光子晶体波导慢光特性研究

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光子晶体的电磁波波导与滤波特性研究

光子晶体的电磁波波导与滤波特性研究

光子晶体的电磁波波导与滤波特性研究光子晶体是一种具有周期性结构的材料,其特殊的光学性质引起了广泛的研究兴趣。

光子晶体的独特之处在于它可以通过周期性的折射率分布来控制光的传播行为。

在光子晶体中,能带的形成使得一些特定频率的电磁波被禁止传播,这就给了光子晶体在波导与滤波方面独特的应用。

在光子晶体中,电磁波可以通过特定的波导结构进行导模,使其能够在光子晶体内部沿着指定路径传播。

光子晶体的波导是由具有高折射率的材料构成的,它可以通过控制波导结构的周期性来改变其光学特性。

在某些波导设计中,光子晶体的波导结构可以通过微调周期性结构的参数来实现调谐。

这种调谐性质使得光子晶体的波导可以用于制作很多光学器件,如激光器、光调制器等。

除了波导,光子晶体还有重要的滤波特性。

由于光子晶体的周期性结构,特定频率的光可以被光子晶体完全反射或吸收,而其他频率的光则可以透过。

这使得光子晶体在滤波器件的制作中具有潜在的应用价值。

通过设计光子晶体的周期性结构,可以实现对特定频率范围内光的选择性透过或反射。

这种滤波特性可用于光通信、光传感和光谱分析等领域。

研究光子晶体的电磁波波导与滤波特性需要对其结构进行理论建模和仿真分析。

目前,常用的理论模型包括平均场理论、离散模式理论和有限元方法等。

这些方法可以用来预测光子晶体的电磁模式、波导传播损耗以及滤波特性等关键参数。

通过与实验结果的比较,可以验证理论模型的准确性,并对光子晶体的性能进行优化。

在实际应用中,光子晶体的电磁波波导和滤波特性是相互关联的。

在设计光子晶体波导时,需要考虑其指定频率的传播特性以及对其他频率的滤波效果。

同样地,设计光子晶体滤波器件时,需要考虑所需的频率范围以及所能实现的波导结构。

因此,在研究光子晶体的电磁波波导与滤波特性时,需要综合考虑这两个方面的因素。

光子晶体的电磁波波导与滤波特性研究具有重要的理论和应用价值。

在理论方面,研究光子晶体的波导与滤波特性可以深化对光子晶体光学性质的理解,并为其它领域的研究提供理论支持。

光子晶体材料的光学性质与传输特性分析研究

光子晶体材料的光学性质与传输特性分析研究

光子晶体材料的光学性质与传输特性分析研究光子晶体材料是一种具有周期性结构的材料,其具有独特的光学性质和传输特性。

本文将从光子晶体材料的定义、结构特点以及光学性质和传输特性等方面进行分析研究。

光子晶体材料是一种由周期性的折射率或介电常数分布组成的材料,其结构可用于控制光的传播。

与普通材料相比,光子晶体材料具有一些独特的光学性质。

首先,光子晶体材料具有光子禁带,即在特定频率范围内不允许光传播。

这是由于光子晶体中周期性的结构造成的干涉效应,从而形成了禁止能带。

其次,光子晶体材料具有高度方向选择性,即只有满足特定波矢条件的光子才能在材料中传播。

这使得光子晶体材料在光学通信、传感和光学器件等领域具有广泛应用的潜力。

光子晶体材料的结构特点主要体现在其周期性排列的单元和周期性折射率分布上。

从单元结构上看,光子晶体材料可分为一维、二维和三维结构。

一维光子晶体一般由平行排列的柱状单元组成,二维光子晶体则是由周期性排列的平面单元组成,三维光子晶体则是由周期性排列的体积单元组成。

这些单元之间通过特定的连接方式形成了光子晶体材料的周期性结构。

从折射率分布上看,光子晶体材料一般由具有不同折射率的介质构成,这种介质分布可通过改变材料成分或掺杂不同的材料实现。

光子晶体材料的光学性质主要包括光子禁带、色散特性和光学共振等。

光子禁带是光子晶体材料的最重要特性之一,它决定了光在材料中的传播特性。

光子禁带的宽度和位置可通过调节光子晶体材料的结构和成分来实现。

色散特性指的是光在光子晶体中的传播速度与波长的关系。

在某些情况下,光子晶体材料还可表现出色散补偿的效应,即不同波长的光同时通过光子晶体时能够得到相同的相位延迟。

光学共振是指当光的频率与光子晶体材料的共振频率匹配时,光与光子晶体之间发生强烈的相互作用。

这种共振现象可用于实现光学传感和激光器等器件。

光子晶体材料的传输特性主要涉及光的传播、散射和透射等过程。

光子晶体材料的周期性结构可以使得光在特定方向上具有高透射率,而在其他方向上发生衍射和散射。

光子晶体慢光特性的研究

光子晶体慢光特性的研究

光子晶体慢光特性的研究光子晶体是一种由周期性的介质构成的结构,其具有特殊的光学性质。

其中,慢光特性是光子晶体中最为重要和独特的特性之一。

慢光是指在光子晶体中传播的光的速度显著降低,一般比真空中的光速慢几百倍甚至更多。

光子晶体材料的周期性结构导致了光的布拉格散射,从而形成了光的能带结构。

在光子晶体的带隙中,光的传播受到了限制,光的速度变慢。

这是因为光在周期性结构中不断发生散射,从而延长了光的路径,减慢了光的传播速度。

慢光特性在光调控和信息处理领域具有广泛的应用。

首先,慢光可以增强光与物质的相互作用强度。

当光在光子晶体中传播时,其与物质之间的相互作用时间增加,从而可以更有效地激发物质的光学性质。

其次,慢光可以实现光信号的延时。

通过调节光子晶体的结构和参数,可以实现对光信号的延时控制,这在光通信和量子信息处理中具有重要意义。

此外,慢光还可以用于光波导和光隔离器等光学器件的设计与制备。

近年来,研究人员对光子晶体慢光特性进行了广泛的研究。

通过调节光子晶体的结构和参数,可以实现对光子晶体带隙的调控,从而实现对慢光特性的控制。

同时,研究人员还利用纳米材料和合成方法,制备了具有优异慢光特性的光子晶体材料。

这些研究为慢光特性的应用提供了新的途径和可能性。

然而,光子晶体慢光特性的研究仍面临一些挑战。

首先,现有的光子晶体材料制备方法和工艺仍不够成熟和稳定,制备出具有一致性和可控性的光子晶体材料仍具有一定的难度。

其次,光子晶体慢光特性的理论研究还不够完善,需要进一步深入探索光子晶体中光与物质的相互作用机制和调控方法。

此外,光子晶体慢光特性的应用还需要更深入的研究和实践,以实现其在光通信、光调控和光信息处理等领域的实际应用。

综上所述,光子晶体慢光特性的研究具有重要的科学意义和应用价值。

通过对光子晶体的结构和参数的调控,可以实现对光子晶体慢光特性的控制和调控。

随着研究的深入和技术的发展。

光子晶体波导中慢光的研究的开题报告

光子晶体波导中慢光的研究的开题报告

光子晶体波导中慢光的研究的开题报告
一、选题背景
光子晶体波导(photonic crystal waveguide)是一种能够实现光电子集成器件和光通信器件中频率和相干控制的重要基础元件。

在光通信、光传感、量子信息处理等
领域中具有广泛的应用前景。

其中,在光通信中,光子晶体波导作为一种高效的低能
耗光调制器件已被广泛使用。

尤其是在慢光方面的应用,如利用光子晶体波导中的慢
光实现光时域存储,超快光调制和精密光粒子探测等,在量子信息处理和传输中有着
重要的应用价值。

二、研究内容
本文将针对光子晶体波导中慢光这一研究热点,从理论和实验两个方面进行研究。

具体包括以下内容:
1. 基于光子晶体波导的慢光理论研究
通过数值计算和理论分析,研究光子晶体波导中的慢光传输特性,探讨慢光的产生机理和调控方法,分析其在超快光学和光量子学中的应用价值。

2. 光子晶体波导中慢光的实验研究
通过激光刻蚀、光子晶体纳米结构制备、光子晶体波导器件的制备和测量等方法,实验研究光子晶体波导中慢光传输特性,验证理论模型并探究其在实际应用中的表现。

三、研究意义
本论文的研究意义主要表现在以下几个方面:
1. 对光子晶体波导中慢光传输特性进行深入研究,有助于推动其在量子信息处理和光通信等领域的应用发展。

2. 探讨光子晶体波导中慢光的产生机制和调控方法,为相关领域的研究提供新的思路与方法。

3. 实验验证理论模型,为实际应用提供基础支持。

二维光子晶体波导能带结构及慢光特性研究的开题报告

二维光子晶体波导能带结构及慢光特性研究的开题报告

二维光子晶体波导能带结构及慢光特性研究的开题报告一、研究背景近年来,二维光子晶体 (2D photonic crystal, 2D PC) 材料因其光学性能和在光学通信、光电子学、光学传感等领域的应用潜力引起了广泛的关注和研究。

其中,二维光子晶体波导作为重要的光学器件,具有较高的传输效率和光学品质因素,因此也受到了研究者的重视。

在二维光子晶体波导中,光的传输受到晶格结构中的能带结构影响,光可以以被禁戒的形式在波导中传输,这种现象称为慢光效应 (slow light effect),是2D PC波导的典型特性。

慢光效应不仅能显著增强光-物质相互作用强度,还可以用于光学数据存储、光学调制等重要的光通信应用中。

因此,在2D PC波导中的能带结构和慢光特性研究具有重要的理论和应用意义。

二、研究目的和内容本研究旨在探究二维光子晶体波导的能带结构和慢光特性,具体目的如下:1. 建立二维光子晶体波导的理论模型,计算并分析其能带结构。

2. 分析二维光子晶体波导的慢光效应,研究其产生机理和基本性质。

3. 通过仿真和实验手段研究2D PC波导的慢光特性,探究其在光通信和其他光学应用中的潜在应用。

三、研究方法本研究采用如下方法:1. 建立二维光子晶体波导的理论模型,计算并分析其能带结构。

采用三维有限差分时间域法 (FDTD) 对波导进行计算,利用该方法可以得到高精度的计算结果。

2. 分析二维光子晶体波导的慢光效应,研究其产生机理和基本性质。

本研究采用传统的慢光理论和耦合模理论来进行分析和模拟。

3. 通过仿真和实验手段研究2D PC波导的慢光特性。

本研究将采用有限差分方法和电子束光刻技术制备2D PC波导材料,并进行光学实验研究。

四、研究预期成果本研究的预期成果如下:1. 合理的二维光子晶体波导理论分析模型和能带结构计算方法。

2. 深入的慢光效应基础理论研究和实验研究,可以对慢光效应的物理本质和应用前景进行更加全面的探究。

纳米光子学中的光子晶体与波导的性质研究

纳米光子学中的光子晶体与波导的性质研究

纳米光子学中的光子晶体与波导的性质研究光子晶体和波导是纳米光子学领域中重要的研究对象,它们在调控光的传播与控制、光学器件设计等方面具有重要的应用价值。

本文将介绍光子晶体和波导的基本概念、性质以及在纳米光子学中的应用,并探讨其研究进展和未来展望。

一、光子晶体的基本概念与性质光子晶体,又称为光子晶格,是一种具有周期性的介质结构,在空间上周期性分布的折射率使得光子晶体表现出特殊的光学性质。

光子晶体的基本概念可以追溯到20世纪80年代,自那时起,人们开始对光子晶体进行深入研究。

光子晶体的周期结构可以通过晶格常数来描述,常见的光子晶体结构有一维、二维和三维光子晶体。

光子晶体中存在光子能隙,即某些频率范围内的光在晶体中无法传播,这种能隙效应是光子晶体独特的特性之一。

光子晶体的制备方法多种多样,包括自组装、光刻、溶胶凝胶法等。

这些方法使得制备出的光子晶体具有不同的结构和性质,为研究者提供了更多的选择空间。

二、光子晶体在纳米光子学中的应用1. 光子晶体的光学控制光子晶体结构可以通过改变晶格常数、填充介质等手段来调控光的传播与控制。

通过光子晶体的布拉格散射,可以实现光的逆向传播、多光束衍射等现象。

光子晶体结构还可以通过对光子晶体的波导部分进行修饰,实现光的传播和调控,从而构建出各种光学器件。

2. 光子晶体的光学器件设计光子晶体被广泛应用于光学器件的设计与开发。

通过调控光子晶体的能隙特性,可以实现各种器件的功能,例如光开关、耦合器、滤波器等。

光子晶体的结构可以根据应用的需求进行优化设计,使得器件具有更好的性能指标。

三、波导的基本概念与性质波导是一种用于引导和传输光信号的结构。

通过控制波导结构的折射率分布,可以实现光的限域传输和波导模式的控制。

传统的波导结构多采用光导纤维、条形波导等。

随着纳米技术的发展,人们开始研究基于纳米结构的波导。

波导具有很多重要的性质,例如模场分布、波导损耗、波导耦合和波导模式等。

这些性质对于波导的应用和性能具有重要的影响。

光子晶体波导慢光效应的理论分析

光子晶体波导慢光效应的理论分析


要: 介 绍 了光 子 晶体慢 光技 术相 对其 他 实现慢 光 的技 术特 点。通 过 K r a me r 8 一K r o n i g关 系分析
讨 论利 用光 子 晶体 波 导产 生慢 光的机 理 , 在此 基础 上 总 结 出利 用光 子 晶体 实现 慢 光 的三 种 物理 机
制即: 布 里 渊 区边 界上 的别 向 波和反 射 波的布拉 格 共振 效 应 ; 全反 射 效应 ; 介 导 导模 和 带 隙导膜 之
“ 慢光 ” , 顾 名思 义就 是 利用 各 种 方 法 和手 段 减
慢光的速度 , 使得光脉冲传播 的群速度远远小于光 在 真 空 中 的传 播 速 度 c 。慢 光 技 术 由 于 其 在 光 缓
存, 光 计算 , 光延 迟线 的应 用而 受 到众多 研究 者 的广 泛 关 注 。除此之 外 , 慢 光 在 空 问上 还 可 以实 现 光 信 号 的堆 积 , 这 为 压缩 光 设 备 的体 积 提 供 了 可能 。与 此同时, 单位 空 间上 光 能 量 的增 加 也 增 强 了光 与 物 质 问 的相互 作用 , 进 而 可 以在单 位 长 度 的光 器件 上 增 强光 的吸 收 , 增 益 和非 线 性 效 应 。 目前 越来 越 多 的研 究 者都 致力 于减小 光 的传播 速度 , 实 现慢 光 。
第 3 2卷 第 4期 2 0 1 3年 l 2月
延安大学学报 ( 自然科 学版) J o u na r l o f Y a n a n U n i v e r s i t y ( N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n )
2 4
光 子 晶体 中的慢 光现 象也 可从 导模 的形成 机理 来理 解 , 一方面 , 在 光 子 晶体 中 , 由于 P B G 的

光在光子晶体中的传播特性及应用研究

光在光子晶体中的传播特性及应用研究

光在光子晶体中的传播特性及应用研究引言光是一种电磁波,在很多科学领域中都具有重要的应用价值。

光子晶体是一种具有周期性结构的材料,可以有效地控制光的传播特性。

本文将探讨光在光子晶体中的传播特性以及相关的实验研究。

一、光子晶体的定义与特性1. 光子晶体的定义光子晶体是一种具有周期性结构的材料,其周期性结构与晶体类似,但其单位结构是光学尺寸尺度的。

光子晶体具有光子能带结构,可以通过调节结构参数来控制光的传播特性。

2. 光子晶体的特性光子晶体具有以下特性:(1)光子禁带:光子禁带是指在光子晶体中某些频率范围内,光无法传播。

这是由于光在光子晶体中发生了布里渊散射,使得能量无法传递到下一个晶格位置。

(2)光子晶体色散:光子晶体中的光的色散性质与传统材料有所不同。

光子晶体中的光可以具有负色散性质,即频率随波矢增大而减小,或具有正色散性质,即频率随波矢增大而增大。

二、光在光子晶体中的传播特性1. 光传输模型光子晶体中的光可以通过两种方式传播:光子晶体的空穴、等离子体波。

(1)空穴模式:在光子禁带中,光无法沿着传统的光线传播,但可以通过空穴传播。

空穴模式是一种介于禁带和能带之间的传播模式,在光子晶体中垂直于周期性结构传播。

(2)等离子体波模式:等离子体波是一种在光子晶体表面传播的模式,其与光子晶体禁带中的模式相耦合,可以在光子晶体边界上产生表面等离子体波。

2. 实验准备及过程(1)材料准备:制备光子晶体需要具有高透明度和周期性结构的材料,如二氧化硅。

可以通过化学气相沉积、溶胶-凝胶法等方法制备具有所需结构的光子晶体。

(2)制备光子晶体结构:根据所需的结构参数,通过光刻、干涉曝光等方法在光子晶体材料上制备周期性结构。

(3)测量光传播特性:在实验中,可以使用光纤光谱仪、激光器等设备测量光在光子晶体中的传播特性。

例如,可以通过改变入射光的角度、波长等参数,测量光子禁带的带宽和频率响应等。

三、光在光子晶体中的应用研究1. 光子晶体光纤传感器光子晶体光纤传感器可以通过改变传感器内部的周期性结构实现对环境参数的高度敏感。

高透射率慢光速的光子晶体耦合腔波导的研究

高透射率慢光速的光子晶体耦合腔波导的研究

=c 1 / 7的慢光透射率提高 了 1 B, 是光 的透射 率仍不 2d 但
引 言
光子 晶体波导 中慢光 特性 在光存储 、光延迟 和光子集成 回路等方面具有潜在 的应用 价值 [ ] 1 ,成为 目前 光子 晶体研 究 领域的一个热 门课题 , 到研究 者 的广 泛关 注[ 受 3 _ 。Noo t—
1 二 维三角 晶格光子 晶体耦合腔 波导的透射 率 与群速度
二维三 角晶格 光子晶体结构参数设计 如下 : 景介质折 背 射率 :3 4 ( 似为半 导体硅 或铟磷 材料 在近红外 波段 的 .6近
折射率 ) ,晶格 常数 n . 2 m,空气孔 半径 r . 7 a 一0 3 8 一0 2 5 , 在完整光子 晶体 的中间一排 空气 间隔去掉 7 空气孔 , 个 形成
腔波导 , 运用 时域有 限差分 法( D D) F T 模拟共振耦合腔波导 T E偏振光 的透射谱 ,通过 透射谱得 到传输光 的
透射率和群速度 。 果 表 明,合 适 参数 的二维 三 角 晶格 共 振耦 合 腔波 导在 波 长 1 5 1 m 处 的群 速 度 为 结 . 5
c10 / 3 、透射 率为 2 . ,在 波 长 1 5 2 01 . 0 处 的群 速 度 为 c5 、透 射 率 为 2 . 。运 用 平 面 波 展 开 法 /0 92
( WE 计算 的该 波导的能带结构对慢光特性进行 了分析 。这种慢光 特性 的光子 晶体波 导将在光 存储 、光延 P ) 迟及光 子集 成等方面有潜在 的应用价值 。 关键 词 光 子晶体波导 ; 光速 ; 慢 透过率
中 图分 类 号 : 3 04 3 文 献 标 识码 : A D I 0 3 6/.sn 10 —5 32 1 } 51 3—6 O :1. 9 4 ji . 0 00 9 (0 2 0— 390 s

光子晶体耦合腔光波导慢光结构特性研究

光子晶体耦合腔光波导慢光结构特性研究

3 2 1 6
光 子 学 报
3 8卷
并且 随 着 腔 间 C R OW 中禁带的单一导模非 常平坦 , 距离的增加 , 导模频带逐渐变窄 . 三种情况下导模所 处 的 率 范 围 分 别 为: 0. 3 9 93 6 ~ 0. 4 1 90 4, 频率 0. 4 1 04 8~0. 4 1 44 7 和 0. 4 1 55 8~0. 4 1 66 7, 宽度分别为 : 而线缺 0. 0 1 96 8, 0. 0 0 39 9, 0. 0 0 10 9, 陷波导的导模频 宽 为 0. 与线缺陷光波导导 1 4 41 9, 三个 耦 合 腔 光 波 导 中 导 模 宽 度 分 别 是 模宽度相比 , 前者宽度的 1 随着微腔距 3. 6 5% 、 2. 7 7% 和 0. 7 6% , 离的增加 , 导模带 宽 迅 速 变 窄 . 计 算 发 现, 在微腔距 即 n 增大时 , 导 模 平 坦 化 越 来 越 平 坦, 同时 离增加 , 导模中心频率稍微向高频方向上移 , 而C R OW 的禁 带置基本保持不变 . 2. 2 不同微腔距离下的群速度 利用公式 ( , 对 导 模 色 散 曲 线 求 取 一 阶 微 商, 2) 能够计算出 C 图 3 画出了 狀= R OW 导模的群速度 . 以及导模 2、 4、 6 时 导 模 群 速 度 随 频 率 的 变 化 曲 线, 图 3( ) 、 ( 、 ( ) 最大群速度随参数 狀 的变化关系 . a b) c 是各导模群速度 狏 群速 度在 g 关于频率的变化曲 线 . 导模中 心 附 近 达到 最大 值 , 在 带 边处 , 这 狏 g 趋于零,
-4 群速度急剧减小 . 当相邻微腔之间距离为 7 个晶格常数时 , 获得了小于 2×1 导模显著平坦化 , 0 犮

光子晶体耦合腔波导低色散慢光的研究

光子晶体耦合腔波导低色散慢光的研究
第3 6卷 1 期 2 01 3年 1 月
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安 徽 师 范 大 学 学i 报 ( 自然科学版 ) J o u na r l o f An h u i No r ma l Un v e r s i t y( Na t u r a l S c i e n c e )
V o 1 . 3 6 No . 1
3 6卷第 1 期
张 昌莘 , 席
伟, 陆
霁 : 光子晶体耦合腔波导低色散慢光的研究
光子晶体波导中慢光特性的实际应用 . 因此近年来设计产生低群速度和低色散慢光的光子晶体波导成为 近几年 重要 的研究 课题 【 _ 1 .
r】 、
为 了表征低 色散慢 光特征 , 定义慢 光 的平 均群折 射率 =
∑ 和相应 的波长 带宽为 = 一
一 r I 1 i ; 群折射率平坦率 =
范 围 内为 低色散 慢光 区 .
规定群折 射率平 坦率 ≤ 1 0 %, 即群折 射率 7 / 在( 1±1 0 %)
为 了比较不 同共振耦合腔波导在不 同波长范围的低色散慢光特性 , 定义群折射率归一化带宽积 ( t h e
收稿 日期 : 2 0 1 2—0 8 —3 0 基金项 目: 国家 自然科学基金重大研究计 划项 目( 9 1 1 2 1 0 1 9 ) ; 广东省科技计划项 目( 2 0 1 0 1 3 0 8 0 7 0 1 0 6 6 ) . 作者简 介: 张 昌莘 ( 1 9 5 6一) , 男, 安徽芜湖人 , 教授 , 主要从事原子结构 的理论研究和光子晶体波导光传输特性的研究 . 引用格式 : 张昌莘 , 席伟 , 陆霁, 等. 光子晶体耦合腔波导低色散慢光的研究 [ J ] . 安徽师范大学学报 : 自然科学版 , 2 0 1 3 , 3 6 ( 1 ) : 3 0—3 5

太赫兹光子晶体波导传输特性研究

太赫兹光子晶体波导传输特性研究

太赫兹光子晶体波导传输特性研究引言太赫兹波(THz wave)是指频率介于红外光和微波之间的电磁波,波长在0.1mm至1mm 之间,其在医学、生物学、化学、材料科学等领域具有广泛的应用前景。

而光子晶体波导是一种新型波导材料,具有许多优异的光学特性。

研究太赫兹光子晶体波导的传输特性,对于深入理解太赫兹波导的物理特性,提高其应用性能具有重要意义。

一、太赫兹光子晶体波导的基本原理1. 太赫兹光子晶体光子晶体是一种周期性微结构,在所谓的带隙效应使得一定范围的光波不能传播,其波长在光子晶体空间周期的大小量级。

太赫兹光子晶体,则是指光子晶体结构的周期性在太赫兹频段内。

2. 太赫兹光子晶体波导太赫兹光子晶体波导是在具有周期性微结构的介质板中引入缺陷,从而实现对太赫兹波的控制和传输。

由于太赫兹波的波长在纳米量级,因此光子晶体波导的微结构尺寸也在纳米尺度。

二、太赫兹光子晶体波导传输特性研究1. 传输损耗传输损耗是衡量光子晶体波导传输效果的重要指标。

研究太赫兹光子晶体波导的传输损耗,可以量化其在太赫兹波段的传输效率。

2. 良好的模场分布太赫兹光子晶体波导传输的关键之一是其模场分布。

研究太赫兹光子晶体波导中的模场分布,可以为其在传输方面的应用提供理论依据。

3. 禁带宽度的控制利用太赫兹光子晶体波导周期结构的特性,对其禁带宽度进行调控,可以实现对太赫兹波的波长选择和滤波功能的实现。

三、太赫兹光子晶体波导的应用前景1. 太赫兹通信技术太赫兹通信技术是借助太赫兹频段的电磁波进行通信的一种新型技术。

利用太赫兹光子晶体波导进行太赫兹波的传输和控制,可以为太赫兹通信技术的发展提供技术支持。

2. 太赫兹成像技术太赫兹波在成像技术中有广泛的应用前景,尤其是在医学成像和安检领域。

太赫兹光子晶体波导的研究,可以为太赫兹成像技术的发展提供新的技术途径。

结论太赫兹光子晶体波导的研究对推动太赫兹波在通信、成像、调控等领域的应用具有重要的意义。

光子晶体波导慢光技术

光子晶体波导慢光技术

光子晶体波导慢光技术TechnologyofSlowLightinPhotonicCrystalWaveguides掌蕴东翁文喻波袁萍(哈尔滨工业大学光电子技术研究所可调谐激光技术国家级重点实验室,哈尔滨150080)ZHANGYundong,WENGWen,YUBo,YUANPing(StateKeyLaboratoryofTunableLaserTechnology,InstituteofOptoelectronics,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150080)摘要介绍了光子晶体波导中慢光产生的基本原理,指出目前慢光传输的主要测量手段及热点研究问题,对三种常见的光子晶体波导优化结构进行了简单介绍。

关键词光子晶体;慢光;波导;光延迟线AbstractThemechanismofslowlightgeneratedinphotoniccrystalwaveguidesisintroduced,mainmeasuringmethodsandproblemsofslowlightpropagationarepointedout.Threeimprovedconventionalstructuresofphotoniccrystalwaveguidesarerecommended.Keywordsphotoniccrystal;slowlight;waveguide;opticaldelayline中图分类号O4311引言近年来,控制光波在介质中传输的速度已经成为光学领域的一个研究热点。

从实现光速减慢的方法上来说,大体可分为(1)通过控制光的吸收、增益来改变光学介质的色散;(2)改变介质的宏观光学性质来改变光速。

第一种方法通常用到非线性光学技术,例如:电磁感应透明技术[1,2],相干布居振荡技术[3,4],和受激布里渊散射[5]等。

第二种方法利用法布里-珀罗谐振腔及光子晶体等。

光子晶体的波导特性研究

光子晶体的波导特性研究

光子晶体的波导特性研究光子晶体是一种具有周期性介质结构的材料,其特点是具有禁带结构,可以限制特定频率的光波传播。

光子晶体的波导特性研究主要是探究光在这种材料中的传播特性以及通过结构调控来实现光波导的性能优化。

本文将从光子晶体的基本原理入手,介绍波导特性的研究方法和应用。

光子晶体是由具有周期性折射率分布的介质组成的周期性结构。

通过调控晶格的周期和折射率分布,可以实现光子晶体对不同频率的光波的禁带。

在光子晶体中,禁带是指光波无法传播的频率范围,从而实现了对光的控制。

波导是一种特殊的结构,可以限制光波在其中传播。

在光子晶体中,波导是在具有周期性结构的基板上形成的一条通道,通过在波导区域的设计和调控,可以实现光波的有效捕捉和传播。

光子晶体波导(Photonic Crystal Waveguide,简称PCW)基于光子晶体材料,利用其禁带特性和成熟微纳加工技术,实现了对光波进行有效控制和引导。

波导特性的研究对于光子晶体的应用具有重要意义。

首先,研究波导的传播特性有助于深入理解光子晶体中的光学行为和光子晶体材料的特点。

通过准确把握波导的设计和制备方法,可以进一步优化光子晶体材料的性能,提高其应用的效率和可靠性。

其次,波导特性的研究对于光子晶体在光通信领域中的应用具有重要意义。

光子晶体波导可以用于制备高性能的光放大器、光调制器和光开关等器件,这些器件在光通信系统中扮演着重要的角色。

通过研究波导的性能,可以提高这些器件的传输速率、增强其光学性能,并进一步推动光通信技术的发展。

在研究光子晶体波导特性时,有几个关键的研究内容和方法。

首先是波导的设计和优化。

通过计算和仿真方法,可以对光子晶体波导的性能进行预测和优化。

采用数值计算方法,如有限差分时域方法(FDTD)和有限元方法(FEM),可以模拟光波在波导中的传播和光场分布,进一步指导波导的设计和性能调优。

其次是波导的制备和性能测量。

光子晶体波导的制备可以采用光刻、干法蚀刻和离子注入等传统的微纳加工技术,也可以基于自组装等方法实现。

光子晶体慢光特性研究

光子晶体慢光特性研究

光子晶体慢光特性研究光子晶体是一种具有周期性介质结构的光学材料,其晶格常数与入射光波长相当,从而形成光子晶格。

由于其结构的特殊性质,光子晶体具有许多独特的光学特性,其中慢光特性备受关注。

慢光是指光在介质中传播速度明显减慢的现象。

光子晶体中的慢光效应源于布拉格散射,即入射光波长与晶格常数之间形成的布拉格共振。

当入射光波长与晶格常数匹配时,光子晶体会对光进行衍射,使得光波的传播速度减慢。

这种减慢的速度可以达到光速的几百分之一甚至更低。

光子晶体慢光的研究对于光学通信、光子计算和光学传感等领域具有重要意义。

首先,光子晶体慢光可以用于实现光学器件的微小化和集成化。

通过调控光子晶体的结构和参数,可以实现光的定向传输和控制,从而在光学器件中实现更高效的能量转换和信号处理。

其次,光子晶体慢光还可以用于实现光学非线性效应的增强。

在光子晶体中,光的传播速度减慢,光与介质中的原子或分子相互作用的时间增加,从而增强了光学非线性效应的强度。

这为实现高效的光学调制和光学开关提供了新的途径。

此外,光子晶体慢光还可以用于光学传感。

通过改变光子晶体中的结构或环境,可以实现对光的不同特性的敏感,从而实现对光学信号的高灵敏度检测和测量。

光子晶体慢光特性研究面临着一些挑战和困难。

首先,制备高质量的光子晶体材料是关键。

光子晶体材料的制备需要高精度的工艺和制备技术,以保证晶格的周期性和结构的完整性。

其次,慢光效应的调控也是一个难题。

如何调节光子晶体的结构和参数,以实现特定波长下的布拉格共振和慢光效应仍然是一个研究热点。

此外,光子晶体慢光的应用还需要进一步研究和开发。

总之,光子晶体慢光特性的研究对于光学领域的发展具有重要意义。

通过深入研究光子晶体的结构和特性,可以实现光子晶体材料的精确制备和调控,进而推动光子晶体慢光的应用。

随着技术的不断进步,相信光子晶体慢光将在光学通信、光子计算和光学传感等领域中发。

光子晶体槽波导慢光特性研究的开题报告

光子晶体槽波导慢光特性研究的开题报告

光子晶体槽波导慢光特性研究的开题报告一、研究背景光子晶体具有结构优异、大孔径、低能耗、宽带宽等优点,能够用于慢光器件的制作。

光子晶体槽波导是一种新型的光子晶体结构,它可以在波导体内引导光传输,并且具有慢光特性。

因此,对光子晶体槽波导的慢光特性进行研究,将对光通信技术和光信息处理技术的发展具有重要的意义。

二、研究目的本研究将重点研究光子晶体槽波导的慢光特性,包括光子晶体槽波导中的光的传输过程、光的群速度、光的频率响应等方面。

通过实验和仿真方法,探索光子晶体槽波导的慢光特性及其应用。

三、研究内容1. 光子晶体槽波导器件的制备:采用自组装原理制备光子晶体材料,将其制备成为光子晶体槽波导器件。

2. 光子晶体槽波导的慢光特性研究:通过实验和仿真方法研究光子晶体槽波导的慢光特性,包括光的传输过程、光的群速度、光的频率响应等方面。

3. 光子晶体槽波导的应用研究:将光子晶体槽波导应用于光通信器件中,研究其性能并进行性能优化。

四、研究方法本研究将采用实验和仿真两种方法,具体分为:1. 光子晶体槽波导器件的制备:采用自组装原理制备光子晶体材料,将其制备成为光子晶体槽波导器件。

2. 实验方法:采用自制的实验系统,对光子晶体槽波导进行性能测试,包括光的传输过程、光的群速度、光的频率响应等方面。

3. 仿真方法:采用COMSOL Multiphysics建立光子晶体槽波导的数值模型,对其进行较全面的仿真,以期获取更为准确的结果。

五、研究意义本研究将对光通信技术和光信息处理技术的发展具有重要的意义,具体体现在:1. 对光子晶体槽波导的慢光特性有更深入的认识,为其在光通信和光处理中的应用做出更准确的评估。

2. 为实现光子晶体槽波导器件的低能耗和高带宽提供了理论和实验基础,推动其在相关领域的应用。

3. 对仿真方法和实验方法的比较和验证,将对光子晶体的相关研究提供参考和借鉴。

基于光子晶体波导的慢光特性研究

基于光子晶体波导的慢光特性研究

基于光子晶体波导的慢光特性研究基于光子晶体波导的慢光特性研究慢光是指在特定材料或结构中,光的传播速度远慢于真空中的光速。

这种特殊的光传播现象在光子晶体波导中能够得到实现。

光子晶体波导是一种由排列有序的介质单元构成的光学器件,可以在光子禁带中实现自由传播的光。

通过对光子晶体波导中光的慢化特性的研究,可以为光子学领域中的信息传输和处理提供新的途径和方法。

光子晶体波导中的慢光现象是由于波导中的周期性结构导致的。

在光子晶体波导中,介质的周期性排列形成了周期性的折射率分布,从而对光的传播产生影响。

当光线从高折射率区域传播到低折射率区域时,由于光的传播速度与介质的折射率相关,光的传播速度会明显减慢。

这种减慢的效应表现为光的群速度降低,即慢光效应的实现。

慢光在光子学中具有重要的应用价值。

首先,慢光可以用于实现光信号的延时。

在通信和计算领域,需要利用光信号进行信息的传输和处理。

光信号的延时可以帮助我们更好地控制和调整信号的传输时间,从而实现更加灵活和高效的光通信和光计算系统。

其次,慢光还可以用于实现光学非线性效应。

在传统的光学器件中,非线性效应往往需要较长的光传播距离才能充分实现。

而通过光子晶体波导中的慢光效应,可以在较短的距离上就能够实现强的非线性效应,使得光学器件更加紧凑和高效。

对于光子晶体波导中的慢光特性的研究,需要从两个方面进行探究。

首先是对光子晶体的设计和制备。

通过合理的设计光子晶体结构,可以实现特定波长范围内的慢光效应。

常见的光子晶体结构包括方格状、六角形等周期性排列的介质单元。

制备光子晶体材料需要采用先进的纳米加工技术,如电子束曝光、等离子体刻蚀等,以实现高质量、高度有序的光子晶体结构。

其次是对光子晶体波导中慢光特性的理论研究。

通过建立适当的理论模型,可以对光子晶体波导中的光传播行为进行描述和分析。

常用方法有均匀有效介质理论和群速度分析等。

基于这些理论工具,可以对光子晶体波导中的慢光特性进行预测和优化。

光子晶体波导光学性质研究及其应用

光子晶体波导光学性质研究及其应用

光子晶体波导光学性质研究及其应用光学材料的研究是光学领域的重要研究方向。

其中,光子晶体波导光学性质的研究引起了广泛关注。

光子晶体波导电磁波的传播方式与普通光导波导有所不同。

普通光导波在传播过程中,会由于材料的折射率和波导结构的变化而发生折射和反射现象;而光子晶体波导则是利用了光子晶体的周期性结构,通过禁带的产生而实现光的完全反射和传播,避免了光本身的耗散和散射。

光子晶体波导通过周期性结构的构成和控制,可以实现高度可定制化和可调控的光学性能。

通过控制光子晶体波导的几何形状和材料的折射率等参数,可以实现光子晶体波导的禁带调制和光流的调控。

光子晶体波导在光通信、可见光通信、半导体激光器、光传感等领域都有广泛应用。

其中,光子晶体波导在微纳米光子学研究中具有广泛应用前景。

在微纳米光子学研究中,光子晶体波导可用于制备微纳米光学模拟器和微纳米光子学逻辑门等微纳米光子学器件。

光子晶体波导可以为微纳米光学模拟器提供一个完整的光路系统,使得微纳米系统中的光子传输行为可以得以控制。

该技术的研究不仅可以为微纳米光子学领域的研究提供新的方式,而且对于微纳米光子学器件的实际应用也有很大的推动作用。

此外,光子晶体波导在生物医学领域也具有广泛的应用前景。

以微纳米生物传感器为例,光子晶体波导可以作为核心元件,通过控制生物材料和光通量之间的相互作用,实现对细胞和分子级别的检测。

这种传感器具有高灵敏度和高选择性,可以将其用于癌症筛选、生物体内成像等领域。

总之,光子晶体波导的研究在微纳米光子学和生物医学等领域都具有广泛的应用前景。

在未来的研究中,我们期待看到更多关于光子晶体波导的研究成果,为光学领域的发展做出更大的贡献。

光子晶体波导慢光技术

光子晶体波导慢光技术

光子晶体波导慢光技术
光子晶体波导慢光技术
介绍了光子晶体波导中慢光产生的基本原理,指出目前慢光传输的主要测量手段及热点研究问题,对三种常见的光子晶体波导优化结构进行了简单介绍.
作者:掌蕴东翁文喻波袁萍 ZHANG Yundong WENG Wen YU Bo YUAN Ping 作者单位:哈尔滨工业大学光电子技术研究所,可调谐激光技术国家级重点实验室,哈尔滨,150080 刊名:激光与光电子学进展ISTIC PKU 英文刊名:LASER & OPTOELECTRONICS PROGRESS 年,卷(期): 2007 44(10) 分类号: O431 关键词:光子晶体慢光波导光延迟线。

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第31卷 第1期光 学 学 报Vo l.31,N o.12011年1月ACTA O PT ICA SINICAJanuary,2011光子晶体波导慢光特性研究曲连杰 杨跃德 黄永箴(中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点联合实验室,北京100083)摘要 基于二维三角晶格空气孔光子晶体,通过在光子晶体单线缺陷波导两侧引入不同的耦合腔,设计了慢光特性较好的波导结构。

利用平面波展开法计算波导的色散曲线,并分析慢光模式的群速度和群速度色散特性。

耦合腔采用单缺陷腔时,适当调节波导宽度可以获得在零色散点群速度为0.0128c 的慢光模式,对应在1.55 m 波长处的带宽为409GH z 。

耦合腔采用长轴与波导方向呈60 的双缺陷腔,在超原胞大小为4a 9b(a,b 分别为光子晶体在x ,y 方向的周期)时,通过调整波导宽度,可以获得在零色散点群速度为0.0070c 的慢光模式,对应在1.55 m 波长处的带宽为226GH z 。

进一步增大沿波导方向上双缺陷腔之间的距离,可以获得在零色散点群速度为0.0011c 的慢光模式。

同时可以根据具体情况选择合适的波导宽度参数,设计满足不同要求的慢光波导结构。

关键词 光通信;光子晶体波导;平面波展开法;慢光;零色散点中图分类号 T N929.11 文献标识码 A doi :10.3788/AOS 201131.0113002Slow Light Characteristics of Photonic Crystal WaveguidesQu Lianjie Yang Yuede Huang Yongzhen(St a te K ey La bor a tor y on In tegr a ted Optoelect r onics ,Instit ute of Sem icondu ct or s ,Chinese Aca dem y of S ciences ,Beijin g 100083,China )Ab stract Based on two dimensional triangular lattic e air hole photonic crysta l,a kind of waveguide structure with good slow light charac teristics is proposed by induc ing coupled cavity on both sides of the photonic crysta l single line defected waveguides.The energy band structure,group velocity and group veloc ity dispersion characteristics of slow light mode are analyzed by plane wave expansion method.For the waveguide structure using single defec t cavity as c oupled cavity,the group velocity of 0.0128c at the zero dispersion point with the ba ndwidth of 409GHz in the 1.55 m wavelength could be obtained by appropriately adjusting the waveguide width.As for the waveguide structure using two defect cavity as coupled cavit y with the super cell of 4a 9b ,the group velocity c an reach 0.0070c at the zero dispersion point with the bandwidth of 226GHz in the 1.55 m wavelength by adjusting the waveguide width.To further increase the distance between the two defec t cavities,the slow light m ode with group velocity of 0.0011c at the zero dispersion point could be obtained.Besides,the slow light waveguide can meet different requirements by selecting the appropriate width of waveguide.Key words optica l communications;photonic crystal waveguides;plane wave expansion method;slow light;zero dispersion pointOCIS codes 130.5296;060.4510收稿日期:2010 01 01;收到修改稿日期:2010 04 20基金项目:国家973计划(2006CB302804)和国家自然科学基金(60777028,60723002,60838003)资助课题。

作者简介:曲连杰(1982!),男,硕士研究生,主要从事光子晶体方面的研究。

E mail:qulianjie@导师简介:黄永箴(1963!),男,博士,研究员,主要从事半导体光电子器件方面的研究。

E mail:yzhuang @ (通信联系人)1 引 言光子晶体有很多独特的性质,可以应用于各种光学器件[1,2]。

慢光效应就是它的一个很重要的特性,可以实现大的时间延迟[3,4]、增加相移[5]、大色散或者零色散[6,7]以及增强非线性效应[8,9]等作用,在光学延时线、全光缓存和全光可调谐开关等领域引光 学 学 报起了科研人员的极大兴趣。

除了采用反常色散的材料来实现材料慢光外,也可以采用微环耦合光学延时[10]、方形耦合腔[11]、半导体波导[12]和光子晶体[13~15]等实现结构慢光。

其中光子晶体,理论上在带边可以实现群速度为0的慢光,Vlasov等[16]在Si 光子晶体波导中实现了群速度小于c/300的慢光, Ger sen等[17]在实空间中观察到了群速度小于c/1000的慢光传播,但是在带边随着群速度的降低,带宽变得很窄,对应着高色散。

为了增加带宽,人们研究了各种光子晶体零色散结构[7,18~20],但这往往以牺牲群速度为代价,导致群速度相对较大,慢光效应不显著。

目前对光子晶体零色散慢光的研究,采用最多的是基于三角晶格平板光子晶体单线缺陷波导结构,通过引入辅助波导可以在零色散点得到群速度c/118左右的慢光[19],也可以对波导两侧的空气孔位置进行调整,获得群折射率为130,对应1.55 m波长处带宽3.9nm的慢光模式[20]。

对于光子晶体平板实现慢光的另两种结构-光子晶体条形介质波导和光子晶体耦合腔波导,研究比较少,其中光子晶体条形波导结构的慢光,群折射率可以超过100[21];对于光子晶体耦合腔波导有更优越的慢光特性,在2.6nm波长范围内可以实现群折射率105∀20的慢光[22]。

在只考虑减少群速度的情况下,利用三角晶格介质柱光子晶体耦合腔波导可以实现群速度5.8910-4c的慢光[23]。

本文以二维三角晶格空气孔光子晶体为基础,通过在光子晶体单线缺陷波导两侧引入缺陷腔作为耦合腔,利用平面波展开法理论分析了两种缺陷腔对应光子晶体波导的能带结构,对这两种波导结构的慢光模式在零色散点处的群速度以及1.55 m 波长处的带宽特性进行分析。

2 光子晶体单线缺陷波导本文提出的光子晶体波导基于光子晶体单线缺陷波导,通过在波导两侧引入缺陷腔作为耦合腔的一种波导结构。

相对于普通的光子晶体耦合腔波导,该慢光波导由于基于光子晶体单线缺陷波导,因此期望具有较高的透射率。

对于耦合腔的种类,在此采用单缺陷腔和双缺陷腔。

单缺陷腔是在完整光子晶体中去除一个空气孔形成的,而对于双缺陷腔是去除两个空气孔形成的。

双缺陷腔的结构有两种,一种是腔的长轴沿着波导方向,另一种是长轴与波导的方向呈60 角,如图1所示。

虚线包围的区域分别对应这几种结构的光子晶体波导的超原胞结构图。

介质材料为Si,相应的折射率为3.5,对应的空气孔半径r=0.3a,其中a为光子晶体晶格周期。

完整的光子晶体,对于T E(磁场方向平行于空气孔)模式存在禁带0.20506(a/ )~0.27206(a/ )。

对于单缺陷腔,其谐振频率位于0.23826(a/ )。

长轴方向平行于波导的单个双缺陷腔的谐振频率有4个,分别位于0.22232(a/ ),0.23805(a/ ),0.23840(a/ )和0.25660(a/ )。

对于长轴与波导呈60 角的双缺陷腔的谐振频率位于0.22225(a/ ),0.23805(a/ ), 0.2383(a/ )和0.25668(a/ )。

可以看出这两种双缺陷腔的谐振频率相近。

图1单、双缺陷腔光子晶体波导超原胞结构图Fig.1Super cell of photo nic cr ystal waveg uides w ith single defect cavit y and tw o defect cav ity对于光子晶体单线缺陷波导,能带的带边位于归一化频率0.21176(a/ )附近,因此无论采用单缺陷腔或者双缺陷腔作为耦合腔,腔的谐振频率都高于光子晶体单线缺陷波导的带边频率,意味着腔的谐振模式与光子晶体单线缺陷波导的模式耦合非常严重,为了使得光子晶体单线缺陷波导模式带边向高频移动,考虑通过在y方向移动波导两侧相邻空气孔位置的方法来调节光子晶体单线缺陷波导模式的位置。

如图1所示波导宽度为W1,定义m=W1/b,其中b为光子晶体在y方向上的周期。

通过改变波导宽度的大小,可以实现对波导内模式的位置和属性的调节。

图2为不同m值下的光子晶体单线缺陷波导的能带结构图。

随着m值的减少,禁带内的能带向高频方向移动,当m=0.9时,带边位于归一化频率0.22017(a/ ),当m=0.8时,带边位于归一化频率0.22980(a/ )。

因此,可以得到当m位于0.7~0.8之间的某个值时,带边的频率高于单缺陷腔自身的谐振频率。

m位于0.8~0.9之间的某个值时,带边的频率开始高于双缺陷腔自身的谐振频率。

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