1 吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区，长春 130012
2 吉林省红外气体传感技术工程研究中心，长春 130012
为研究中红外波段的片上波导传感性能，针对2 172.75 cm-1处的一氧化碳吸收线，提出基于InGaAs-InP平台的悬浮光子晶体波导传感器和悬浮脊形波导传感器。基于朗伯—比尔定律，通过Rsoft和COMSOL软件设计波导结构，优化了光子晶体波导的晶格常数、孔半径、中心孔半径和脊形波导的脊宽、条宽、脊高和条高。仿真结果表明，光子晶体波导和脊形波导的功率限制因子分别为250.69%和115.65%。对两种传感器进行计算和性能评估，得到两种传感器的传输损耗分别为27.5 dB/cm和3 dB/cm，最佳波导长度分别为72 μm和162 μm。设定探测器最小可检测信噪比为10，得到两种传感器的最小可检测气体浓度分别为9.13×10-6和8.51×10-6。讨论了波导传输损耗对传感器性能的影响，若能有效降低波导损耗，可进一步降低最小可检测气体浓度。对比两种传感器，光子晶体波导具有更大的功率限制因子，脊形波导具有低传输损耗和横磁模兼容性的优点。
波导传感器 中红外 吸收光谱 气体传感器 光子晶体波导 脊形波导 Waveguide sensor Middle infrared Absorption spectrum Gas sensor Photonic crystal waveguide Ridge waveguide 光子学报
2023, 52(10): 1052414
红外与毫米波学报
2022, 41(6): 1081
重庆大学 光电工程学院 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
薄膜铌酸锂调制器因其小尺寸、高带宽、低半波电压等优点, 成为近年来业内关注的热点。文章梳理了铌酸锂电光调制器的波导结构、电极结构及偏置点控制技术三个方面的相关研究进展, 分析了平面掩埋、脊型、光子晶体等三种不同结构波导的调制器性能, 讨论了铌酸锂调制器集总和行波两种电极结构的特点及其设计考量因素, 对比了电光调制器偏置点控制中功率法和导频法的优缺点及其相关研究成果。在此基础上, 进一步分析了为实现更小体积与更高带宽铌酸锂调制器所需的关键技术以及未来的研究方向。
宁波大学 信息科学与工程学院, 浙江 宁波 315211
为了实现光波的波分复用功能并且提高光波的辐射效率, 设计了一种基于双环形谐振腔结构的二维光子晶体波分复用器。首先, 对光子晶体结构参数进行设计, 通过谐振腔和微腔耦合选择不同频率的光波,设计光子晶体滤波器模型; 然后, 根据模式耦合理论确定主干波导与谐振腔之间的最佳耦合条件,设计波分复用器; 最后, 加入散射介质柱并调整两谐振腔之间的相对位置优化波分复用器,提高光波的透射率。实验结果表明: 该复用器结构实现了对1.562 μm、1.544 μm、1.451 μm、1.436 μm、1.366 μm和1.322 μm这6种频率光波的波分复用, 光波最大辐射效率能达到96%, 器件尺寸仅为13.44 μm×16 μm。
光子晶体波导 波分复用 谐振腔 微腔 phtonic crystals waveguides, wavelength division m
兰州交通大学电子与信息工程学院，甘肃 兰州 730030
为了获得优异的慢光性能，设计一种在逆时针旋转45°的完整正方晶格的中心行及与其相邻的第二行引入非本征缺陷棒的光子晶体波导（PCW）。引入的连续腔作为电磁能量的存储器和光速减速器，用于PCW中的慢光传输，也适用于光通信、光计算和光信号处理领域。采用平面波展开法研究所提结构的慢光传输特性，分析了结构参数对慢光性能的影响，最终在归一化延迟带宽积（NDBP）达0.40的情况下，带宽达到23.37 nm。所提结构的设计方法为进一步提升具有高带宽和高NDBP慢光的存储容量提供了重要的理论依据。
光学器件 光子晶体波导 慢光 群速度 群速度色散 归一化延迟带宽积 激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0723002
聊城大学 物理科学与信息工程学院, 聊城 252059
为了研究基于光子晶体波导的高性能滤波器, 采用调节谐振腔结构和优化耦合结构等方法, 基于耦合模理论, 在正方格光子晶体中设计了3种光子晶体弯折波导, 并进行了理论分析和仿真验证, 利用时域有限差分法取得了3种波导在S波段及C波段上的工作特性数据。结果表明, 3种波导在不同波段表现出良好的带阻或带通特性, 且其结构截止传输波长和通带传输波长随整体介质柱相对介电常数增加向长波方向移动, 介电常数εr每增加0.3, 截止传输波长和通带传输波长均增加6nm左右。这一结果对微型光传感器、微型光通信器件、集成光路等方面的设计都是有帮助的。
材料 光子晶体波导 耦合模理论 时域有限差分法 谐振腔 materials photonic crystal waveguide coupled-mode theory finite-difference time-domain method resonant cavity
1 深圳大学电子科学与技术学院, 广东 深圳 518060
2 深圳市微纳光子信息技术重点实验室, 广东 深圳 518060
提出了基于二维光子晶体的具有偏振选择功能的横电(TE)和横磁(TM)波三等分功率分配器, 功分器结构构建于正方晶格的十字形光子晶体波导中。利用有限元法计算结构的性质, 利用Nelder-Mead算法进行了参数优化。结果表明, 在输入通道引入不同的偏振选择缺陷, 可使功分器具有偏振选择功能。对于TE功分器, TE波能够进入并在其中传输, TM波则不能进入; 对于TM功分器, 情况则刚好相反。在波导的十字交叉区域引入功率控制缺陷, 可使各输出端功率相等。合理选择参数, TE和TM功分器的总传输效率分别可达99.48%和95.53%。波长扫描发现两种功分器都可工作在相对较大的波长范围内。
光学器件 功率分配器 二维光子晶体 光子晶体波导 偏振选择 光学学报
2016, 36(12): 1223001
天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300072
利用平面波展开法对二维正方晶格光子晶体波导进行了理论研究和分析。通过减小一排介质柱半径至原来的一半以及直接去除一排介质柱分别获得了0.066c和0.083c的最大群速度, 对应的带宽分别为0.060(ωa/2πc)和0.062(ωa/2πc), 得出了通过减小介质柱的半径比去除一排介质柱可获得更优慢光效果的结论。进一步分析了缺陷柱半径的变化对导模色散曲线及群折射率曲线的影响, 发现当缺陷柱半径在低于介质柱半径的范围内变化时, 导模曲线随着缺陷柱半径的增加而向低频方向移动, 且渐趋平坦, 亦即群速度变小。研究结果对优化正方晶格光子晶体慢光波导提供了理论依据。
慢光 光子晶体波导 平面波展开法 slow light photonic crystal waveguide plane wave expansion method
1 南昌航空大学 江西省光电检测技术工程实验室, 南昌 330063
2 南昌工学院 机械工程学院, 南昌 330000
为了设计基于光子晶体波导的高性能滤波器件, 在2维正方格子光子晶体波导结构中引入一系列齿状缺陷, 采用有限元法对齿状光子晶体波导的传输特性进行了数值仿真和理论分析。结果表明, 对于单个齿状缺陷, 缺陷产生的共振频率使得在光子晶体波导通频域带出现带隙结构, 可以实现良好的窄带滤波, 并且通过改变齿状缺陷深度可以有效地控制缺陷的共振频率; 引入多个齿状缺陷, 缺陷之间会经过耦合作用形成一系列缺陷态, 使得在光子晶体波导导通频域中出现宽带的带隙结构, 可以实现宽带滤波。该光子晶体波导滤波器对窄/宽带滤波可根据波导结构中引入的齿状缺陷进行简单灵活调节。此研究在设计基于光子晶体波导的光子滤波器件方面具有潜在的应用价值。
光学器件 滤波器 有限元法 光子晶体波导 optical devices filter finite element method photonic crystal waveguide
1 北京交通大学 电子信息工程学院, 北京100044
2 北京交通大学 电子信息工]程学院, 北京100044
3 北京交通大学 工程力学研究所, 北京100044
为了对折射率型1维光子晶体缺陷波导中的光传输进行有效数值模拟, 采用此类型波导的厄米-高斯函数展开方法进行了研究。首先给出了计算方法的详细理论推导, 然后利用该方法计算了偏振态不同、结构参量不同的情况下波导本征模式的色散关系、模场空间分布、能量控制因子及等效折射率。结果表明, 1维光子晶体缺陷波导与阶跃平面光波导主要差别在于高阶模式, 且可通过调节1维光子晶体的结构参量来有效调控高阶模式的传输。
光学器件 传输特性 厄米-高斯函数方法 光子晶体波导 optical devices propagation property Hermite-Gaussian function method photonic crystal waveguide
