山东理工大学 物理与光电工程学院, 山东 淄博 255000
磁场的传感测量在相关领域具有重要应用。利用磁流体的磁光效应, 提出了一种基于光学Tamm态的磁场传感结构。该结构由加载了金属层和电介质层的一维磁流体光子晶体构成。数值研究了该结构的结构参数对传感性能的影响。结果表明, 磁流体层越厚, 探测灵敏度就越高。金属层和电介质层的厚度均存在一个最佳值, 使得传感器具有较高的探测精度。结果还表明, 该传感结构的探测灵敏度优于已报道的采用光子晶体缺陷结构实现的磁场传感器。研究结果为基于光学Tamm态的磁流体磁场传感器的设计制备提供了参考。
光学塔姆态 磁流体 磁场传感 传输矩阵法 optical Tamm state magnetic fluid magnetic field sensors transfer matrix method
山东理工大学 物理与光电工程学院, 山东 淄博 255000
石墨烯在光电子学领域具有广泛应用,但石墨烯的吸收率较低限制了其在某些方面的应用。为了改善单层石墨烯的吸收特性, 在前人研究的基础上, 设计了石墨烯和光子晶体异质结构构成的复合结构。利用4×4传输矩阵法研究了外磁场、费米能量和设计波长等参数对石墨烯吸收特性的影响。结果表明, 所设计的光学结构使石墨烯既保持了原有的宽吸收带, 还增加了数目可调的窄吸收带。由于考虑到磁光效应, 石墨烯的吸收特性表现出一定的磁圆二色性。对于各吸收带, 通常情况下左旋圆偏振光的吸收率要大于右旋圆偏振光的吸收率。但调节外磁场和费米能量, 可使各吸收带具有99%以上的吸收, 在一定的条件下, 还可实现近完美的100%吸收。研究结果为光电子学领域中基于石墨烯的相关器件的设计提供了参考。
石墨烯 光吸收 光子晶体 磁场 传输矩阵法 graphene light absorption photonic crystals magnetic fields transfer matrix method
山东理工大学物理与光电工程学院, 山东 淄博 255000
单层石墨烯的吸收率非常低,从而一定程度上限制了其在光电子学领域的应用。基于石墨烯的磁光效应,提出利用磁光光子晶体来增强石墨烯吸收率的方案。利用4×4传输矩阵法研究了相关物理参数对石墨烯吸收率的影响。结果表明:通过调节外加磁场可以有效增强石墨烯的吸收率,石墨烯的吸收特性表现出一定的磁圆二色性;调节外加磁场的磁感应强度和费米能量,可使石墨烯对左旋圆偏振光和右旋圆偏振光均具有较高的吸收率,在一定条件下可实现近完美吸收。研究结果为基于石墨烯的高性能磁圆二色性传感器、光吸收器和光电探测器等新型光电子器件的设计及制作提供了理论依据。
薄膜 石墨烯 磁光光子晶体 吸收器 传输矩阵法
山东理工大学 物理与光电工程学院, 淄博 255000
金属-石墨烯光子晶体-金属复合结构可实现多带吸收。为了解该复合结构的吸收特性, 采用传输矩阵法, 研究了可见光波段结构参量对其多带吸收特性的影响。结果表明, 各吸收带的中心波长与石墨烯化学势的大小无关; 吸收带的个数与石墨烯光子晶体周期单元个数及电介质层的光学厚度有关; 周期单元数越大, 介质层光学厚度越大, 吸收带的个数就越多; 两金属层的厚度对吸收特性的影响存在差异, 要使光吸收率尽可能高, 衬底一侧的金属层要尽可能厚, 入射空间一侧的金属层的厚度则存在一个最优值; 垂直入射时合理选择相关参量, 各主要吸收峰可有90%以上的吸收率。此研究结果为研制基于石墨烯的多带光吸收器提供了参考。
材料 光子晶体 石墨烯 光吸收器 光学Tamm态 materials photonic crystal graphene light absorber optical Tamm state
山东理工大学物理与光电工程学院, 山东 淄博 255000
基于传输矩阵法研究了一维石墨烯基光子晶体(Graphene-based photonic crystal, GBPC)的吸收特性, 得到了石墨烯化学势、电介质相对介电常数、介质层厚度及入射角对GBPC吸收特性的影响。结果表明通过改变石墨烯的化学势, 可动态调整GBPC的吸收频带。在一定范围内,GBPC的宽带吸收特性对相对介电常数、介质层厚度和入射角不敏感。该研究结果为GBPC宽带光吸收器的设计提供了理论依据。
材料 光子晶体 石墨烯 宽带吸收器 传输矩阵法 materials photonic crystals graphene wideband absorber transfer matrix method
山东理工大学物理学院计算物理研究所, 山东 淄博 255049
利用传输矩阵方法，研究了光波在包含掺杂缺陷和替代缺陷的厚度渐变准周期结构一维光子晶体中的传播规律。研究结果表明，类似于传统的周期结构一维光子晶体， 在准周期结构光子晶体引入缺陷，光子晶体禁带中也产生了缺陷模，并且两种缺陷所引起的缺陷模的性质基本一致；缺陷模的出现使带隙有了一定程度的加宽， 而缺陷模的位置和强度与缺陷层所处的位置和缺陷层的光学厚度有关;随着缺陷层光学厚度的增大，缺陷模向长波方向移动。
光电子学 缺陷模 传输矩阵法 光子晶体 准周期结构 optoelectronics defect mode transfer-matrix method photonic crystals quasiperiodic structure
退火质子交换工艺已成为一种制备低损耗铌酸锂光波导的重要技术。但目前对该类光波导传输特性的研究还不多。利用半矢量光束传播法，对硅包层X切退火质子交换铌酸锂条形光波导的频率响应特性进行了数值分析。给出了几种波导结构参数下的计算结果。结果表明，波导传输模式的衰减特性与波长相关。波导的衰减特性，可以通过调整波导表面中心处折射率增量，硅包层厚度，及缓冲层的折射率和厚度来控制。硅包层光波导可以用来制作光频滤波器。
纤维与波导光学 频率响应 光束传播法 质子交换光波导 硅包层 fiber and waveguide optics frequency response beam propagation method protonexchanged optical waveguides silicon clading
为减小多模干涉(Multimode Interference，MMI)耦合器件的尺寸，提出一种多模波导宽度为指数型变化的Taper结构．理论分析了多模波导长度与该Taper结构的参量之间的关系．与已被用于减小MMI器件尺寸的抛物线型Taper结构相比，该结构可进一步减小器件的尺寸．就几种波导结构参量下的MMI耦合器，利用宽角光束传播法进行了数值模拟．结果表明，指数型MMI耦合器的性能与抛物线型MMI耦合器的性能类似．指数型Taper结构可以用于MMI器件以减小该类器件的尺寸．
导波光学 多模干涉耦合器 有限差分光束传播法 指数型Taper波导 Guided wave optics Multimode interference coupler Finite different beam propagation method (FD-BPM) Exponential taper waveguides
利用波导短程透镜的几何光学性质,给出了短程透镜的等效光线追迹图和相位传递函数,得到短程透镜焦点的模场分布表达式.理论得出的焦斑光强分布和实验测得的光强分布一致.
导波光学 短程透镜 焦斑 模场分布 Guided optics Geodesic lenses Focal spot Mode distribution
对采用退火质子交换技术(APE)制备的具有正弦型弯曲和余弦型弯曲两种不同的S型弯曲的Y分支光波导,利用宽角有限差分光束传播法,就过渡区长度、波导表面折射率增量、掩模版开口宽度等对波导弯曲损耗的影响进行了研究.结果表明,两种S弯曲下的Y分支波导的弯曲损耗,随波导结构参数的变化基本上是相同的,但二者的表现并不完全一致.数值计算结果为相应波导器件的设计和制备提供了一定的参考.
光波导 退火质子交换 弯曲损耗 Y分支 optical waveguide annealed proton exchanged bend loss Y-branch
