上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
基于硅介质柱型光子晶体，采用时域有限差分方法（FDTD），探究高斯光束在光子晶体界面的逆古斯汉欣（GH）位移。通过在光子晶体下表面添加硅透镜，研究高斯光束的入射角度、硅透镜的曲率半径以及温度对光子晶体逆GH位移的影响。研究结果表明，发生最大逆GH位移的角度大于几何理想全反射角。添加焦点位于光子晶体表面中心的硅透镜可以使逆GH位移显著增强，且当硅透镜的曲率半径为170时，逆GH位移增大为不加透镜时的1.7倍。研究不同入射角度下温度对光子晶体的逆GH位移的影响发现，当高斯光束的入射角为26º时，逆GH位移随着温度的变化最大且线性度较好，便于温度监测。
光子晶体 逆古斯汉欣位移 硅透镜 photonic crystal inverse Goos-Hanchen shift silicon lens
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
理论上折射率为?1的平板超透镜可以实现完美成像，但等效折射率为?1的光子晶体结构，不满足介电常数ε=?1和磁导率μ=?1的条件，光子晶体与自由空间阻抗不匹配，某些角度的入射光与光子晶体内布洛赫波不能耦合，致使该空间频率光信息丢失，限制了光子晶体成像分辨率。为了提高成像分辨率，在光子晶体表面设置亚波长光栅结构，利用光栅的增透减反和波矢匹配作用，提高光子晶体对入射光的耦合效率。通过调整光栅周期，使更多高空间频率分量参与成像，同时抑制低频分量的传输。设置亚波长光栅结构后，光子晶体成像分辨率由597 lp/mm提高到了850 lp/mm，突破了衍射极限。
光栅 光子晶体 负折射 成像 grating photonic crystal negative refraction imaging
上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
本文基于硅基底空气孔型二维光子晶体(photonic crystals)，提出了一种可以实现等效负折射和亚波长成像的结构。点光源通过三角形光子晶体出射后在两侧形成两个像点。通过在光子晶体两侧添加光栅，增加了光源的透过率，消除了旁斑对双重像点的影响。当光栅的空气带隙宽度w=0.76a 和到光子晶体的距离dg=0.1a 时，左侧像点image1的最小半宽度达到0.433λ，此时右侧像点image2 达到0.842λ，均小于入射波长。另外，当光源波长在3.19a 到3.26a范围内时，光子晶体可以实现宽光谱的双重亚波长成像。最后，根据点光源和双重像点的位置变化，求出了关于其坐标x, z 的相对关系。
光子晶体 负折射 双重成像 亚波长成像 共聚焦 photonic crystals negative refraction dual imaging subwavelength imaging confocal
上海理工大学光电信息与计算机工程系, 上海 200093
提出了一种基于法布里-珀罗腔的二维光子晶体温控光衰减器,此结构利用掺杂硅的热光效应对光子晶体折射率进行线性调制,折射率的变化引起了光子晶体的带隙以及法布里-珀罗腔光程差的变化,并导致反射率在某一温度区间内随温度线性变化,实现了对入射光的可控衰减。利用商业电磁仿真软件CST模拟了含掺杂硅的基于法布里-珀罗腔的光子晶体反射率光谱曲线,该曲线随温度发生平移;并仿真了此结构在特定频率下,其反射率随温度变化的规律,在频率为0.284 THz时,曲线具有较好的线性度;仿真了4种不同的入射角情况,并对入射角为3°的温度-反射率曲线进行了线性拟合,得出了表征公式。最终设计出了一款调谐幅度为0~7.68%的光子晶体温控光衰减器。
光学器件 光子晶体 光衰减器 热光效应 Drude模型 掺杂硅 太赫兹 激光与光电子学进展
2019, 56(15): 152301
上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
基于二维光子晶体的负折射和亚波长成像特性,提出了一种可以实现超分辨成像的共聚焦系统,使用时域有限差分法(FDTD)仿真了共聚焦系统的聚焦和成像的过程。在焦点离光子晶体透镜下表面1.55 μm处,横坐标X=4 μm时,焦点半峰全宽(FWHM)为0.593λ,小于入射波长,此时反射光在右侧像点的FWHM达到0.496λ,实现了超分辨成像,并且随着焦点的右移,像点FWHM不断减小。同时,在针孔和焦点位置不变时共聚焦系统的轴向分辨率达到2.2λ。
衍射 光子晶体 负折射 共聚焦 亚波长成像 超分辨成像 激光与光电子学进展
2019, 56(2): 020501
上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
使用对太赫兹波段有吸收效应的掺杂硅设计光子晶体结构, 使得在光子带隙内的光波被吸收, 并加上金属反射镜面将光子晶体的吸收峰和法布里.珀罗(F.P)谐振吸收峰结合, 使此结构在 0.29～0.31 THz波段达到宽频吸收, 并且在 0.31～0.34 THz波段通过测量光子晶体的反射率可以计算出对应温度。在使用商业电磁仿真软件 CST2014仿真和优化参数后, 反射率对应温度变化的变化范围是 0.09～0.36, 即最大值与最小值有 4倍之差, 这一特性表明, 此结构的反射率变化随温度变化十分明显, 是一款十分灵敏的温度传感器。此外, 在入射角不大于 40°时, 结构性能依然良好。
光子晶体 太赫兹 F-P谐振 温度传感器 photonic crystal terahertz F-P resonance temperature sensor
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 江西师范大学物理与通信电子学院, 江西 南昌 330022
光子晶体特殊的色散特性能导致负折射现象发生。用波束位移法对二维光子晶体平板的负折射现象进行理论计算和实验测量, 得到了入射光经平板光子晶体折射后的二维光场分布。测量结果表明, 横电(TE)光在光子晶体中发生负折射, 出射光沿出射面产生了反方向的横向位移, 由此计算出来的负折射率约为-0.44, 而横磁(TM)光没有发生负折射。实验结果与仿真结果吻合较好。
材料 光子晶体 负折射 等频图 测量
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 江西师范大学 物理与通信电子学院, 江西 南昌 330022
光在具有负等效折射率的二维光子晶体中传输时会产生反常Doppler现象, 为了分析光在该反常效应中传输时的相位变化, 首先用时域有限差分(FDTD)法仿真了光经过静止光子晶体时的负折射现象, 然后对光子晶体中沿光传输方向的Bloch波做快速傅里叶(FFT)处理。对滤波后的频谱, 用iFFT反演出各平面波分量, 并通过分析各平面波分量的相位演变, 分离出与负折射产生有关的后退波分量。然后, 将实验中的连续运动过程分解为各静止瞬间, 分析了各相邻时刻探测面上信号光和参考光的相位变化, 此处两束光的相位变化差随时间的变化量就是差频。静态FDTD方法仿真计算得到的差频与理论值的误差约为20%, 能较好解释反常Doppler效应发生过程中光的相位变化。本文的研究揭示了反常Doppler效应发生时光子晶体中起作用的分量的相位变化, 也为研究光在运动介质中的传输特性提供了新的思路。
光子晶体 反常Doppler效应 负折射 相位演变 photonic crystal inverse Doppler effect negative refraction phase evolution
上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
采用时域有限差分（FDTD）方法研究了二维六边形排列结构的光子晶体近零折射率材料的相位特性，提出利用电场相位的空间频谱计算等效折射率的新方法，该方法可直观地反映电场相位的变化，解释了负折射的传播机理。利用该方法分析了横磁（TM）模波长和温度对等效折射率的影响。
材料 光子晶体 零折射率 时域有限差分法 等效折射率 激光与光电子学进展
2017, 54(3): 031603
