一维光子晶体中厚度无序对光传输特性的影响

研究介质层厚度的非关联无序变化对光波在一维光子晶体中传输特性的影响,采用传输矩阵方法计算透射谱.结果表明:光透射谱与无序程度、频率和介质层数有关,介质层厚度的非关联无序导致光子带隙展宽.     

入射角对对称结构一维三元光子晶体透射谱的影响

用传输矩阵法研究对称结构一维三元光子晶体(ABC)n(CBA)n的透射谱,结果发现:随着n的增加,出现的单条透射峰越加锋锐;随着光入射角的增大,在TE偏振模情况下,窄透射峰向高频方向移动,在TM偏振模情况下向低频方向移动,而两种情况下的主禁带范围保持不变.这些传输特性为光子晶体设计和新型光学器件研制提供了有益参考.     

介质厚度对一维三元结构光子晶体透射谱的影响

用传输矩阵法研究各介质层厚度对一维三元光子晶体(CBA)m(ABC)m透射谱的影响,结果发现:在很宽的禁带范围内,仅出现一条透射峰,且随着m的增加透射峰越加精细;随着A、B、C各介质层厚度的增加,透射峰均向长波方向移动,三者厚度同时增加时透射峰移动速度最快,单层厚度增加时,增加C层厚度透射峰移动最快,B层次之,A层最慢;随着各层介质厚度增加,光子禁带向长波方向移动,各层厚度同时增加时主禁带移动的速度最快,单层厚度增加时,移动速度快慢依次为C层、B层、A层。随着各层介质厚度同时增加或是C、A单层增加,禁带加宽,但B层厚度增加禁带反而变窄。一维三元结构光子晶体的这些特性,为光子晶体设计不同频率范围的光学滤波器、反射器等提供指导。     

周期数对多周期一维光子晶体透射谱的影响

用传输矩阵法研究多周期一维光子晶体(CgAlCm)n的透射谱,结果发现:在2 200 nm(频率-波长)位置出现一条宽的透射带,透射带两边对称分布着两组相同特点的透射峰,各组透射峰的条数均等于n-1条;随着周期数n的增大,宽透射带上端出现振荡,并产生数目与n-1值对应的振荡峰,随n的增大,两组透射峰数目分别随n-1值增加的同时宽度会越来狭窄;随着周期数g、m的增大,透射带和左右两侧的两组透射峰均向右移动,且透射带和透射峰会越来越窄;随着周期数l或g、l、m或g、l、m、n的增大,透射带和左右两侧的两组透射峰所分布的频率范围均扩大,并向长波(低频)方向移动,同时透射带上端的振荡加剧,振荡峰数目与各周期数有关,当移动和振荡到一种程度后,透射带与两侧透射峰合并成单组透射峰,而且当g、l、m、n同时增大时合并现象最明显。多周期一维光子晶体透射谱随周期数变化的这些特性,为光子晶体设计可调性多通道宽带、窄带光学滤波器件提供指导。     

缺陷光学厚度对对称结构一维光子晶体透射谱的影响

在A层为双正和双负介质情况下,用传输矩阵法理论研究缺陷层的光学厚度对对称结构一维光子晶体(AB)mC(BA)m透射谱的影响,结果发现:在无缺陷情况下,不论A层是双正还是双负介质,禁带中心均出现超窄频带单透射峰,具有传统对称结构光子晶体透射谱的特征;当中间插入光学厚度等于四分之一中心波长的双正缺陷C后,两者的单透射峰一分为二,且双负情况下两透射峰之间的距离较大;当缺陷C的光学厚度为二分之一中心波长时,双正情况下禁带中心出现单透射峰,双负情况下则出现三条透射峰;当缺陷C的光学厚度等于中心波长时,双正情况下出现三条透射峰,而双负情况下则出现五条透射峰。对称结构光子晶体的透射谱随缺陷光学厚度变化的规律,可用以设计可调性超窄带滤波器。     

有缺陷的一维三元光子晶体透射谱特性的研究

运用光学传输矩阵理论,研究了有缺陷的一维三元光子晶体的透射谱特性。数值模拟结果表明:光子晶体透射谱特性将受到缺陷层折射率和光学厚度的影响。     

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。     

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．     

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(ABCn AB)m 的透射谱,当n=1,(AB-CAB)m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nc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(ABC nAB)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.     

影响双负材料光子晶体能带性能的因素

利用传输矩阵法,通过数值模拟,研究周期不对称度、介质折射率等因素对双负材料光子晶体(AB)m1BCB(BA)m2能带性能的影响,结果发现:当周期不对称度△m=0,且m1=m2=m时,随着周期数m的增大,禁带中心单透射峰带宽逐渐变窄,禁带中心形成一条透射率为100%的超窄透射峰;当周期不对称度△m≠0,且△m逐渐增大时,禁带中心透射峰透射率逐渐降低,且禁带宽度越来越窄;当介质A折射率nA增大时,禁带宽度逐渐变窄,禁带中的透射峰带宽逐渐变宽;而介质B折射率nB逐渐增大时,禁带中心透射峰带宽逐渐变窄,禁带带宽逐渐变宽;当介质C折射率nC随着负值减小时,禁带宽度几乎保持不变,但禁带中透射峰带宽明显变窄。影响双负材料光子晶体能带性能的规律对设计诸如新型光学滤波器、光开关和全反射镜等光学器件有一定参考价值。     

光子晶体简介

介绍了光子晶体的基本概念、发展概况和应用前景,并以一维光子晶体为例,给出了其透射谱、反射谱和光强分布的计算方法。     

基于光子晶体的全光二极管单向透射特性分析

采用时域有限差分技术,分析非线性光子晶体点缺陷不对称结构的单向透射特性。研究发现：当光波从两个不同方向入射,耦合进入缺陷的电场能量不同,入射波存在单向透射特性,从而透射率在跳跃点处的阈值功率不同;此外,入射波在跳跃点处的最大透射率值与入射方向无关。进一步采用耦合模理论验证所得结果,所得结论与数值模拟结果一致。当光波从这种不对称的点缺陷结构两端入射时,所得透射对比度存在一个上限。     

介质光学厚度对双负材料光子晶体透射峰带宽的调制

采用传输矩阵法,通过编程计算模拟双负材料光子晶体(AB)mBCB(BA)m的透射谱,研究介质光学厚度对光子晶体带宽的调制机制,结果发现:当分别增大A或B介质层的光学厚度时,光子晶体的透射能带谱均向低频方向移动,且透射峰带宽均逐渐变窄,但透射峰的透射率保持100%不变;当C介质层光学厚度按负值减小时,光子晶体的透射能带谱则向高频方向移动,而透射峰的带宽也变窄且透射率保持100%;相对而言,B介质层光学厚度对带宽的调制最灵敏,A层次之,而C层最弱。介质光学厚度对双负材料一维光子晶体透射峰带宽的调制功能,为设计不同频率或波长范围的窄带滤波器、光开关等光学器件提供理论基础和现实指导意义。     

基于一维光子晶体掺杂结构的单通道滤波特性分析

采用传输矩阵的计算方法,研究了一维光子晶体掺杂结构对光传输特性的影响,利用MATLAB绘制不同结构参数的一维光子晶体第一带隙透射率图谱.通过绘图发现：对称一维光子晶体的周期结构（（BA）m（AB）m）,在带隙内部出现光子局域,在中心波长处产生共振隧穿效应;增加对称周期层数,能够降低隧穿效应的透射率,降低光子局域带宽;提高掺杂层折射率,降低光子局域带宽,局域中心向短波方向移动;增大入射角,光子局域中心向短波方向移动;选择适当的结构参数能够实现在1 550 nm光波附近的窄带滤波器的设计.     

具有复介电常量对称结构一维三元光子晶体透射谱的研究

利用传输矩阵法理论,研究含复介电常量对称结构一维三元光子晶体的光传输特性。结果表明:当各层介质的介电常量均为实数时,在较宽的禁带范围内出现一条透射率为100%的透射峰;当介质介电常量含正虚部时,禁带中的透射峰出现透射衰减现象,若含有负虚部时,透射峰则出现透射增益现象;随着复介电正虚部的增大,透射峰出现单调衰减,而随着复介电负虚部绝对值的增大,透射增益达到一极大值,随后减小;在不同介质层引入复介电常量引起透射峰的透射率衰减或增益强度不同。这些特性对设计光放大器、衰减器等新型光学器件有一定的参考价值。     

一维光子晶体中多负折射率缺陷导致的缺陷模

利用传输矩阵方法研究了多个周期性分布的负折射率缺陷的一维光子晶体的透射谱.以32个周期的1/4波堆存在5个负折射率缺陷的光子晶体为例进行了数值计算.结果表明:在带隙中产生多个缺陷模,这些缺陷模的分布依赖于缺陷在晶体中的分布.当缺陷密集时,缺陷耦合较强,缺陷模相距较远;当缺陷稀疏时,缺陷耦合较弱,缺陷模相距较近,分立的缺陷模趋于简并,由此形成一个很窄的通带.与正折射率缺陷情形相比较,负折射率缺陷间的相互作用对缺陷模的影响更大,缺陷模谱线也更宽.