料的光学厚度相同时,该结构光子晶体比传统的光子晶体的带隙大得多,且在主禁带内有极窄的透射带.并利用此透射带,设计了一种在红外波段1550nm窗口3dB带宽可以做到0.000001nm以下,窗口内透过率接近100%的超窄带滤波器.该结构的光子晶体可以用作超窄带滤波器,有望在光通信超密集波分复用系统中获得广泛应用.     

光子晶体THz器件的研究进展

近年来,随着国际上掀起的太赫兹(Terahertz,THz)研究热,太赫兹科学技术的发展更为迅速.但是,对于THz的各种功能器件,利用基于经典电磁理论的微波技术手段或者利用基于量子理论方法的光学技术手段都遇到了很大的困难.90年代末,随着频率禁带处在THz波段的光子晶体(Photonic crystal,PC)制作方法和技术的提高,基于光子晶体的THz器件应运而生.为此,就国际上在光子晶体THz滤波器,光子晶体THz波导,光子晶体THz光纤和光子晶体THz谐振腔方面所做的主要工作和研究成果进行了较详细的论述分析及归纳总结,并对光子晶体THz器件未来的发展提出了几点看法.     

厚度误差对特定波段光子晶体温度传感器的影响

以工作在特定波段的光子晶体温度传感器作为研究对象,通过具体的数值模拟发现:温度变化时,基于光子晶体的热膨胀效应和热光效应,透射峰峰值保持不变,同时透射峰和光子带隙发生漂移。测量透射峰中心波长或光子带隙的起始波长即可得到光子晶体对温度变化的灵敏度。分析了介质层的厚度误差对光子晶体温感特性的影响。引入误差后,透射峰与光子晶体温度传感器的灵敏度保持不变,但透射峰的中心波长与光子带隙所在波段发生改变,从而影响了光子晶体温度传感器的工作波段。     

基于光子晶体波导的毫米波阻抗调配器研究

随着无线通信相关领域的发展,无线电波的应用频率已提高到毫米波频段,研究新型的毫米波阻抗调配器具有重要的实用意义。光子晶体因其有光子带隙的特点,在波导、谐振腔、滤波器等毫米波器件上有很大的尺寸优势。本文结合实际加工条件,利用电磁仿真设计了一种基于光子晶体波导的W波段阻抗调配器并对其进行优化,具有快速调配,适用范围广的优点。     

一种结构新颖的双通带滤波器的仿真设计

为使工作在多个分离频段的无线通信系统能够公用一个多模终端实现不同的业务需求,采用零极点综合技术抽取了滤波器的耦合矩阵,借助经验公式实现了普通波结构滤波器向基片集成波导滤波器的转换,最终设计了一个结构新型双通带滤波器。仿真结果表显示滤波器通带内回波损耗大于15dB,插损小于1.8dB,通带间隔离大于13dB。与传统矩形波导双通带滤波器相比,该滤波器具有成本低、重量轻、体积小和容易加工等优点。     

基于各向异性介质的多通道平顶偏振滤波器的设计

以含各向异性介质的中心对称膜层结构为对象,通过对光束入射角及各介质层结构参数的分析,设计了一种应用于密集波分复用(DWDM)系统的TM和TE偏振光均透射的平顶多通道偏振滤波器。给出了100GHz信道间隔的平顶偏振滤波器设计实例,其TM、TE偏振光的透射率均在99.999%以上,半高全宽(FWHM)分别为17.70GHz和19.14GHz,截止度分别约为35.74dB和33.40dB,且两偏振光的各透射窗口的中心频率均符合ITU-T标准。利用光学薄膜设计软件TFCalc对本文设计的结构进行了性能模拟,所得结果与利用传输矩阵法的理论结果几乎完全一致,验证设计此结构的可行性。最后,讨论了各介质膜层折射率对滤波器性能参数的影响。本文设计结构简单,用较少的膜层数就能实现高透射率的偏振滤波。     

基于一体成型介质谐振器的集成式滤波器

为了适应5G 及未来无线通信的发展,介质波导滤波器凭借损耗小、体积小、重量轻等优点,逐渐成为行业主流。然而,目前介质波导滤波器主要是通过在一体成型的高介电常数介质陶瓷结构上镀银来实现的,其实心结构导致后期的调试基本只能通过打磨表面银层来实现,这种调试方法不确定度高且不可逆。文中提出了基于一体成型介质谐振器的功能集成滤波器设计方法。设计中,将印刷电路板作为金属盖子的同时集成了额外的功能电路,成功引入了一对传输零点且实现了谐波抑制;一体成型介质谐振器结构部分镂空,便于在印刷电路板上安装调谐螺钉进行后期调试。文中设计、加工了一个集成式滤波器实例,并给出测试结果,验证了设计方法的可行性。     

Design and Modeling of a Nanomechanical Sensor Using Silicon Photonic Crystals

Conventionally a line defect in the photonic crystal (PhC) is used to create a waveguide for light propagation through the PhC. A PhC based filter is designed by introducing micro-cavities within the line defect so as to form the resonant bandgap structure for PhC. Such a PhC waveguide (PhCWG) filter shows sharp resonant peak in output wavelength spectrum. We proposed a suspended silicon bridge structure comprising this PhCWG filter structure. Since the output resonant wavelength is sensitive to the shape of air holes and defect length of the micro-cavity. Shift of the output resonant wavelength is observed for suspended PhCWG beam structure under particular force loading. In other words, the induced strain modifies the shape of air holes and the spacing among them. Such an effect leads to shift of resonant wavelength. Under optical detection limitation of 0.1 nm for resonant wavelength shift, the sensing capability of this nanomechanical sensor is derived as that vertical deformation is 20-25 nm at the center and the smallest strain is 0.005% for defect length. This innovative design conceptualizes a new application area for PhCs, i.e., the nanometer-scale physical sensors for strains and forces.     

基于双金属结构的光纤光栅温度不敏感滤波器

为提高光纤陀螺宽谱光源的平均波长稳定性,提出了一种用60μm超短光纤光栅制作带宽11.77 nm温度不敏感滤波器的方法。利用金属材料的热膨胀系数差,设计了双金属温度补偿结构,能够随温度的升高/降低对光纤光栅压缩/拉伸,有效地补偿光纤光栅由热光效应引起的波长变化。在30～60℃的温度范围内,光纤光栅的温度灵敏度系数为0.15 pm/℃,较未补偿前降低了60倍以上。该结构具有较好的温度不敏感性,可作为光源滤波器提高光源的平均波长稳定性并有望用于高精度光纤陀螺。     

A non-polarization short-wave-pass thin film edge filter

Multilayer dielectric thin film edge filter has serious polarization sensitivity under oblique incidence. The cutoff-bands of the s-polarization and p-polarization light in conventional edge filter will separate obviously under 45° oblique inci- dence, which limits its application. Based on the two chosen materials TiO2 and SiO2, a novel stack structure is pro- posed to design the non-polarization short-wave-pass thin film edge filter. By using the （4H 4L 4H） as the matching layers, the polarization separation at 3 dB transmittance for the thin film edge filter cutoff-band is less than 1 nm at the incident angle of 45°. In this way, the non-polarization short-wave-pass edge filter is easily designed and fabricated.     

一种基于宽频光源和FP腔滤波的CO2检测系统

介绍了一种基于宽频光源和法布里-珀罗谐振腔(Fabry-Perot,FP)结构的CO2检测系统。该系统为主动光学系统,结构简单、系统信噪比高。从差分吸收激光雷达原理出发,阐述了该系统的基本工作原理,使用HITRAN数据库模拟大气环境,设计系统参数,确定系统工作波段为1.57μm,光源为L波段超辐射LED光源(Super LED,SLED),能量波动值Rip为50dB,输出功率为24.51mW,接收端滤波器为光纤FP腔滤波器,工作中心波长为1.55μm,带宽为60nm,通道间隔为50GHz,设计系统探测误差为2×10-6。     

基于SIW结构的毫米波MEMS滤波器设计

针对5G毫米波无线通信的发展需求,采用硅基单层基片集成波导(SIW)结构设计了一款毫米波滤波器。首先通过理论分析,计算得到滤波器的结构参数。然后使用电磁仿真软件HFSS 对滤波器结构进行仿真与优化,使其满足设计指标要求。设计得到了一个五阶毫米波滤波器,其通带范围24.25~27.5 GHz,相对带宽12.56%,中心频率处插入损耗小于1 dB,带内回波损耗优于-16 dB。最后,使用MEMS工艺将该滤波器加工成实物并进行性能测试,得到尺寸为9.45 mm×4.8 mm×0.4 mm 的滤波器芯片,达到小型化要求。测试结果表明,MEMS毫米波滤波器的仿真结果与测试结果基本保持一致。     

MIM型双通道光栅波导光学特性研究

文中设计了一种MIM型双通道光栅波导,光栅的单元结构为三角形,利用时域有限差分（FDTD）方法对此结构进行了仿真,研究了不同的结构参数对光增强性能的影响,分析了金属膜厚度（d）、三角形项角（θ）、光栅周期（T）与激发波长之间的关系,对研制基于SPP的新型滤波器提供了一些参考。     

高灵敏度光波通信系统

本文采用小功率红外发光管作光源,用光敏二级管作光接收器件,建立了高灵敏度的光波通信系统。文中研究了光敏二极管的频响特性,合理地设计出发送和接收电路,解决了接收灵敏度和带宽的矛盾,使系统具有较高的灵敏度和较宽的频带。系统采用光滤波器,大大降低了杂散光的干扰,具有较高的信噪比。