1 河池学院 人工智能与制造学院，广西 宜州 546300
2 广西大学 物理科学与工程技术学院，广西 南宁 530004
为研究和设计高品质、高性能的光学滤波、光学放大、光学衰减和全反射镜等器件，通过计算模拟的方式，研究两端对称复缺陷对光子晶体C(AB)n(BAB)(BA)nC光传输特性的激活效应，研究表明：在对称结构光子晶体的两端置入缺陷C，当缺陷C为实介质时，光子晶体透射谱中出现多条透射率为100%的分立透射峰。当C中掺入具有增益放大效应的杂质形成含负虚部的复折射率缺陷时，透射谱中各分立透射峰的透射率均出现增益放大现象，而且缺陷层复折射率的虚部或实部对透射峰的增益放大倍数均具有调制作用，随着缺陷层复折射率的负虚部或实部增大，透射增益放大倍数先增大，达到极大值后再减小，增益放大倍数最高达可达104数量级。当C中掺入具有衰减效应的杂质形成含正虚部的复折射率缺陷时，透射谱中各分立透射峰均出现透射率衰减现象，而且缺陷层复折射率的虚部或实部对透射峰的衰减倍数也具有调制作用，随着缺陷层复折射率的正虚部增大，各分立透射峰的透射率不断衰减，直至透射率趋于零，出现全反射或全吸收现象。两端对称复缺陷对光子晶体光传输特性的调制规律，可为新型光学器件的研究与设计提供理论参考。
光子晶体 两端复缺陷 滤波 增益放大 调制 photonic crystal complex defects with two ends filtering gain amplification modulation 红外与激光工程
2021, 50(S2): 20200356
1 河池学院 物理与电子工程系，广西 宜州 546300
2 广西大学 物理科学与工程技术学院，广西 南宁 530004
以向列相液晶为缺陷层构造了双通道光子晶体滤波器(AB)m(LC)H(LC)(BA)m模型。利用传输矩阵法并结合向列相液晶电光效应，研究了液晶层的外加电场对滤波器的调制特性。结果表明，双滤波通道中心频率位置与电压的变化为线性关系，说明电压对滤波频率具有很好的调制效果。双通道滤波带宽对外场电压的响应灵敏度不同，长波通道滤波带宽对外场电压响应较为灵敏。当电压足够小时，电压对滤波带宽的调制范围较大，且调制规律也比较明显，可通过选择合适的电压范围来实现双通道滤波器滤波带宽的微调功能。这些特性，对新型光学滤波器的设计具有一定的指导意义。
光子晶体 双通道滤波器 向列相液晶 调制 photonic crystal dual-channel filter liquid crystal modulation 红外与激光工程
2020, 49(S2): 20200222
1 兴义民族师范学院 物理与工程技术学院，贵州 兴义 562400
2 河池学院 物理与机电工程学院，广西 宜州 546300
3 广西大学 物理科学与工程技术学院，广西 南宁 530004
为研究与设计新型光波导和光学传感器，通过参数匹配，并利用平面波展开的传输矩阵理论及布洛赫定理，研究左右手材料光子晶体的能带结构、表面波局域电场分布等，结果表明：零平均折射率左右材料光子晶体能带中存在的半封闭状和封闭状禁带结构，且通带中的能级曲线由高频向低频方向振荡衰减并简并。添加表面覆盖层介质后，部分半封闭状及封闭状禁带中出现正向波和反向波分立能级，分立能级随覆盖层厚度增大向波矢减小方向移动，半封闭状禁带中的分立能级在覆盖层厚度达到一定数值时出现分裂现象。禁带中正向表面波局域电场极大值均处于覆盖层与光子晶体表面交界处附近，并随覆盖层厚度增大或远离交界处而衰减，封闭状禁带对应的局域电场极大值对覆盖层厚度的响应灵敏度弱于半封闭状禁带。禁带中的反向表面波局域电场及其极大值均处于光子晶体内部，而且随覆盖层厚度增大而增强，封闭状禁带对反向表面波的局域限制作用、表面波与入射光的耦合作用、局域电场对覆盖层厚度的响应灵敏度等强于半封闭状禁带。
光子晶体 零平均折射率 表面波 局域电场 传输矩阵 photonic crystal zero mean refractive index surface wave local electric field transmission matrix 红外与激光工程
2020, 49(9): 20200052
1 河池学院 物理与机电工程学院, 广西 宜州 546300
2 广西大学 物理科学与工程技术学院, 广西 南宁 530004
利用传输矩阵理论和等效原理, 从能级的角度研究对称结构光子晶体表面光学Tamm态, 结果表明: 当光子晶体的排列周期无限大时, 入射介质与光子晶体间不满足阻抗匹配条件, 从而不出现表面光学Tamm态; 当光子晶体被截断成有限周期时, 其表面可支持表面光学Tamm态的存在, 且轴向传播时通带中出现TM和TE偏振的能级简并现象, 离轴传播时从通带边缘分离出来的非简并能级被局域于光子晶体表面而形成了表面光学Tamm态; 当光子晶体截断参数与最外层高折射率介质匹配时, 容易形成束缚性较强的表面光学Tamm态, 与最外层低折射率介质匹配时, 则难以实现表面光学Tamm态; 通过ATR全反射技术对光子晶体表面态进行激发可观察到被激发的耦合共振吸收现象。对称结构光子晶体表面光学Tamm态的特性可为光子晶体光波导和表面波传感器的研究和设计提供指导。
光子晶体 传输矩阵 光学Tamm态 ATR光谱 photonic crystal transfer matrix optical Tamm state ATR spectrum 红外与激光工程
2019, 48(8): 0817001
1 兴义民族师范学院 物理与工程技术学院, 兴义 562400
2 河池学院 物理与机电工程学院, 宜州 546300
3 广西大学 物理科学与工程技术学院, 南宁 530004
为了设计高品质、高性能的光学滤波器件, 采用传输矩阵法, 研究左右手材料构成的光子晶体(HL)mDl(LH)m的窄带和宽带通道双重光学滤波功能, 并进行了计算机仿真。介质层H是左手或右手材料时, 随着排列周期数m增大, 在频率ω/ω0奇数倍处均出现单条窄透射峰; 当m不等值变化时, ω/ω0奇数倍处透射峰透射率均下降且下降速度相同, 而ω/ω0偶数倍处通带透射率不变; H为左手材料时, ω/ω0偶数倍处还出现通带, 且m越大透射峰或通带越窄, ω/ω0奇数倍处及周围还出现多条窄透射峰。结果表明, 光子晶体由左右手材料组成时将得到更好的宽、窄带双重光学滤波效果及调制方法。该研究对新型光学滤波器件的研究和设计具有指导作用。
材料 光学滤波 传输矩阵法 左右手材料 光子晶体 material optical filtering transmission matrix method left and right hand material photonic crystal
1 兴义民族师范学院 物理与工程技术学院, 兴义 562400
2 河池学院 物理与机电工程学院, 宜州 546300
3 广西大学 物理科学与工程技术学院, 南宁 530004
为了设计高品质的光学滤波器,采用传输矩阵法研究四元异质结构光子晶体(ABC)7D(CBA)7的双通道光学滤波特性。结果表明,随着A（或C）介质薄膜光学厚度DA（或DC）的增大,滤波器短波通道的滤波品质因子降低,长波通道的滤波品质因子升高; 随着B介质薄膜光学厚度DB增大,滤波器短波通道和长波通道的滤波品质因子均下降; 随着D介质薄膜光学厚度DD增大,滤波器短波通道的滤波品质因子升高,而长波通道的滤波品质因子降低; 随着各薄膜介质层光学厚度增大,滤波器双通道均向长波方向红移,但各滤波通道的光透射率均保持100%不变。该研究结果可为光子晶体设计新型光学滤波器件、光学开关等提供参考。
材料 光电子学 传输矩阵法 光学滤波 异质结构 光子晶体 materials optoelectronics transmission matrix optical filter heterostructure photonic crystal
1 河池学院 物理与机电工程学院, 广西 宜州 546300
2 广西大学 物理科学与工程技术学院, 广西 南宁 530004
构造和研究了光子晶体插入式二元缺陷和替代式二元缺陷微腔的光学传输特性, 结果表明: 随着二元缺陷自身周期数增大, 微腔透射谱中分立缺陷模的数目增加, 且替代式二元缺陷微腔分立缺陷模多于插入式二元缺陷微腔; 随着缺陷高折射率介质厚度的增大, 二元缺陷微腔的缺陷模向中间靠拢呈现简并趋势, 同时禁带两侧出现多组双缺陷模, 且高频一侧出现双缺陷模多于低频一侧, 但替代式二元缺陷微腔出现的双缺陷模数目多于插入式二元缺陷微腔; 随着缺陷低折射率介质厚度增大, 插入式二元缺陷微腔的缺陷模向低频方向移动同时呈现耦合分开趋势, 且透射率逐渐降低, 而替代式二元缺陷微腔的缺陷模则向中间靠拢呈现简并趋势, 同时缺陷模整体向高频方向缓慢移动, 而透射率保持100%不变。光子晶体二元缺陷微腔的光传输特性为光学滤波器、光学开关和激光器等的设计提供了参考。
光开关 滤波 二元缺陷 微腔 光子晶体 optical switch filter dual defect microcavity photonic crystal 红外与激光工程
2017, 46(6): 0620004
1 河池学院 物理与机电工程学院, 宜州 546300
2 广西大学 物理科学与工程技术学院, 南宁 530004
为了设计高品质、高性能的光学滤波器和光开关, 利用传输矩阵法通过数值计算模拟的方式绘制1维光子晶体的透射能带谱, 研究和分析了两缺陷之间距离和缺陷的厚度对光子晶体透射能带谱的简并效应。结果表明, 当两缺陷之间距离越大, 透射能带谱简并效应越明显, 当间距增大到一定数值时,出现分立透射峰完全简并现象; 当缺陷厚度整数倍增大时, 光子晶体透射能带谱出现简并的趋势, 但缺陷厚度奇数倍增大与偶数倍增大时, 透射能带谱简并速度不一样, 前者的简并速度小于后者的简并速度; 缺陷厚度无论是奇数倍增大还是偶数倍增大, 光子晶体透射能带谱简并的速度均逐渐减小。缺陷对光子晶体透射能带谱简并效应的调制规律, 为光子晶体设计新型光学滤波器件、光学开关及其调制机制等提供了指导。
材料 光电子学 传输矩阵法 缺陷模 简并 光子晶体 materials optoelectronics transfer matrix method defect mode degeneracy photonic crystal
1 河池学院物理与机电工程学院，广西 宜州 546300
2 广西大学物理科学与工程技术学院，广西 南宁 530004
采用传输矩阵法通过数值计算模拟的方式，研究缺陷对一维光子晶体滤波性能的调制作用，结果表明：当含缺陷单元位于光子晶体周期性排列结构中间时，缺陷数目可改变光子晶体的滤波通道（缺陷模）数目和滤波品质，但不改变透射率；当含缺陷单元偏离光子晶体结构中心越远，光子晶体各滤波通道的透射率就越低，但滤波通道之间的距离保持不变；随着两个含缺陷的单元之间距离增大，光子晶体各滤波通道的滤波品质升高并出现简并趋势；当缺陷的厚度成倍数增大时，各滤波通道滤波品质升高并出现多系多通道滤波现象。缺陷对一维光子晶体滤波特性的影响规律，为光子晶体设计新型光学滤波器件及其调制机制提供理论参考。
光子晶体 缺陷 滤波性能 透射谱 影响 photonic crystal defects filter transmission spectrum effect
1 河池学院物理与机电工程学院, 广西 宜州 546300
2 广西大学物理科学与工程技术学院, 广西 南宁 530004
通过数值计算模拟的方法，研究激活性杂质对双重势垒光量子阱滤波器特性的调制。结果表明：无论在外垒层、内垒层还是阱层介质中掺入激活性杂质，光量子阱滤波器各通道均出现光增益放大和带宽变窄现象，而且存在不同光增益极大值和恒定带宽极小值现象。增益倍数和带宽对内垒层掺杂的响应相对外垒层的灵敏，而对多层介质掺杂的响应则比单介质层掺杂的灵敏，但不同的通道对掺杂的响应灵敏度不同。阱层掺入激活杂质时，阱中心通道对各介质层掺杂的响应灵敏度一样，但短波通道对多层介质掺杂响应比单层介质掺杂灵敏，而长波通道则相反；无论是外垒层、内垒层或阱层，对激活掺杂响应均存在相等的极限值。双重势垒光量子阱滤波器对激活性杂质的响应特性为光子晶体设计窄带宽、高品质的光学滤波和高倍数的光学放大器件提供了指导。
光学器件 滤波带宽 激活性杂质 光子晶体量子阱 光放大
