基于非线性光子晶体设计全光二极管

针对光子晶体全光二极管在引入Kerr非线性情况下的非对称透射行为进行了研究,目的是实现高透射率以及最大对比度的全光二极管。采用有限时域差分技术的数值模拟方法结合理论分析方法对光子晶体全光二极管的各种性能参数展开研究。在研究中发现可以由两个尺寸不同但具有相同共振频率的缺陷对构建光二极管,在非线性情况下它的透射率和对比度都能获得较大的提高,即选择适当的入射光功率以及合适的缺陷尺寸我们能得到最佳优化的光二极管。     

光子晶体耦合缺陷的透射特性研究

研究了光子晶体非线性点缺陷耦合结构的非对称透射特性.研究目的是如何提高透射率对比度.采用耦合模理论展开分析并运用基于时域有限差分技术的数值模拟验证其结果.理论分析发现,单向透射行为取决于结构的不对称和介质的非线性.因结构的不对称、光能量耦合进缺陷的程度与入射方向有关,导致透射率有差异.增加光波频率失谐δ的数值,则透射率对比度增强.当两个点缺陷耦合后,进一步提高了透射率对比度.数值模拟所得结果与理论分析一致.该结论为全光二极管的设计提供了理论依据.     

一维无序光子晶体的光学透射特性

用时域有限差分法研究一维无序光子晶体的光学透射特性．结果表明：大折射率层无序和小折射率层无序对光子晶体的透射特性都有影响,但前者影响比后者更显著;当晶格常数不变时,其透射特性与随机分布有关,高频禁带的边缘向波源中心频率拓展,但与涨落系数的变化几乎无关．     

一维光子晶体的带隙分析

光予晶体是一类介电常数周期性变化的人工电介质材料,有着非常广阔的应用前景．通过时域有限差分法（FDTD）,研究了一雏光子晶体的带隙位置随着介质填充率的变化规律．随着介质填充率比值的减小,禁带中心位置向短波方向移动,说明调节一雏光子晶体的介质填充率来实现对禁带的调制是有效的．     

线缺陷光子晶体波导的透射特性研究

研究了光脉冲通过光子晶体线缺陷波导的透射特性.分析发现光子晶体线缺陷波导的透射行为与波导的几何尺寸有关.通过调制波导的几何结构可以获得较平坦的透射谱.另外发现耦合线缺陷所选择的点缺陷是影响线缺陷波导透射特性的重要因素,通过调节点缺陷的尺寸,缺陷间可以很完美的耦合并获得超平坦的杂质带.该分析结果为光子晶体线缺陷波导的设计提供重要参考.     

光在部分无序二维光子晶体波导中的传播特性

用时域有限差分法研究了光在部分无序二维光子晶体波导中的传播特性．结果表明：介质柱的位置和大小无序对光予晶体波导的透射特性都有影响．仅当它的位置无序变化时,高频段缺陷带对无序度最敏感;仅当它的大小无序变化时,处于低频段缺陷带的高频端对无序度更敏感．当它的位置和大小都无序变化时,它的透射特性比仅受位置无序或大小无序影响更显著．     

开源软件在光子晶体仿真实验中的应用

计算机仿真实验在科研与教学中具有重要地位。目前的光子晶体仿真大多采用商业软件。本文提出在科研与教学中使用开源软件进行光子晶体仿真。开源软件具有开源、免费的优点,使用开源软件进行仿真可以在节约经费的情况下培养学生的仿真实验能力,还可以开阔学生视野。     

一维二元光子晶体滤波特性研究

把一维时域有限差分方法用于一维二元光子晶体的滤波特性研究,数值模拟多种因素对一维二元光子晶体的滤波特性的影响,结果表明组成一维二元光子晶体的折射率、厚度、层数、入射角、光源的偏振态等都对滤波特性有影响,掺杂层位置、厚度、电磁参数都能调节其偏振滤波特性。     

二维光子晶体中光传输特性的数值模拟研究

本文将时域有限差分方法(FDTD)用于光子晶体理论研究，计算了光子晶体的透射率频率分布；并依据此透射率频率分布，直观地给出了不同频率段的光在二维方型完整光子晶体和有缺陷光子晶体中的一些传输特性。     

二维正方形复式晶胞光子晶体光电特性的FDTD计算分析

用FDTD方法计算了二维情况下正方形复式晶胞光子晶体的光子特性.通过光子能带结构、光子态密度的分布以及沿гX方向透射特性的计算,发现透射谱光子带隙的位置与能带结构符合的很好.光子态密度的分布也表明在带隙范围内态密度为零,而且我们计算的带隙比平面波展开法给出的带隙大.     

光子晶体与半导体电子晶体的比较研究

文章从空间结构、势场所满足的方程、带隙主要特征、理论研究方法等不同方面对光子晶体与半导体电子晶体进行比较分析,得出一些有意义的结论.     

二元三周期光子晶体透射能带特性的研究

用传输矩阵法理论研究二元三周期一维光子晶体(AmCnAm)k的透射谱,结果发现:在1 900～2 500 nm波长范围内,透射能带谱中出现一个较宽的透射通带,通带两侧的禁带中分别出现两组多条窄带共振透射峰,两组透射峰的条数均可分别由周期数k调节,且条数与k-1数值对应;光子晶体(AmCnAm)k透射能带谱对重复周期数m、n、k变化反应灵敏,当增大m,或增大n,或增大m、n时,光子晶体的透射谱向长波方向移动,即出现红移现象,其中m增大时透射谱红移速度最快,m、n同时增大红移速度次之;随着k,或m,或n,或m、n的增大,光子晶体透射峰的品质因子均不同程度的得到提高。这些特性对光子晶体的实际设计和应用均具有一定的指导意义。     

一维双折射型光子晶体的透射特性

利用传输矩阵,计算了一维双折射型光子晶体的透射谱。得出了双折射型光子晶体的禁带同入射光的     

周期数对光量子阱透射谱的影响

用传输矩阵法理论,研究周期数对一维光子晶体量子阱透射谱的影响,结果表明:随着阱层或垒层周期数的增大,光子晶体量子阱的透射峰均变窄,且垒层周期数增大时透射峰变窄的速度快;垒层介质高低折射率比值越大,或垒层周期数增大,光子晶体量子阱的透射峰变窄速度越快。这些特性,对提高光子晶体光学滤波器件的品质有指导意义。     

掺杂激活杂质的异质结构光子晶体透射特性

利用传输矩阵法理论,数值模拟了一维异质结构光子晶体(AB)m(CD)m(GH)m(LK)m的透射特性。结果发现:当介质无激活杂质且不考虑吸收时,在较宽的禁带范围内出现多条透射率为100%的共振透射峰,透射峰的数目恰好与结构周期数相对应;当介质掺入激活杂质时,共振透射峰均出现透射增益现象;在不同介质层掺入激活杂质时,各透射峰的增益对介质的介电虚部响应灵敏度存在很大差异,其中以(CD)层介质掺入激活杂质时,灵敏度最高,增益极值也最大,其次为(GH)层,(AB)层和(LK)层较低。这些特性对设计新型光学器件有一定的参考价值。     

基于二维光子晶体带隙的研究

应用平面波展开法对二维光子晶体分别在E偏振和H偏振下的带隙进行仿真计算,寻找到空气圆柱在背景基质硅中排列的四方和三角晶格光子晶体出现最大带隙时的孔隙率r/a=0.48,并算出它们的最大带隙宽度.对于四方晶格,最大完全带隙宽度ΔGmax=0.017（ωa/2πc）,归一化频率（ωa/2πc）范围在Δω=（0.448-0.456）,对于三角晶格,最大完全带隙宽度可达ΔGmax=0.076（ωa/2πc）,归一化频率（ωa/2πc）范围在Δω=（0.455-0.531）.研究结果对在实验上制作空气圆柱在背景基质硅中排列的四方和三角晶格光子晶体提供理论指导.     

分形康托多层结构的光学传输特性

在分形理论的基础上,将分形康托序列引入到一维光子晶体的设计中来,得到了一维准分形康托多层结构,采用传输矩阵法研究了分形康托多层结构的光学传输特性,讨论了该结构的分形维数以及光学传输谱的Scalability和Sequential Splitting特性.这种结构可用于超窄带光子晶体滤波器,在光学精密测量和光通信超密集波分复用等领域中有一定的应用价值.