二维光子晶体波导和微腔缺陷态研究

利用二维三角晶格及正方晶格介质柱光子晶体TE偏振的禁带与介质柱半径的变化关系,分析了二维光子晶体缺陷态的分布.根据光子晶体波导间的耦合作用,计算其耦合长度设计合理的定向耦合器.通过分析波导与微腔的耦合特性,选取不同的传输方向,可以设计多种基于光子晶体波导与微腔耦合的波分复用系统.     

二维平板光子晶体微腔与波导的耦合北大核心CSCD

光子晶体是介质介电常数呈周期性排布的结构,具有光子带隙,处于光子带隙中的电磁波无法在其中传播。二维平板光子晶体是通过在衬底上刻蚀周期性排列的空气孔柱而形成的结构,由于其具有优良的控制光传播的特性而得到广泛的研究和应用。介绍了在二维平板光子晶体中引入缺陷形成的光子晶体微腔和波导的方法和性质。通过调整几何参数控制微腔与波导之间的耦合,实现基于二维平板光子晶体的全光开关、光存储、单光子源等光学器件并讨论其在量子光学网络中的应用。     

光子晶体波导与微腔耦合的三通道波分复用器

为了实现对光波有效的选择输出,并且使光波的带宽很小,设计了微腔耦合的三通道波分复用器。对该器件采用时域有限差分法和微腔与波导间耦合模进行研究。首先,根据微腔选择不同频率的光波,设计光子晶体滤波器模型。然后,基于光子晶体耦合模理论,由定向耦合波导和一个高品质因子微腔构成的波分复用器。最后,为了提高输出光的透射效率,在波分复用结构的主波导的输出端,增加五个介质柱,形成一个反射层。实验结果表明:此结构能够通过微腔选择不同频率的光波,经过优化设计后的波分复用模型,光波的透射率得到了提高,波长λ=1.763μm的光波达到透射率将近90%。在光子晶体中取多个微腔可以选择输出更多波长的光波,所以这种结构在光子晶体集成器件的制作上有很好的应用前景。     

光子晶体齿状波导的滤波特性研究

为了设计基于光子晶体波导的高性能滤波器件,在2维正方格子光子晶体波导结构中引入一系列齿状缺陷,采用有限元法对齿状光子晶体波导的传输特性进行了数值仿真和理论分析。结果表明,对于单个齿状缺陷,缺陷产生的共振频率使得在光子晶体波导通频域带出现带隙结构,可以实现良好的窄带滤波,并且通过改变齿状缺陷深度可以有效地控制缺陷的共振频率;引入多个齿状缺陷,缺陷之间会经过耦合作用形成一系列缺陷态,使得在光子晶体波导导通频域中出现宽带的带隙结构,可以实现宽带滤波。该光子晶体波导滤波器对窄/宽带滤波可根据波导结构中引入的齿状缺陷进行简单灵活调节。此研究在设计基于光子晶体波导的光子滤波器件方面具有潜在的应用价值。     

一种基于缺陷光子晶体的解复用器

在二维正方晶格光子晶体的基础上,构建了一种晶格常数渐变的变晶格结构,设置线缺陷形成主波导和多个耦合波导以及相应的耦合点缺陷(微腔),利用该缺陷态结构实现了六信道波分解复用器.采用时域有限差分法研究了微腔的谐振特性及主波导和各耦合波导的传输特性.计算结果表明:点缺陷共振模可以实现几乎连续的变化,有相近的强度,缺陷峰线宽均约为0.01μm左右;六信道的中心波长在2.667μm～2.802μm之间,信道间隔平均值小于0.025μm.     

光子晶体技术--(二)光子晶体光波导

简介了二维(2-D)光子晶体结构和通过在光子晶体中引入线缺陷形成的光子晶体光波导。重点介绍直波导、弯波导、Y分支光波导和光子晶体光波导与光纤的耦合。     

光子晶体共振耦合波分复用器的设计与研究

设计了一种由光子晶体环形腔与微腔组成的组合腔滤波器,在环形谐振腔中增加两个散射介质柱,环形腔和波导之间相隔一排介质柱,输出波导与输入波导呈垂直关系,形成一种新的环形腔。通过环形腔、微腔及波导的共振耦合,设计了一种能高效率输出的波分复用/解复用器。     

基于多模干涉的二维三角晶格光子晶体分束器

光分束器光接入系统的核心器件,是光子多功能设 备和系统的关键构成模块,为满足急速增长的数据通信业务对光分束器的需求,本文在完整 三角晶格光子晶体中引入五条平行光子晶体波导组成多模干涉 系统,利用自成像效应的多模波导与微腔耦合,提出了一种新型二维三角晶格光子晶体四端 口分束器。利 用时域有限差分法进行仿真分析,结果表明:在一定范围内通过改变输出端四个耦合微腔内 的介质柱半径, 可以保证在分束器拥有较高的透射率的同时,且能实现输出能量的均分或在一定范围内的自 由分配。     

光子跳跃传播

通过打破光子晶体的周期性 ,有可能在阻塞带中产生高度局域缺陷模。如能提供腔模间的充分交叠 ,光子便能从一个腔跳到邻近的腔中 ,如图 1 ( a)所示 ,这能看作类似固体物理中的紧束缚 ( TB)近似的经典波。该新波导机制叫做耦合腔波导 ( CCW) ,在克服光电子元件和线路尖锐拐角处波导光损失问题起关键作用。普通的金属或介质波导在弯曲时出现巨大的辐射损失。一层层介质基础上的三维光子晶体在微波频率上演示耦合腔波导 ,通过移去每个单元晶胞上的单杆形成这些腔。图 1 ( b)显示有 1 0个晶胞的锯齿形耦合腔波导 [见图1 ( b)的插图 ]的透过特…     

基于二维光子晶体的电磁双参量传感的研究

提出一种基于二维光子晶体的镜像边腔耦合型电压和磁场强度双参量传感结构。在完整的光子晶体中通过空气孔的平移和尺寸改变引入缺陷，分别形成H0腔和改进的H1腔这两种光子晶体微腔；将H0腔和改进的H1腔分别与W1波导进行边腔耦合，并沿W1波导做镜像对称结构；在微腔中分别填充液晶和磁流体作为敏感材料，利用液晶的电光效应和磁流体的磁光效应形成电压和磁场强度的传感区域。由于光子晶体的光子局域特性，上述镜像边腔耦合结构的透射谱中形成两个相对独立的透射峰，通过测量两个透射峰的波长偏移量间接测量电压和磁场强度的变化。利用时域有限差分法，在各向异性的完美匹配层边界条件下对传感特性进行数值研究。结果表明：在电压范围分别为14～32 V和32～50 V时，电压灵敏度分别为0.65 nm/V和1.86 nm/V；折射率灵敏度和品质因子在14～50 V的电压范围分别为296 nm/RIU和3350，在10～40 mT的磁场强度范围分别为251 nm/RIU和2722，且磁场强度灵敏度为13.06 nm/mT。