四元异质结构光子晶体的双通道光学滤波特性

为了设计高品质的光学滤波器,采用传输矩阵法研究四元异质结构光子晶体（ABC）7D（CBA）7的双通道光学滤波特性。结果表明,随着A（或C）介质薄膜光学厚度D_A（或D_C）的增大,滤波器短波通道的滤波品质因子降低,长波通道的滤波品质因子升高;随着B介质薄膜光学厚度D_B增大,滤波器短波通道和长波通道的滤波品质因子均下降;随着D介质薄膜光学厚度D_D增大,滤波器短波通道的滤波品质因子升高,而长波通道的滤波品质因子降低;随着各薄膜介质层光学厚度增大,滤波器双通道均向长波方向红移,但各滤波通道的光透射率均保持100%不变。该研究结果可为光子晶体设计新型光学滤波器件、光学开关等提供参考。     

对称结构光子晶体的表面光学Tamm态

利用传输矩阵理论和等效原理,从能级的角度研究对称结构光子晶体表面光学Tamm态,结果表明:当光子晶体的排列周期无限大时,入射介质与光子晶体间不满足阻抗匹配条件,从而不出现表面光学Tamm态;当光子晶体被截断成有限周期时,其表面可支持表面光学Tamm态的存在,且轴向传播时通带中出现TM和TE偏振的能级简并现象,离轴传播时从通带边缘分离出来的非简并能级被局域于光子晶体表面而形成了表面光学Tamm态;当光子晶体截断参数与最外层高折射率介质匹配时,容易形成束缚性较强的表面光学Tamm态,与最外层低折射率介质匹配时,则难以实现表面光学Tamm态;通过ATR全反射技术对光子晶体表面态进行激发可观察到被激发的耦合共振吸收现象。对称结构光子晶体表面光学Tamm态的特性可为光子晶体光波导和表面波传感器的研究和设计提供指导。     

缺陷奇偶性对光子晶体光传输特性的影响

采用传输矩阵法理论,研究缺陷参数奇偶性对含缺陷光子晶体（AB）m （ACx B）n （AB）m光传输特性的影响,研究结果表明：缺陷数目 n 的奇偶性仅影响缺陷模（透射峰）数目的奇偶性,即缺陷模数目的奇偶性与 n 对应;随着缺陷周期数 x 奇数倍增大,透射谱中的缺陷模向禁带中心靠拢,但缺陷模数目不变且等间距排列,随着 x 偶数倍增大,禁带两侧的两组缺陷模向禁带中心靠拢,且各组缺陷模数目与缺陷周期数 x 相关;缺陷光学厚度 DC 奇偶性对光子晶体透射谱的影响也很明显,随着 DC 增大且 DC ＜DA 时,分布在禁带右侧的缺陷模数目增加且向低频方向移动,随着 DC 增大且 DC ＞DA 时,分布于禁带左侧的缺陷模数目则减少但亦向低频方向移动。缺陷参数奇偶性对光子晶体透射谱的影响规律,为光子晶体设计可调性多通道光学滤波器件、光开关等提供理论借鉴,并为光子晶体的理论研究提供参考。     

四元镜像对称结构光子晶体的光学滤波特性

通过传输矩阵法理论,研究四元镜像对称结构光子晶体(BCD)7A(DCB)7的光传输特性,结果表明,光子晶体可实现双通道窄带光学滤波功能,而且两通道的光学滤波特性对各薄膜介质层的物理厚度响应很灵敏,但响应机制不尽相同。对于短波滤波通道,滤波品质因子Q随B、C、D介质层物理厚度dB、dC和dD的增大而下降,其中Q随dC增大下降速度最快,随dD增大下降速度次之,随dB增大下降速度最慢,但滤波品质因子Q随A介质层物理厚度dA增大而快速提高。对于长波滤波通道,滤波品质因子Q随B、D介质层物理厚度dB、dD的增大而快速提高,其中Q随dD增大提高速度最快,随dB增大提高速度次之,但滤波品质因子Q随C、A介质层物理厚度dC、dA增大而下降。此外,随着各介质层物理厚度的增加,双滤波通道都产生了红移现象,但是滤波通道的透射率保持100%不变。该研究结果可以为设计和制造高品质的光学滤波器件提供参考。     

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。     

对称结构光子晶体表面Tamm态的光学性质

利用传输矩阵理论和等效原理,从能级的角度研究对称结构光子晶体表面Tamm态的光学性质,结果表明:在有限排列周期结构光子晶体中,介质表面可支持表面Tamm态的存在,且轴向传播时通带中出现TM和TE偏振的能级简并现象,离轴传播时从通带边缘分离出来的非简并能级被局域于光子晶体表面而形成了光学Tamm态；表面Tamm态内存在很强的局域电场,而且局域电场在介质界面处分布最强；表面Tamm态内的能量输运,对于低折射率介质可正反两方向输运,且输运速度快,对于高折射率介质只能正向输运,且输运速度较慢,故在高折射率介质界面处形成很强的局域光场。对称结构光子晶体表面Tamm态光学性质可为光子晶体光波导和表面波传感器的研究和设计提供指导。     

左右手材料光子晶体的双重光学滤波功能

为了设计高品质、高性能的光学滤波器件,采用传输矩阵法,研究左右手材料构成的光子晶体（HL）mDl（LH）m的窄带和宽带通道双重光学滤波功能,并进行了计算机仿真。介质层H是左手或右手材料时,随着排列周期数m增大,在频率ω/ω₀奇数倍处均出现单条窄透射峰;当m不等值变化时,ω/ω₀奇数倍处透射峰透射率均下降且下降速度相同,而ω/ω₀偶数倍处通带透射率不变;H为左手材料时,ω/ω₀偶数倍处还出现通带,且m越大透射峰或通带越窄,ω/ω₀奇数倍处及周围还出现多条窄透射峰。结果表明,光子晶体由左右手材料组成时将得到更好的宽、窄带双重光学滤波效果及调制方法。该研究对新型光学滤波器件的研究和设计具有指导作用。     

复介质光量子阱光传输特性的增益效应

利用传输矩阵法,研究复介质光量子阱光传输特性的增益效应机制,结果表明复介质对光量子阱内部局域电场和分立共振透射峰的透射率均具有增益放大作用:复介质光量子阱与实介质光量子阱一样,内部也存在很强的局域电场以及透射谱中也出现分立的共振透射峰,但复介质光量子阱的内部局域电场和分立共振透射峰会出现增益放大现象。在光量子阱的组成介质A中掺入具有增益效应的激活性杂质时,光量子阱的内部局域电场首先随着激活性杂质含量的增加而放大增强,但增益放大到极大值后又开始衰减下降,而且不同入射光波长,光量子阱内部局域电场增益放大的极大值及其对应的激活杂质含量不同,其中对处于短波方向的光入射时内部局域电场对激活杂质含量的响应最灵敏最高,而且内部局域电场增益放大的极大值最大,对处于长波方向的光入射时内部局域电场对激活杂质含量的响应灵敏度最低,内部局域电场增益放大的极大值最小。复介质光量子阱光传输特性的增益效应机制,对新型光学滤波器、光学放大器和激光器等光学器件的理论研究与实际设计,以及光量子阱光传输特性的内在机制研究等,均具有积极的指导意义。     

光子晶体二元缺陷微腔的光传输特性

构造和研究了光子晶体插入式二元缺陷和替代式二元缺陷微腔的光学传输特性,结果表明:随着二元缺陷自身周期数增大,微腔透射谱中分立缺陷模的数目增加,且替代式二元缺陷微腔分立缺陷模多于插入式二元缺陷微腔;随着缺陷高折射率介质厚度的增大,二元缺陷微腔的缺陷模向中间靠拢呈现简并趋势,同时禁带两侧出现多组双缺陷模,且高频一侧出现双缺陷模多于低频一侧,但替代式二元缺陷微腔出现的双缺陷模数目多于插入式二元缺陷微腔;随着缺陷低折射率介质厚度增大,插入式二元缺陷微腔的缺陷模向低频方向移动同时呈现耦合分开趋势,且透射率逐渐降低,而替代式二元缺陷微腔的缺陷模则向中间靠拢呈现简并趋势,同时缺陷模整体向高频方向缓慢移动,而透射率保持100%不变。光子晶体二元缺陷微腔的光传输特性为光学滤波器、光学开关和激光器等的设计提供了参考。