一维函数光子晶体的光透射特性研究

提出了一种阶梯型一维函数光子晶体,即介质折射率不是常数,而是呈阶梯型变化.由经典电磁场理论,即电场和磁场在介质分界面连续的性质,并结合费马原理,给出了光在一维函数光子晶体中的传播方程,再经过详细理论推导,给出了一维函数光子晶体的传输矩阵、色散关系、透射率及电场分布的解析表达式.在此基础上,研究了不同入射角和不同介质厚度对色散关系的影响,同时比较了阶梯型一维函数光子晶体与常规一维光子晶体的透射率,进一步研究了有缺陷和无缺陷的阶梯型函数光子晶体的电场分布.所得结论将为光学器件的设计提供新的理论依据.

函数缺陷对波导带隙结构的调制

在二维函数光子晶体研究的基础上,进一步研究波导中加入两排函数线缺陷时,通过调节函数线缺陷的介质柱介电常数参数值,可实现波导带隙结构的调制情况.本文选取线缺陷介质柱介电常数函数形式为εr(r)=kr+b,其中,k为函数系数,b为参数.上述参量的变化,可由电光效应实现,即通过调节外加电场强度和电场分布来实现.当改变函数线缺陷介质柱介电常数参数k和b的值时,波导的带隙位置、带隙数目以及电场分布都会发生改变.因此,在波导中加入两排函数线缺陷就可实现带隙结构的调制,得到所需要的带隙结构和电场分布.这些结论可以为光学器件的设计提供理论基础和新的设计思路.

基于非线性J-C模型的多光子系统纠缠度演化研究

利用线性和非线性J-C模型研究原子与光场相互作用系统分别在线性和非线性介质中,在多光子跃迁情况下(N=1,2,3,4)纠缠度随时间演化的特性,给出了原子与光场的纠缠度与系统初始态参数、失谐量、初始光子数、跃迁光子数和非线性项系数之间的解析关系式,分别研究了这些参数对纠缠度的影响,并给出了量子纠缠度随时间的演化曲线.通过数值计算得到了一些有价值的结论,这些结论在量子计算和量子通信中具有一定的应用价值.

一维光子晶体的量子透射率

在光的量子波动方程的基础上提出了研究一维光子晶体的量子理论方法,通过在两介质分界面上波函数及其波函数导数连续,即可得到一维光子晶体的量子变换矩阵、量子透射率和量子反射率,分别计算了无缺陷层介质和有缺陷层介质时的量子透射率和量子反射率.把量子理论方法与经典电磁理论方法计算结果进行了比较,发现两者的计算结果是一致的.这说明该量子理论方法也是研究光子晶体的正确方法,该方法还可以进一步研究二维和三维光子晶体的透射特性以及光子晶体的量子Zak相、量子拓扑特性,这些特性包括量子陈数、边缘态和光子的量子霍尔效应等.

点缺陷对波导的电场分布的调制

在二维函数光子晶体研究的基础上,进一步研究二维常规光子晶体波导中加入点缺陷介质柱时,二维光子晶体波导的带隙结构与电场分布情况.其中点缺陷介质柱介电常数是空间坐标的函数,其函数形式为εr=kr+b,参数k和b的变化可以通过光学Kerr效应或电光效应来实现.结果表明,通过改变点缺陷介质柱介电常数的参数k和b以及点缺陷半径r a,可以调节光的传播方向和光场分布,从而可以控制光在波导中传播方向.因此当含点缺陷时,二维常规光子晶体波导的光场分布和光的传播方向具有可调性.这些理论为光学器件的设计提供有价值的新的设计思路.