光子晶体的基本特性

光子晶体光纤基本特性及其应用研究[S]

英文题名 The Basic Characteristic and the Applications Study of Photonic Crystal Fibers 专业 凝聚态物理 关键词 光子晶体光纤; 多极法; 色散; 有效模场面积; 非线性特性; 双折射; 英文关键词 Photonic crystal fibers; Multipole method; Chromatic dispersion; Effective model field area; Nonlinearity; Double refraction; 中文摘要 光子晶体光纤是一种新型的光纤,由于它具有普通光纤所无法比拟的结构设计和光学 特性,在近几年成为光纤研究领域的热点。本文介绍了光子晶体光纤的研究背景及发展现状,分 析了它的结构特性,并列举了一些不同结构的光子晶体光纤,简单介绍了它的两种导光原理和制 备方法,以及在各个方面的应用。设计了两种结构的光子晶体光纤,并对它们的基本特性进行了 数值研究。论文所做的主要工作如下: 首先,对几种数值模拟光子晶体光纤特性的理论方法进 行了介绍和对比,系统介绍了多极法的原理、方程

光子晶体光纤基本特性及其应用研究[S]

英文题名 The Basic Characteristic and the Applications Study of Photonic Crystal Fibers 专业 凝聚态物理 关键词 光子晶体光纤; 多极法; 色散; 有效模场面积; 非线性特性; 双折射; 英文关键词 Photonic crystal fibers; Multipole method; Chromatic dispersion; Effective model field area; Nonlinearity; Double refraction; 中文摘要 光子晶体光纤是一种新型的光纤,由于它具有普通光纤所无法比拟的结构设计和光学 特性,在近几年成为光纤研究领域的热点。本文介绍了光子晶体光纤的研究背景及发展现状,分 析了它的结构特性,并列举了一些不同结构的光子晶体光纤,简单介绍了它的两种导光原理和制 备方法,以及在各个方面的应用。设计了两种结构的光子晶体光纤,并对它们的基本特性进行了 数值研究。论文所做的主要工作如下: 首先,对几种数值模拟光子晶体光纤特性的理论方法进 行了介绍和对比,系统介绍了多极法的原理、方程

单层掺杂的一维光子晶体光子杂质模的特性

西北大学学报(自然科学网络版) 2004年11月，第2卷，第11期

Science Journal of Northwest University Online Nov. 2004，Vol.2，No. 11

单层掺杂的一维光子晶体光子杂质模的特性

陈慰宗，付灵丽

（西北大学 物理学系，陕西 西安 710069）

摘要：阐述了掺杂光子晶体和光子杂质模的概念，采用光学特征矩阵方法，通过数值模拟计算讨论了杂质层对光子杂质模特性的影响。计算结果表明，杂质层在一维光子晶体中的位置和杂质层折射率的变化可以极大地改变光子杂质模的透射率、带宽和品质因子。因此，对于具有一定特性的杂质模的光子晶体，其结构参数都有一个最佳的设计方案。

关 键 词：一维光子晶体；杂质层；光子杂质模；特性

中图分类号：O 482.3 文献标识码：A 文章编号：1000-274X(2004)0108-6

在20世纪，由于半导体材料和大规模集成电路的出现，使科学技术获得了突飞猛进地发展。但是，随着电路集成度和处理速度的提高，出现了许多新的、难以解决的问题。于是，科学家们开始专注于光子技术的研究，希

光子晶体的制备及应用

王文瀚 12S011029

1 引言

光子晶体(Photonic Crystals, PCs)是一种人工周期介质结构，由不同折射率材料周期性地交替排列而成，这种周期介质结构最早由Bykov于1972年提出。1987年，Yablonovitch和John分别在研究抑制原子的自发辐射和光子的局域化问题中也各自独立地提出了这种结构，并在后来的研究中将其命名为光子晶体。

实际上，在自然界中就存在着光子晶体结构，如蛋白石、孔雀羽毛、蝴蝶翅膀上的鳞状覆盖物、以及澳洲海老鼠的毛发。蝴蝶翅膀上的鳞状覆盖物是一种周期性结构。这种周期性结构可以限制光在其中的传输，让某些波长的光通过，而让另一些波长的光完全被反射。正因为如此，才形成了蝴蝶翅膀表面绚烂的花纹和色彩。这种周期性结构与Yablonovitch和John提出的光子晶体概念是相吻合的。

当然，自然界中这样的例子只是少数，目前更多的光子晶体是由人工加工制作而成。1990 年，Ho和Chan等人第一次从理论上论证了三维金刚石结构具有完全光子禁带。1991 年，Yablonovitch团队通过从一定角度对半导体介质进行钻孔，首次成功制作了具有完全禁带的三维金刚石结构光子晶体，禁带频率范围为13

光子晶体光纤

摘要：光子晶体光纤由于其特殊的周期性结构，区别于传统的光纤，而具有无截止单模传输、可调节色散、高双折射、偏振控制、大的有效面积单模运转和小的有效面积高非线性等特性及其广泛的应用前景，成为当前国内外研究的热门课题。本文主要介绍光子晶体光纤的基础知识，并介绍利用有限元软件COMSOL Multiphysics模拟仿真光子晶体光纤中传输时各种模式的场分布以及有效折射率。为以后的进一步研究打下基础。 关键词：光子晶体光纤 COMSOL Multiphysics

一 光子晶体与光子晶体光纤 1.1 光子晶体

光子晶体是一种折射率变化周期为光波长量级的具有光子禁带的人工材料。最早的光子带隙思想由E.Yablonovitch和S.John提出。当电磁波在光子晶体中传播时，具有透射、反射和折射，电磁波受到电子周期性布拉格散射的调制，形成类似于电子的能带结构，我们称之为光子能带。在晶格常数与介电常数的比值取值适当的情况下，光子能带与电子能带相似。光子能带间可能存在禁止某些频率电磁波的频率区域，我们将这些频率区域命名为光子带隙，这是光子晶体最根本的特征。因此人们又将光子晶体称为光子带隙材料。

光子晶体的结构可以这样理解，正如半导体材料在晶格结点（

介绍慢光的进展

Ｖ０１．４４，Ｎｏ．１０

光子晶体

０ｃｔ２００７

光予晶体波导慢光技术

ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＳｌｏｗＬｉｇｈｔｉｎＰｈｏｔｏｎｉｃＣｒｙｓｔａｌ

Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ

掌蕴东翁文喻波袁萍

ｆ哈尔滨Ｉ：业大学光电子技术研究所可调谐激光技术国家级重点实验室，哈尔滨ＺＨＡＮＧＹｕｎｄｏｎｇ，ＷＥＮＧＷｅｎ，ＹＵＢｏ，ＹＵＡＮＰｉｎｇ（ＳｔａｔｅＫｅｙ

Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ

ｏｆＴｕｎａｂｌｅＬａｓｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｍｉｃｓ，Ｈａｒｂｉｎ

Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ

ｏｆ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

Ｈａｒｂｉｎ１５００ｓ０）

摘要介绍了光子晶体波导中慢光产生的基本原理，指出目前慢光传输的主要测量手段及热点研究问题，对

三种常见的光子晶体波导优化结构进行了简单介绍。

关键词光子晶体；慢光；波导；光延迟线

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｔｈｅ

ｍｅｃｈａｎｉｓｍ

ｏｆ

ｓｌｏｗａｎｄ

ｌｉｇｈｔｇｅｎｅｒａｔｅｄｐｒｏｂｌｅｍｓ

ｏｆｓｌｏｗ

ｉｎ

ｐｈｏｔｏｎｉｃｌｉｇｈｔ

ｃｒｙｓｔａｌ

ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ

ａｒｅ

ｉｓ

ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｍａｉｎ

ｉｍｐｒｏｖｅｄ

ｍｅａｓｕｒｉｎｇ

ｍｅｔｈｏｄｓ

ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ

ａｒｅ

ｐｏｉｎｔｅｄ

ｏｕｔ．Ｔｈｒｅｅ

ｃｏ

光子晶体在微波领域中的应用

光子晶体的一个实际应用是在微波天线方面。微波天线在军事及民用方面都有很多可以发挥的领域。如卫星电视、雷达探测等等都要广泛利用。然而传统的微波天线制备方法是将天线直接制备在介质基底上，这样就导致大量的能量被天线基底所吸收，因而效率很低。

例如，对一般用GaAs（钙、砷）介质作基底的天线反射器，98%的能量完全损耗在基底中，只有2％的能量被发射出去，同时造成基底的发热。但是光子晶体的发现给此领域带来了福音。如针对某微波频段可设计出需要的光子晶体，并让该光子晶体作为天线的基片。因为此微波波段落在光子晶体的禁带中，因此基底不会吸收微波，这就实现了无损耗全反射，把能量全部发射到空中。

第一个以光子晶体为基底的偶极平面微波天线1993年在美国研制成功。

手机的辐射防护

手机是一个小型的、但能量极强的电磁波发生器，其工作频率在890MHz—965MHz，辐射出的电磁波对人体细胞具有极强的致畸作用。手机在使用过程中，这种电磁波始终围绕着人的头部。长期、高频率使用手机，会造成正常脑的支持细胞——胶质细胞DNA分子链的电离损害，导致DNA碱基分子链的断裂，引起细胞的癌变。在—般情况下，人体内正常的免疫监控系统，

介绍慢光的进展

Ｖ０１．４４，Ｎｏ．１０

光子晶体

０ｃｔ２００７

光予晶体波导慢光技术

ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＳｌｏｗＬｉｇｈｔｉｎＰｈｏｔｏｎｉｃＣｒｙｓｔａｌ

Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ

掌蕴东翁文喻波袁萍

ｆ哈尔滨Ｉ：业大学光电子技术研究所可调谐激光技术国家级重点实验室，哈尔滨ＺＨＡＮＧＹｕｎｄｏｎｇ，ＷＥＮＧＷｅｎ，ＹＵＢｏ，ＹＵＡＮＰｉｎｇ（ＳｔａｔｅＫｅｙ

Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ

ｏｆＴｕｎａｂｌｅＬａｓｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｍｉｃｓ，Ｈａｒｂｉｎ

Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ

ｏｆ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

Ｈａｒｂｉｎ１５００ｓ０）

摘要介绍了光子晶体波导中慢光产生的基本原理，指出目前慢光传输的主要测量手段及热点研究问题，对

三种常见的光子晶体波导优化结构进行了简单介绍。

关键词光子晶体；慢光；波导；光延迟线

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｔｈｅ

ｍｅｃｈａｎｉｓｍ

ｏｆ

ｓｌｏｗａｎｄ

ｌｉｇｈｔｇｅｎｅｒａｔｅｄｐｒｏｂｌｅｍｓ

ｏｆｓｌｏｗ

ｉｎ

ｐｈｏｔｏｎｉｃｌｉｇｈｔ

ｃｒｙｓｔａｌ

ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ

ａｒｅ

ｉｓ

ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｍａｉｎ

ｉｍｐｒｏｖｅｄ

ｍｅａｓｕｒｉｎｇ

ｍｅｔｈｏｄｓ

ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ

ａｒｅ

ｐｏｉｎｔｅｄ

ｏｕｔ．Ｔｈｒｅｅ

ｃｏ

光子晶体光纤

高　新　技　术

２００８　　ＮＯ．０９

科技创新导报

光子晶体光纤在光纤传感中的应用

陈罗湘１，２

（１．湘潭职业技术学院信息工程系　湖南湘潭　４１１１０２　　２．湖南大学计算机与通信学院　　长沙　４１００８２）

摘　要：近年来，随着人们对光纤传感和光子晶体光纤研究的不断深入，光子晶体光纤在光纤传感中的应用正成为一个新的研究热点。本文介绍了光纤传感和光子晶体光纤的相关内容，重点结合光子晶体光纤的特点介绍了光子晶体光纤在偏振型光纤传感和布拉格光栅传感中的应用。

关键词：光子晶体光纤；光纤传感；　高双折射；布拉格光栅

中图分类号：Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　　　文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００８）０３（ｃ）－００１３－０２

１　引言

光纤传感测量方法是一种利用光纤作为光信号的传输和传感媒质，根据被测物理量的变化对光信号的某一性质进行调制，并检测出来被测物理量变化的测量方法。自从光纤传感器问世以来，由于其相对于普通机械类和电子类传感器相比具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、体积小、传输损耗小、传输容量大、测量范围广等优点。因而广泛地应用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各个领域的应力应变及温度测量等

光子晶体光纤

高　新　技　术

２００８　　ＮＯ．０９

科技创新导报

光子晶体光纤在光纤传感中的应用

陈罗湘１，２

（１．湘潭职业技术学院信息工程系　湖南湘潭　４１１１０２　　２．湖南大学计算机与通信学院　　长沙　４１００８２）

摘　要：近年来，随着人们对光纤传感和光子晶体光纤研究的不断深入，光子晶体光纤在光纤传感中的应用正成为一个新的研究热点。本文介绍了光纤传感和光子晶体光纤的相关内容，重点结合光子晶体光纤的特点介绍了光子晶体光纤在偏振型光纤传感和布拉格光栅传感中的应用。

关键词：光子晶体光纤；光纤传感；　高双折射；布拉格光栅

中图分类号：Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　　　文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００８）０３（ｃ）－００１３－０２

１　引言

光纤传感测量方法是一种利用光纤作为光信号的传输和传感媒质，根据被测物理量的变化对光信号的某一性质进行调制，并检测出来被测物理量变化的测量方法。自从光纤传感器问世以来，由于其相对于普通机械类和电子类传感器相比具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、体积小、传输损耗小、传输容量大、测量范围广等优点。因而广泛地应用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各个领域的应力应变及温度测量等