1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所工艺技术部，河南 洛阳 471009
提出了一种少模波导概念，并基于平面波展开法和时域有限差分法，在Kagome晶格线缺陷结构上验证了这种概念。通过改变缺陷介质柱参数（半径、位置）和在原缺陷介质柱中央插入新的介质柱的方法，得到了带宽为0.08888ωa/2πc的双模式的Kagome晶格波导结构。这种少模波导结构为光子晶体平板波导的设计提供了一种新的思路，在光子集成等领域将具有重要的应用价值。
材料 光子晶体 Kagome晶格 平面波展开法 时域有限差分法 超元胞技术 激光与光电子学进展
2022, 59(3): 0316001
新疆大学 物理科学与技术学院， 新疆 乌鲁木齐 830046
为了有效地检测混合液体的浓度，运用平面波展开法与光子晶体禁带理论，研究了光子晶体禁带宽度和混合液体浓度的对应关系。以砷化镓(GaAs)为背景材料的三角格子空气孔二维光子晶体内分别填充不同浓度的水醋酸、水甲醇混合液体，讨论了混合液体浓度与介电常数对二维光子晶体禁带宽度的影响。模拟结果表明，在温度保持不变的情况下，浓度在0~0.60mol/kg之间变化时二维光子晶体TE模没出现光子晶体禁带而TM模出现的光子晶体禁带宽度随着混合液体浓度和介电常数的增大而逐渐变窄且向高频区域移动。这一结果为生物化学中混合液体浓度的检测方面提供很好的参考依据。
光子晶体 平面波展开法 混合液体 光子晶体禁带 photonic crystal plane wave expansion method mixed liquid photonic band gap
1 兰州交通大学 电子与信息工程学院, 甘肃 兰州 730070
2 甘肃省科学院 传感技术研究所, 甘肃 兰州 730070
分析了二维光子晶体马赫-曾德尔干涉仪的传输特性, 将二维光子晶体波导、环形腔和马赫-曾德尔干涉仪有效结合,提出了一种基于二维光子晶体马赫-曾德尔干涉仪的异或门设计。用平面波展开法分析二维光子晶体能带结构, 并用时域有限差分法验证光信号在该器件中的电场稳态分布。结果表明, 该结构能够实现异或逻辑, 且具有高逻辑对比度7.88 dB, 快速响应周期0.388 ps和高传输速率7.87 Tbit/s; 并且该器件结构尺寸仅为13 μm×14 μm, 易于集成。该异或逻辑结构中引入了二维光子晶体马赫-曾德尔干涉仪, 使得光子晶体逻辑门结构的设计更加多样, 并为二维光子晶体半加器与全加器的设计提供了基础, 具有重要的研究意义。
硅基光学 异或逻辑门 平面波展开法 时域有限差分法 silicon-based optical XOR logic gate plane wave expansion method finite-difference time-domain method
华南师范大学物理与电信工程学院, 广东 广州 510006
构建了棋盘复式晶格介质环型光子晶体结构,采用平面波展开法对该结构的完全带隙宽度及结构参量进行了优化。研究结果表明,在优化参数下,完全带隙宽度的最大值为0.160,带隙率可达30.59%。该结构的大完全带隙具有很好的稳定性。
材料 介质环型光子晶体 平面波展开法 完全带隙 复式晶格 棋盘晶格 激光与光电子学进展
2018, 55(1): 011601
采用平面波展开法研究了含点缺陷正方结构二维函数光子晶体的带隙结构、缺陷模式和缺陷模式的本征场分布。选取介质柱的折射率为空间位置的分布函数，其参数可通过改变施加电场、光场的强度来调节。研究结果表明，通过调节介质柱参数，能够实现带隙结构、带隙位置、缺陷模式及缺陷模式的本征场分布的可调，该研究为相关光学器件的设计提供了理论依据和设计方法。
材料 二维函数光子晶体 点缺陷 带隙结构 本征场分布 平面波展开法
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、微电子学院, 江苏 南京 210023
2 中国移动通信集团江苏有限公司盐城分公司, 江苏 盐城 224000
3 南京邮电大学贝尔英才学院, 江苏 南京 210023
提出了一种新型、紧凑的光子晶体太赫兹(THz)偏振分束器,利用自准直效应实现横电(TE)模和横磁(TM)模的无衍射传输,利用禁带特性实现TE模和TM模的分离。基于平面波展开法和时域有限差分法对太赫兹偏振分束器的性质进行仿真建模分析,结果表明,该偏振分束器在2.9~3.01 THz频率范围内可实现偏振分离;频率为3 THz时,TE模的反射率和TM模的透射率均高于90%,TE模和TM模的消光比分别高达19.9 dB和26.24 dB。此外,与以往的光子晶体太赫兹偏振分束器相比,所提出的偏振分束器设计简单,更易于实现(无需引入缺陷),尺寸更微小(650 μm×650 μm),带宽更宽(2.9~3.01 THz)。
光学器件 太赫兹 偏振分束器 平面波展开法 时域有限差分法 光子晶体 自准直
南京邮电大学 光电工程学院 光电信息科学与工程系, 南京 210023
为了研究3维函数光子晶体的光子禁带特性, 采用平面波展开法计算得到色散曲线, 推导了平面波展开法的相关计算公式以及介质球介电常数的函数关系式, 探讨了可调参量函数系数I和介质球半径R1对光子禁带特性的影响。结果表明, 3维函数光子晶体呈立方体晶格分布, 由介质球填充空气背景; 与常规3维介质光子晶体相比, 3维函数光子晶体不仅能得到可调谐的光子禁带, 而且可以拓展禁带带宽, 并增加光子禁带的数量;改变函数系数I的大小可以实现对光子禁带数量、位置和带宽的调谐;改变介质球半径R1可以对光子禁带带宽实现展宽, 并改变光子禁带的位置。该研究对设计新型可调谐器件是有帮助的。
物理光学 光子晶体 3维函数光子晶体 平面波展开法 可调谐特性 physical optics photonic crystal 3-D function photonic crystal plane wave expansion method tunable property
华南师范大学物理与电信工程学院， 广东 广州 510006
提出一种介质环型三重晶格光子晶体结构，并研究了其完全带隙。利用Rsoft软件研究了各参数对完全带隙的影响规律，进而优化了介质环型结构。结果表明，随着介质环介电常数的增大,光子晶体完全带隙先增大后减小；随着介质环内径和外径的比值增大，完全带隙先增大后减小。当介质环的介电常数为14.71，内径和外径的比值为0.42时，获得的最大完全带隙为0.168。
材料 三重晶格光子晶体 平面波展开法 完全带隙 介质环型 激光与光电子学进展
2017, 54(11): 111603
1 北方工业大学 计算机学院, 北京 100144
2 北方工业大学 电子信息工程学院, 北京 100144
为了设计能够传输宽带低色散慢光的光子晶体波导, 以三角晶格圆形介质柱光子晶体结构为基础, 使用圆形散射元和椭圆形散射元进行周期性排列, 采用平面波展开法对所设计的耦合腔波导进行了仿真分析。结果表明, 调整缺陷行椭圆形散射元长轴Ra可以使导模最大群速度从0.035c降低到0.01c, 调节缺陷行短轴Rb的值, 可以再次降低导模群速度;通过改变微腔周围第1排两种散射元的面积比, 能够得到最大群速度0.0065c, 波长范围为3.25nm的低色散慢光; 将所设计的耦合腔应用于光缓存中, 计算得出缓存时间为76.82ps, 存储容量达到了15.56bit。这项研究对新型光子晶体慢光器件的设计和应用具有参考意义。
集成光学 慢光 平面波展开法 群速度 光子晶体耦合腔 integrated optics slow light plane wave expansion method group velocity photonic crystal waveguide
