二维光子晶体滤波器的研究

２００８年ｌ０月　第２５卷第５期　枣庄学院学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　０Ｆ　ＺＡ０ＺＨＵＡＮＧ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　０ｃｔ．２０ｏ８　Ｖ０Ｉ．２５　Ｎ０．５　

二维光子晶体直波导传播特性的研究　

闫昕　

（枣庄学院物理与电子工程系，山东枣庄２７７１６０）　

［摘要］应用平面波展开法研究了二维光子晶体直波导的传播特性．根据计算得到在０．２１３７１～０．２７５４３Ｈｚ波段的光　

波能在波导中很好的传播．并且分析了当圆柱半径从０．１ａ～０．５ａ发生改变时的带隙规律，研究结果为光子晶体波导器　

件的开发提供了理论依据．　

［关键词］光子晶体；平面波展开法；正方晶格　

［中图分类号］Ｑ１６　［文献标识码］Ａ　［文章编号］１００４—７０７７（２００８）０５－００２９—０４　

０　引言　

本文主要研究了以砷化镓圆柱组成的二维正方晶格光子晶体结构的传播特性，并应　

用平面波展开法对其带隙特性进行了数值分析．文中还数值模拟了ＴＥ模的传播图，并通　

过改变圆ｔ：Ｚ￣－径的大小观察光子晶体波导的带隙变化，得到的结论为光子晶体波导的制　

作提供了理论依据．　

１理论计算方法　

文中我们采用的是平面波展开法，平面波展开法是应用Ｂｌｏｅｈ定理，把电磁场分解　

为Ｂｌｏｃｈ波的形式，并且展开为一系列平面波的叠加．此方法是在周期性介电系数分布　

的物质中对Ｍａｘｗｅｌｌ方程做计算，离散Ｆｏｕｒｉｅｒ空间，将能带计算简化成代数本征问题的　

求解．　电磁波在二维光子晶体中的传播９ｂ－程为：　

Ｘ［　Ｘ　（；）］＝　（；）　（１）　（ｒ）　ｃ　

×［　×力（；）］：　２　（；）　（２）　

８（ｒ）　ｃ　

由于光子晶体的介电分布具有空间周期性，我们把—ｌ＿展开成傅立叶级数，　（ｒ）　

＝∑　（Ｇ）ｅ显　（３）　……　、　

＾　２×ｏ３　｛　６ｌ＝２７ｒ　—‘＿－　，６２　（４）　０ｌ’ｎ２×口３　口ｌ。口２×口３　其中　＝　舌　＋　：占　为倒晶格向量，而占。・占　为基本倒晶格向量，（３）式中的　（　）通　

第４８卷第１Ｉ期　

２０１５年１１月　通信技术　

Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏ１．４８　Ｎｏ．１１　

ＮＯＶ．２０１５　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－０８０２．２０１５．１１．００７　

二维光子晶体窄带滤波器研究　

王　飞，王　洁，王能河，瞿少成　

（华中师范大学物理科学与技术学院，湖北武汉４３００７９）　

摘要：由于光子晶体存在带隙，只要在完整的二维光子晶体中引入线缺陷，那么原来处于禁带处特　

定波长的光也能沿着形成的波导传播，从而该光子晶体就具备了滤波的功能，再在线型波导的一侧　

设计个点缺陷，利用时域有限差分法分析发现，在缺陷处耦合出来的光不仅仅光强增大了，而且半高　

宽也变小了，这就与窄带滤波器的功能十分吻合。此外，只要根据光子晶体的晶格常数和椭圆介质　

柱的半径与窄带滤波器的中心波长关系，通过调整光子晶体的晶格常数和介质柱的半径，就可以改　

变窄带滤波器的中心波长。　

关键词：二维光子晶体；窄带滤波器；时域有限差分法；波导　

中图分类号：ＴＮ９１　文献标志码：Ａ　文章编号：１００２—０８０２（２０１５）１　１—１２３８—０４　

Ｎａｒｒｏｗ－Ｂａｎｄ　Ｆｉｌｔｅｒ　ｏｆ　Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃ　Ｃｒｙｓｔａｌ　

ＷＡＮＧ　Ｆｅｉ，ＷＡＮＧ　Ｊｉｅ，ＷＡＮＧ　Ｎｅｎｇ－ｈｅ，ＱＵ　Ｓｈａｏ－ｃｈｅｎｇ　

（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｃｈｉｎａ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ　Ｈｕｂｅｉ　４３００７９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｂａｎｄ　ｇａｐｓ　ｅｘｉｓｔｅｄ　ｉｎ　ｐｈｏｔｏｎｉｅ　ｃｒｙｓｔａｌ，ＳＯ　ｌｏｎｇ　ａｓ　ｔｈｅ　ｌｉｎｅ　ｄｅｆｅｃｔ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　

ｃｏｍｐｌｅｔｅ　ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｐｈｏｔｏｎｉｃ　ｃｒｙｓｔａｌ，ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｗａｖｅ　ｗｉｔｈ　ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ　ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｏｒｂｉｄｄｅｎ　

第１５卷第２期　Ｖｏ１．１５　Ｎｏ．２　北京印刷学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｇｒａｐｈｉｃ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　２００７年４月　Ａｐｒ．２００７　

基于二维光子晶体的偏振器研究　

张春梅，刘福平　（北京印刷学院基础部，北京１０２６００）　

摘　要：当二维光子晶体中ＴＥ／ＴＭ模式光子能带结构不　同并且光子禁带的位置互相错开时，光子晶体就可以作为　偏振器使用。将平面波展开法和传输矩阵法作为光子晶体　研究的理论工具，计算了二维三角形晶格圆柱晶胞光子晶　体的能带结构，并且研究了光子晶体在不同入射角度下的　光学传输特性。这种基于光子晶体的偏振器有望在集成光　路技术及相关器件中得到重要的应用。　关键词：光子晶体；偏振分光镜；平面波展开法；传输矩　阵法　中图分类号：０４３６．３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—８６２６（２００７）０２—００７６—０３　

与电子相比，光子具有运动速度快，能够实现　并行处理和交叉通过等优势，用光子代替电子来传　输和处理信息已经成为当前信息技术发展的重要　方向，光纤的广泛应用是朝这个方向迈出的重要一　步。但是，目前在信息的输入和输出端还必须将光　

收稿日期：２００６—１０—２Ｏ　基金项目：北京印刷学院青年基金资助项目（６０００００３８）　信号转换为电信号并通过电子电路来处理，这个过　程在很大程度上成为限制信息传输和处理速度的　一个瓶颈。要解决这个问题就需要改进能够直接　处理光信号的集成光路，将光源、光波导、光调制器　等光功能器件集成到芯片尺寸级的器件中ｎ　。　偏振器在光学技术中有着广泛的应用。传统　的偏振器件可以分为三类　：利用晶体的双折射；　利用材料的二向色性；利用布儒斯特角反射。这些　器件体积都比较大，而且工作的频率范围和角度范　围有限，应用到集成光路系统中去的难度很大。最　近发现，二维光子晶体可以用来制作偏振分光　器件　。　光子晶体是将不同介电常数的介质材料在空　间按一定的周期（尺寸在光波长量级）排列所形成　的一种人造微结构。由于受到周期性散射的作用，　在光子晶体中传播的电磁波能量会出现带状结构，　带与带之间会出现光子禁带，能量落在光子禁带中　的电磁波不能在光子晶体中传播。自从１９８７年光　子晶体的概念被Ｙａｂｌｏｎｏｖｉｔｃｈ和Ｊｏｈｎ提出以　来　］，光子晶体由于其在低阈值激光器、光波导、发　光二级管　等方面巨大的潜在应用价值而得到了　广泛的关注。本文将讨论二维三角晶格圆柱晶胞　光子晶体在偏振分光镜方面的应用。　１原理与计算模型　在二维光子晶体中，电磁波可以分解为ＴＥ和　ＴＭ两个偏振模式。由于二维光子晶体结构的各　向异性和电磁场的矢量性，ＴＥ和ＴＭ模式光子能　带的结构不同，光子禁带的宽度、深度及中心频率　的位置也不同。如果ＴＥ和ＴＭ模式光子禁带的　位置彼此错开，就可以在一定的频率范围，完全禁　止一种偏振模式光传播，而只允许另外一种偏振模　式的光子通过，这样二维光子晶体就可以作为偏振　器使用。　本文中所研究的二维光子晶体的结构如图１　～～一～一一～一一～一一

第１２卷第３期　太赫兹科学与电子信息学报　

２０１４年６月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏ１．１２，ＮＯ．３　

Ｊｕｎ．．２０１４　

文章编号：２０９５．４９８０（２０１４）０３．０３２１．０５　

Ｏ．３５　ＴＨｚ－－．维光子晶体带通滤波器设计　

陈　琦　，张屹遐　，何晓阳ａ，ｂ，张　健　，　

（中国工程物理研究院ａ．电子工程研究所；ｂ．太赫兹研究中心，四川绵阳６２１９９９）　

摘　要：设计了一种基于二维光子晶体的太赫兹带通滤波器，通过在线缺陷的光子晶体波导　

两侧引入对称的点缺陷形成谐振腔，在太赫兹频段实现了较好的带通滤波特性。这种二维光子晶　

体带通滤波器具备较宽的通带带宽，同时还可以通过增加多组对称点缺陷的方式实现多个谐振腔　

的级联，进一步提高带外抑制特性，可满足太赫兹通信或雷达系统的应用需求，具有良好的应用　

价值。　

关键词：太赫兹；光子晶体；带通滤波器　

中图分类号：ＴＮ７１　３　．５　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：ｌ０．１１８０５／ＴＫＹＤＡ２０１４０３．０３２１　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　０．３５　ＴＨｚ　２一Ｄ　ｐｈｏｔｏｎｉｃ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｂａｎｄｐａｓｓ　ｆｉｌｔｅｒ　

ＣＨＥＮ　Ｑｉ　，ＺＨＡＮＧ　Ｙｉ—ｘｉａ　，ＨＥ　Ｘｉａｏ－ｙａｎｇ　，ＺＨＡＮＧ　Ｊｉａｎ　

（ａ．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｂ．Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｈｉｎａ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，　Ｍｉａｎｙａｎｇ　Ｓｉｃｈｕａｎ　６２　１　９９９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｔｗｏ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ（２－Ｄ）Ｐｈｏｔｏｎｉｃ　Ｃｒｙｓｔａｌ（ＰＣ）ｂａｓｅｄ　ＴＨｚ　Ｂａｎｄｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ（ＢＰＦ）ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．