基于量子阱效应的光开关(英文)

把三块各带有一个缺陷的光子晶体结合起来,如果中央晶体的缺陷模处在两侧晶体的禁带中,缺陷模内的光波会受到两侧晶体的阻碍并被局域在中央晶体内,形成量子阱结构;若一侧晶体的缺陷模被移动到中央晶体缺陷模处,则只有一侧晶体阻碍在中央晶体缺陷模内传播的光波,量子阱效应完全消失,光的传输受到最大程度的阻碍.这种结构可同时具有窄带滤波器和光开关的功能,据此提出了一种高效的、灵敏的光开关的设计.采用传输矩阵法计算了一维光子晶体的透射谱和场分布.

掺杂光子晶体光纤自发辐射与掺杂激活杂质的光增益透射谱研究

借助光子晶体中二能级原子的自发辐射理论证明缺陷态的局域场存在的必然性以及局域场基本性质,为研究光子晶体光纤掺杂自发辐射的内在规律提供了理论依据。且将自发辐射理论与数值模拟相结合,在缺陷介质中掺激活杂质时,研究了光子晶体光纤的掺杂局域场特征以及受激辐射增强和透射率大于1现象与光子带隙群速度异常和掺杂层复有效折射率成负的虚部之间的内在关系。由此说明光子晶体光纤的缺陷介质中掺入激活杂质时,光子禁带中能出现品质因子非常高的杂质态,具有很大的态密度,较强的受激辐射放大。

二维光子晶体的完全带隙

为了研究二维光子晶体完全带隙的规律,采用平面波展开法模拟了4种结构二维光子晶体,在固定光子晶体周期常数a的情况下,研究完全带隙随柱半径r的变化规律。研究发现,六角晶格空气孔型光子晶体的完全带隙出现在r=0.42～0.50μm的范围,最大带隙宽度Δω1=0.08(ωa/2πc);方形晶格空气柱型光子晶体在r=0.47～0.50μm范围内存在完全带隙,带隙宽度Δω2=0.02(ωa/2πc)。完全带隙中心频率随r的增加而增加。六角周期和方形周期的GaAs介质柱型光子晶体不存在完全带隙。

填充液晶的光子晶体的光控可调光子带隙

可调光子晶体由于其潜在的应用价值成为现今光子晶体研究中的一个热点。文章首次提出了通过光诱导液晶取向技术来调制光子晶体光子禁带的方法,进而采用平面波展开法分析了填充液晶的二维三角形光子晶体禁带结构的可调节性。数值模拟结果表明:通过偏振光控制空气孔中所填充的相列液晶的方向可以对光子晶体的禁带结构进行调节。与电场调制方法相比,该光控液晶取向技术具有响应速度快、结构简单的优点。这种可调光子晶体可用于制作场敏偏光片、全光光开关和可调光衰减器。

高非线性色散平坦光子晶体光纤的理论研究

为了研究光子晶体光纤结构参数对非线性系数及色散特性的影响,采用全矢量等效折射率模型,进行了理论分析,研究发现,通过调节结构参数可以灵活设计波长在820nm附近具有较大非线性系数和较低色散值的高非线性色散平坦光子晶体光纤。结果表明,高非线性色散平坦光子晶体光纤的研究前景十分可观。

1维光子晶体的带隙研究

为了得到给定波长为通带或禁带的光子晶体,采用光学传输矩阵方法,模拟研究了由光子带隙结构如何得到相应的光子晶体结构。通过优化计算得到了指定波长带隙结构的光子晶体。结果表明,光学传输矩阵法完全能得到给定波长为通带或禁带的光子晶体。这一结果有助于光子晶体的广泛应用。

改进Stber法制备光子晶体用SiO_2微球

为获得光子晶体用单分散性较好、表面光滑的SiO_2球形颗粒,对传统St(?)ber法进行改进,分析了氨水和正硅酸乙酯(TEOS)浓度对SiO_2微球粒径的影响,提出了单分散SiO_2微球的形成机理,利用X射线衍射分析仪(XRD)和场发射扫描电子显微镜(SEM)对样品结构和形貌进行了表征。XRD分析表明,合成的SiO_2微球为无定形态;SEM照片显示SiO_2微球粒径在292～750nm范围内,微球粒径偏差均在5%以下。

光子晶体光纤中去极化声波导布里渊散射温度及应变响应

数值求解了光子晶体光纤中的去极化型声波导布里渊散射色散方程,研究了光子晶体光纤中的布里渊频移随泵浦波长及空气孔填充率的变化关系,以及去极化型声波导布里渊散射频移随温度、应变、声波导模式、纤芯直径及空气孔层数的关系。结果表明:布里渊频移随着波长的增大而线性减小。对于相同的波长点,增大光子晶体光纤空气孔填充率时,声波横向速度将会减小。去极化型声波导布里渊散射频移随温度及应变的增大而线性增加。同一温度条件下,高阶TR2m模式的去极化型声波导布里渊散射频移对温度的变化更为敏感;而在同一应变条件下,低阶TR2m模式的去极化型声波导布里渊散射频移对应变的变化更为敏感。去极化型声波导布里渊散射频移随纤芯直径的增加而增大,随空气孔层数的增加而减小。

二维三角格子光子晶体的带隙结构

用平面波展开法对二维光子晶体的电磁波理论及周期排列的电介质中电磁波的B loch波解进行了详细的推导,计算出以G aA s为背景的空气柱构成的二维三角格子光子晶体的能带结构,研究了H偏振和E偏振带隙宽度随填充比f的变化。计算结果表明,当f=0.8时,H偏振和E偏振出现重叠的最大绝对光子带隙,带隙位于0.458—0.529ωe(ωe=2πc/a,a为晶格常数,c为光速),带隙宽度为0.071ωe,相应的带隙波长范围为472.6—545.9nm,处于可见光波段。

具有奇数通道滤波功能的光子晶体量子阱结构研究

选择适当的结构参数,用传输矩阵法计算模拟光子晶体(AB)m(CD)n(BA)m模型的透射谱,在归一化中心频率1.0(ωa/2πc)处,当光子晶体(CD)n的导带处于光子晶体(AB)m(BA)m的禁带中,且两者均以中心频率处为对称中心时,构成镜像对称的光子晶体量子阱结构。在光量子阱透射谱的中心频率处及对称的两侧,分布着具有规律的奇数局域共振峰,出现明显的量子化效应,透过峰数目和位置都可以通过光子晶体(CD)n的重复周期数n来调节,这一现象可用于设计可调性奇数通道滤波器。

三维光子晶体完全带隙的数值计算

基于时域有限差分法,用GaAs构成金刚石、木堆和面心立方三种典型结构三维光子晶体,数值计算得到三种结构中GaAs构成金刚石结构三维光子晶形成较宽完全带隙结构,最大完全带隙结构为0.1393Hz。改变金刚石结构三维光子晶体中小球介电常数,介电常数大的介质小球出现完全带隙结构的半径范围较大。结论为三维光子晶体的设计制备应用提供理论依据。

基于一维光子晶体超晶格的多通道平顶透射特性

基于一维光子晶体超晶格理论及耦合腔理论,提出了一种具有多个平顶透射峰的超晶格结构.把传统单一材料的耦合腔换成有限周期的光子晶体结构,形成一种超晶格结构.通过使插入的光子晶体的光场有效耦合,能够产生多个平顶透射峰.运用传输矩阵法,研究了该结构的光谱特性以及结构和材料参量对透射峰的位置和半峰全宽的影响.计算结果表明,该结构具有较宽的带隙,并且多个平顶透射峰对称分布,透射率高,误差容忍度好.详细讨论了透射峰确切位置的计算方法,并给出了严格的解析表达式.

基于含掺杂半导体复合光子晶体的太赫兹多通道滤波器

用n型掺杂GaAs和TiO2组成两个相同的光子晶体,并把它们串联成一个复合光子晶体。数值计算表明,复合光子晶体在0.1～6 THz的频段出现了数个相同的透射峰,这些透射峰有如下特征:当n型掺杂GaAs的掺杂浓度>1020/m3并继续增加时,从高频到低频各透射峰的透射率依次下降直至消失。当周期数变化时,透射峰的个数M和周期数N间满足关系式M=N-1,且N一定时,各透射峰的形状和中心间距相同。入射角增加时,各透射峰中心的移动很小,且入射角越大,各透射峰的半峰全宽度越窄。介质的几何厚度增加时,各透射峰的透射率和半峰全宽度不变,仅是其中心位置红移。这些现象为此复合光子晶体实现太赫兹频段的多通道滤波提供了理论指导。

四能级增益介质光子晶体激光器的时域有限差分模型与模拟

基于Maxwell-Bloch方程和速率方程相结合的模型,模拟包括四能级增益介质光子晶体激光器的光学特性.根据FDTD法的基本原理,给出方程的Yee氏离散方程.通过计算电场的时域特性,模拟光子晶体激光器的频谱特性、阈值特性、动力学演化等过程,模拟结果和理论结论一致,检验了该模型的有效性.

带隙可调光子晶体的研究进展

介绍了近几年带隙可调光子晶体的研究进展。带隙调节的机制主要有改变晶体材料的平均折射率和改变晶体的结构参数两种。综述了通过电场调制、磁场调制、压力调制、光照调制、温度调制和复合调制等实现带隙实时可调的研究进展,提出了目前存在的问题及研究方向。

一维光子晶体中偏振态的色散特性

利用介质材料的色散关系和特征矩阵法研究了一维光子晶体中TE波和TM波两种偏振态的带隙随色散的变化特征。得出:介质材料的色散会对一维光子晶体中TE波和TM波两种偏振态的带隙结构产生明显的影响,并且TE波和TM波的一级和二级禁带随色散强度的变化特征有所不同。这些研究结果扩展了对一维光子晶体中TE波和TM波带隙结构的认识。

含缺陷光子晶体传光特性的实验研究

选择MgF2和ZnSe两种材料设计制作了一维缺陷光子晶体,从理论和实验上对带有缺陷的一维光子晶体的传光特性进行了研究。在实验中,一般用光谱仪来测量通过光子晶体的透射光谱,由于光谱仪价格较贵,这种方法不利于制作实用的光子晶体传感器。我们用CCD和光栅代替光谱仪,利用白光光源代替激光器,建立自动测量实验系统进行了实验研究。实验中利用压电陶瓷来改变缺陷层厚度,模拟缺陷层的变化,通过CCD测量衍射光位置来测量透过的光频。实验结果表明,缺陷层厚度的变化和透射光频率之间呈线性关系,通过测量透射光频的变化,可以测量引起缺陷层变化的物理量,这与理论分析一致,说明本实验方法可行。本实验方法研制实用的光子晶体传感器具有一定意义。

1维等离子体光子晶体截止频率的研究

为了研究1维等离子体光子晶体的截止频率随介质材料的介电常数、等离子体频率、等离子体与介质材料厚度的比例系数以及入射角度的变化关系,采用传输矩阵方法,分析了1维等离子体光子晶体的色散关系,给出了截止频率的变化规律。结果表明,等离子体光子晶体不能完全截止任何小于等离子体频率的电磁波;随着入射角度的增加,截止频率逐渐趋向于等离子体频率;通过调节以上各参量,可实现等离子体光子晶体的可调谐功能。这与单纯等离子体截止频率相比,具有其鲜明特点。

新型光动力治疗仪的研制

目的:针对现代光动力治疗仪照射光的色纯度和利用率不高等缺点,设计一种新型光子晶体光动力治疗仪。方法:利用传输矩阵法得到光子晶体禁带特性,通过Matlab仿真甄选光子晶体材料和掺杂介质材料,采用光子透射率高、带宽窄结构为(AB)_5C(BA)_5(其中,A为碲化镉,B为二氧化硅,掺杂层C为五氧化二钽)的一维光子晶体设计。结果:该治疗仪很好地滤除了光源波长中光动力疗法的治疗窗口之外的杂波,大幅改善了照射光的色纯度和利用率,提升了光动力治疗癌症的效率。结论:该治疗仪具有自动监测和控制功能,使用方便、操作简单,提高了光动力疗法治疗一定体表深度癌症病灶的疗效。

一维光子晶体能带全貌特征的色散研究

利用—维光子晶体的色散关系,绘出了一维光子晶体TE波和TM波的能带随入射角和波长变化的三维立体图,并从俯视、主视、右视三个侧面,全面、立体地研究了一维光子晶体能带结构的全貌特征。利用这些特征能为设计一维光子晶体的全能反射器和大角度范围的起偏器提供理论依据。