一种光子晶体谐振腔的TM模特性

构造了一种二维砷化镓石墨点阵柱状光子晶体谐振腔.利用时域有限差分方法计算了这种光子晶体谐振腔TMy模的共振峰波长随应力和温度变化的情况.计算结果表明,这种谐振腔TMy模的共振峰波长随x、y方向的应力变化以及随应力环境的变化均具有较好的线性特性,其应力响应灵敏度为0.013 69nm/Mpa,且这种谐振腔沿x方向和y方向的应力响应灵敏度相同;同时,这种谐振腔的共振峰主峰随温度呈分段线性变化趋势,且具有最大1.4nm/℃的温度灵敏度.另外,计算结果显示,这种结构的光子晶体谐振腔具有很好的频率开关特性.

光子晶体谐振腔的设计研究

设计了一种光子晶体谐振腔,它是由镜像对称负折射率缺陷层的一维各向异性光子晶体构成,利用特征矩阵法研究了这种一维对称各向异性光子晶体反射缺陷的光学特性。通过计算模拟得出：当光垂直入射时,在反射谱中出现谐振半宽度极窄的单个反射缺陷模,缺陷模中心波长位置随缺陷层折射率的增加向长波方向移动,控制缺陷层的厚度变化,反射谱存在多个中心波长不同的反射缺陷。从光子晶体光学特性显示,这种光子晶体结构既可获得波长范围确定的单一谐振波,也能选择波长不同的反射谐振缺陷,谐振腔内的反射缺陷满足谐振条件。

基于光子晶体谐振腔的多通道光声光谱增强技术

针对在线光声光谱进行低浓度物料检测时光谱吸收效应较低、准确性不高的问题,提出基于光子晶体谐振腔技术的多通道光声光谱增强技术,利用光子晶体谐振腔作为光声腔,采用DFB近红外激光器作为光源,通过结构改造设置特定波长的光集中反射于光子晶体谐振腔的中心空芯内,克服弯曲损耗增强待测物对光的吸收,从而获得高精度的光声光谱信号,使得光声光谱检测低浓度物质时更加准确。同时多通道的设计可以实现多种物质的不干扰检测。通过对C 2H 2、CO、CH 4的测量分析,发现光声信号有明显的增强,证实了该实验方案的可行性。

2维光子晶体谐振腔的分析与模拟

为指导光子晶体谐振腔的设计,运用3维电磁场仿真软件HFSS模拟了2维光子晶体谐振腔,分析了影响2维光子晶体谐振腔的主要特性参数,主要包括所插介质杆的排列结构、介电常数及其半径和间距。研究表明,在其它条件保持不变时,若增大介质杆半径,则同一模式频率没有同一的变化规律;若增大介质杆介电常数,则出现的规则模式减少,并且没有基模出现,同一个模式,频率明显降低;若增大介质杆间距,则计算的频率间隔减小,对其它参数影响不大,只是同一模式的频率略有减小。

一维光子晶体谐振腔的模式类型及其性质

利用光学传输矩阵法研究了一维光子晶体谐振腔的谐振波长、品质因子和缺陷层厚度之间的变化关系,发现谐振腔内存在不同级次的谐振模式;对于同一级次的谐振模式,品质因子在某一波长(λm)时达到极大值,该波长恰为光子晶体反射率最高处所对应的波长,也是该光子晶体的布拉格共振反射波长;在λm处,品质因子随级次的增加而线性增加;品质因子随周期层数增加而指数增加,但其增长因子与模式级次无关,也与周期数无关,只与谐振波长有关;对于所有级次的谐振模式,增长因子在λm处达到最大值。这对提高品质因子、减小谐振腔体积、优化谐振腔有重要意义。

基于光子晶体1×3谐振腔滤波器的研究

考虑到滤波器输入波导中入射电磁波和反射电磁波的相位差,通过CMT理论分析了不同设计情况下的工作性能,然后优化设计了光子晶体1×3谐振腔滤波器结构.用FDTD方法研究了滤波器工作特性,改变1×3谐振腔下侧调谐柱位置得到滤波器结构的96个不同通带峰值波长平均正规化传输率为89.6%,相邻峰值波长平均间隔为1.25nm、平均传输带宽为1.19nm、谐振腔平均品质因数为1350.2、提取的峰值波长调谐范围在1534.04～1653.16nm.结果表明:该滤波器具有正规化传输率高、带宽窄、波长信号提取强度平稳等特性.其结构在密集型波分解复用(DWDDM)系统设计、光信号传感器件设计、密集型光路集成化设计等领域具有潜在的应用价值.

基于混合型光子晶体光纤谐振腔的谐振陀螺方案

为抑制谐振陀螺的偏振波动噪声,提出了一体化谐振式光纤陀螺设计方案。基于特殊设计的光子晶体光纤和单偏振光纤研制了一种混合型光子晶体光纤谐振腔,该谐振腔同时具有较高的偏振消光比和良好的温度稳定性;为减小谐振腔损耗,优化了光子晶体光纤的模场直径,使其与单偏振光纤相一致,因此二者熔接损耗可被控制在0.1 dB以内,进而得到谐振腔精细度为13.2;基于该谐振腔搭建了双闭环谐振陀螺系统。测试结果表明:双闭环谐振陀螺系统具有较小的偏振波动误差特性,在300 s积分时间内陀螺输出白噪声占主导地位,零偏稳定性达到0.25 (°)·h^-1;在测量范围为-240~240 (°)·s^-1时,双闭环谐振陀螺系统的陀螺标度因数非线性度为2.3×10^-4,性能较单闭环陀螺系统有明显提升。

220 GHz三次谐波光子带隙谐振腔回旋管振荡器的研究

提出了一种220 GHz三次谐波光子带隙谐振腔回旋管振荡器的物理结构.利用光子晶体高频带隙确定了回旋管高阶电磁模式类TE63和三次电子回旋模的互作用状态.通过非线性理论,研究了腔内类TE63和类TE92模的弱模式竞争,得到了有利于回旋管三次谐波起振的工作条件和起振过程的非线性特征,其结果与粒子模拟基本一致.研究表明,利用光子带隙谐振腔的禁带特征,回旋管中高阶电磁模与高次电子回旋模能够发生有效的互作用关系被得到证实.

光子晶体八通道波分复用器研究

基于光子晶体谐振腔优越的选频特性,设计了一种八波长光子晶体波分复用器。利用平面波展开法得到了特定晶格排列和半径下光子晶体的能带结构,采用时域有限差分法分析了微腔耦合频率的变化规律,得出环形谐振器和微腔之间的共振耦合特性。该器件主要由4个光子晶体环形腔和8个尺寸不同的微腔组成,实现了1.37,1.39,1.42,1.44,1.50,1.51,1.53,1.55μm等8个波长的波分解复用。结果表明,只通过调节微腔中心柱和外围介质柱的半径,就可以使8个波长从特定端口输出,且输出效率都可以达到97%以上。所设计的器件尺寸为23μm×18μm,具有物理尺寸小、耦合效率高等优点,在集成光学领域具有潜在的应用前景。