二维光子晶体波导传输分析

光子晶体是一种新兴的光学结构,其优异的光学特性可以用于制造各类光子晶体器件。本文在完整的光子晶体中引入缺陷,构造出光子晶体波导。将时域有限差分方法应用于二维光子晶体缺陷特性的分析,设计了L型、U型、直线点缺陷型等几种光子晶体波导结构,对其时域能量传输特性进行了分析,其研究结果为光子晶体传输器件的设计和制作提供了一定的理论依据。     

二维光子晶体波导输出端的能量分布

利用惠更斯原理计算了光通过光子晶体波导入射到真空中的能量分布情况.采用的具体模型是二维正方格子旋转正方空气散射子光子晶体波导(PCW),发现传导模在PCW与真空的分界线上能量分布越发散,在真空中能量传播的越远.而加大线缺陷的宽度可以使能量衰减较为缓慢,所以也可以加大能量传播范围.     

二维三角晶格介质柱光子晶体的完全光子禁带

本文利用时域有限差分方法研究了由各种形状介质柱体组成的三角晶格光子晶体的完全光子禁带.研究表明对于由正方形或三角形锗柱排列在空气中组成的三角晶格光子晶体,TM偏振和TE偏振的光子禁带存在重叠,因而具有完全禁带.     

二维函数光子晶体波导带隙和电场分布的调制

在二维函数光子晶体波导中, 研究介质柱介电常数对带隙结构的调制, 以及波导中加入点缺陷时, 点缺陷介质柱介电常数对电场分布和光传播方向的调制. 结果表明： 当二维函数光子晶体波导中不含点缺陷时, 改变波导中介质柱介电常数的参数b和k值, 可调节波导的禁带数目、 禁带位置、 缺陷模的数目和位置;  当二维函数光子晶体波导中含点缺陷时, 改变点缺陷介质柱介电常数的参数b和k值, 可改变电场分布和光的传播方向.       

一维类梳状波导光子晶体的频率带隙宽度

一维类梳状波导是由在一维主链上周期性接枝而形成的光子晶体,利用界面响应理论可导出波导的色散关系,据此分别讨论了这种光子晶体的带隙宽度与波导接枝参数之间的关系,接枝的介电常数和长度的变化将会使对带隙的宽度发生改变,通过数值计算发现,对于不同类型的接枝,参数变化引起的带隙宽度的变化趋势基本相同,而不同的参数产生的影响则有很大差别。特别的,当参数变化至某些特定点时带隙将会消失,这和其他类型的光子晶体完全不同,带隙的消失不是因为缺陷而仅仅是因为参数改变的影响。     

二维三角晶格光子晶体的带隙计算和波导的传输效率分析

采用平面波展开法对二维三角晶格介质柱光子晶体和空气孔光子晶体分别在TM和TE极化下的带隙进行了计算;采用时域有限差分法分别计算了TM模和TE模在二维三角晶格介质柱和空气孔弯曲波导中的传输效率。研究对设计高传输效率的光子晶体波导定向耦合型器件具有重要意义。     

2维光子晶体波导结构的耦合特性研究

利用有限时域差分法对2维3角晶格空气缺陷及介质柱缺陷波导结构的传输特性进行研究,讨论了耦合长度和耦合间距对空气缺陷波导、缺陷介质柱半径大小等对介质柱缺陷波导耦合性能的影响.结果显示:(1)耦合长度越长、耦合间距越小,空气缺陷波导的耦合性能就越好,适当调节耦合长度和耦合间距可得到任意分光比的光耦合器;(2)缺陷介质柱的半径ra＜0.1a时,随着ra的增大耦合作用明显减弱,但在0.325～0.344(a/λ)范围内,耦合波导和直接波导的透过率比值基本保持为1:1,这对于功率分配器的研究具有一定参考价值.     

二维光子晶体完全光子带隙的优化设计

应用平面波展开法推导二维光子晶体横磁场模式和横电场模式主方程,得到两种模式下的二维光子晶体完全带隙,并研究二维光子晶体完全带隙宽度及中心频率位置随填充比和背景介质介电常数的变化规律,从而实现二维光子晶体完全光子带隙的优化.     

三角形复合型二维光子晶体带隙分析

选用时域有限分方法(FDTD)分析光子晶体带隙结构.选择两种不同晶格常数的光子晶体构成复合型二维光子晶体.计算结果表明,这种复合型二维光子晶体的禁带宽度明显大于组合光子晶体禁带宽度,并通过改变复合光子晶体的介电常数实现其禁带向高频区或低频区移动.     

二维内嵌结构式光子晶体带隙特性研究

针对正方晶格光子晶体因带隙特性较差而使其应用受到一定限制的问题, 设计一种新型内嵌结构式二维光子晶体, 即在普通正方晶格光子晶体内部嵌入同类晶格的光子晶体。同时对介质柱型和空气孔型光子晶体分别进行了仿真实验。结果表明, 采用内嵌结构式光子晶体后, 无论是介质柱型还是空气孔型光子晶体, 都较普通正方晶格光子晶体的带隙条数增加2～10条, 带隙率也均有了显著提升。该方法是进一步寻求完全禁带正方晶格光子晶体结构的有效方法。     

一维有限周期方形光子晶体波导的偏振特性

利用光波在一维有限周期方形光子晶体波导中横向受限的条件,推导出TE波和TM波两种偏振光在一维有限周期方形光子晶体波导中各个传输模式满足的关系式;计算出TE波和TM波传输各模式的禁带随周期数、模式量子数、边长的变化规律。     

二维光子晶体绝对带隙的研究

晶体中获得大的绝对带隙,可以通过降低格子对称性解除简并来实现。格子对称性的降低一般可以通过向晶体的原胞内引入不同半径的柱子的方法实现,在该方法基础上结合滑移操作,对二维正方形光子晶体结构进行了研究,发现这种联合方法用于打开绝对带隙特别有用,其相对带隙宽度约为“双柱子正方形格子”情况的2倍,同时还使绝对带隙出现的位置向低频处移动。     

二维函数光子晶体不同函数形式对带隙结构的调控

用平面波展开法研究二维函数光子晶体介质柱介电常数不同的线性函数形式对横电(TE)波和横磁(TM)波带结构的影响.数值计算结果表明:二维函数光子晶体比二维常规光子晶体的带隙更宽;通过变换介质柱介电常数不同的线性函数形式可使二维函数光子晶体的带隙个数、位置和宽度均发生变化,从而实现对二维函数光子晶体带隙的调节.     

二维正方圆柱光子晶体带隙的FDTD模拟

利用时域有限差分方法研究二维光子晶体传输函数理论,计算了各种情况下二维正方圆柱光子晶体的透射率即光传输函数随频率的变化.计算结果表明,对于一定的入射方向,某些频率的光不能在光子晶体中传播即出现所谓的带隙,带隙的宽度与入射光的偏振、圆柱的折射率、有无缺陷等因素有关.     

二维函数光子晶体中的类Dirac点及带隙结构

设计一种二维函数光子晶体,该光子晶体仅需通过改变外加的光强分布或电场分布,即可改变其介质柱介电常数的函数形式,从而获得所需的带隙结构.选取不同介质柱半径及不同介电常数函数形式的二维函数光子晶体结构,通过数值计算得到类Dirac点和带隙结构,所得结论可为光学器件的设计提供理论依据.     

掺杂一维光子晶体透射谱研究

用传输矩阵法计算模拟掺杂（含缺陷）一维光子晶体模型（ABCnAB）m的透射谱,当n=1,（ABCAB）。的透射谱出现了有规律的共振透射带,具有宽带滤波的特性,当m=10时,（ABCAB）10随缺陷层C的折射率以的变化,禁带中心频率处（1．0ω／ω0）出现了一个带宽由大变小变化的透射带,且每个透射带又分裂为恒定透射率的多个透射峰;当m=10,n为奇数时,模型（ABCnAB）10的透射谱出现奇数个透射带,n为偶数时,出现偶数个透射带,且每个透射带均分裂为9个透射峰。这些特性可用于设计可调性多通道滤波器等。     

二维椭圆柱散射体声子晶体带结构的计算

采用平面波展开法数值计算了二维椭圆柱散射体声子晶体的带结构,并与圆柱散射体声子晶体的带结构进行比较,发现利用椭圆柱散射体可以获得较大的声子带隙.     

二维旋转复式晶格光子晶体绝对带隙的研究

设计一种二维旋转复式晶格光子晶体,利用平面波展开方法计算其带隙结构.结果表明,通过优化参量,该结构具有较大的绝对光子禁带,带隙宽度为0.08538(ωa/2πc),禁带宽度与中心频率比值达到17.91%.相对于其它光子晶体结构,该结构更容易产生绝对带隙.     

二维周期复合介质构成的光子晶体能带结构

用平面波展开法计算复合介质构成的二维光子晶体的能带,计算结果表明当光的波长比介质的非均匀性尺度小很多时,出现较明显的带隙, 在低频段即长波段该种复合介质的光子晶体可以用一等效的单层介电晶体代替.