非线性光子晶体缺陷对单向透射特性研究.doc

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1、非线性光子晶体缺陷对单向透射特性研究年月汕头大学学报自然科学版第卷第期・・・文章编号：？非线性光子晶体缺陷对单向透射特性研究赵年顺，蔡旭红•黄山学院信息工程学院，安徽黄山；•汕头大学物理系，广东汕头摘要:采用基于吋域有限差分技术的数值模拟计算和时间耦合模理论，研究了引入非线性的光子晶体缺陷对的非对称透射特性，侧重于找到提高缺陷对的最大透射率及透射对比度的方法•结果表明,这种由个不同尺寸但具有相同谐振频率的缺陷对组成的结构具有单向透射特性，理论分析也验证了数值模拟结果，并且适为错开两缺陷共振频率的位置,W以使缺陷对

2、结构的最大透射率及透射对比度都有很大的提高.关键词:光子晶体;缺陷对;吋域有限差分法;吋间耦合模理论;价值因数屮图分类号：文献标识码：引言全光二极管被视为未来全光信息处理技术的重要元件，而光子晶体作为一-个控制光流动的平台便成为研究全光二极管的基础•基于菲线性光子晶体禁带边界的动态移动，等人在年设计出第个光子晶体全光二极管【】，之后等人提出一种基于光子晶体线缺陷设计全光二极管的设想唧.年，国内也有人提出利用单个非对称光子晶体缺陷来设计全光二极管•理论上，由于非对称的缺陷结构,全光二极管透射率阈值点与入射波方向有关

3、,不同方向入射波乂有着不同的透射率及阈值点，因此呈现出单向透射性.但根据传输矩阵法可以得出这种结构的透射对比度不会超过，这样的结果还不能够满足实际应用的需要.增大光子晶体缺陷的几何非对称性，可使得入射波的透射对比度相对提高阿，但会导致缺陷模频谱展宽，透射率峰值下降，二极管的透射率下降，作为两者因索乘积的价值因数就不会有很明显的变化.因此如何设计易于制造和有实用价值的全光二极管将具有重姜意义，而采用一•维周期性介质层光子晶体结构构建全光二极管的相关研究鲜见报道.本研究采用一维光子晶体结构模型构建全光二极管，通过改变

4、结构屮个介质层的厚度引入缺陷层，从而组成光子晶休缺陷对，结构简单便于实际应用•选择合适的缺陷对组合既提高了透射率，乂增加了透射对比度，从而使器件性能参数大大提高•研究中收稿H期:？作者简介:赵年顺一，男，安徽黃山人，助教，硕士研究生•研究方向：光予晶体器件研究与设计：..：基金项H：黃山学院校级科研项H笫期赵年顺等:菲线性光子晶体缺陷对单向透射特性研究首先用个缺陷对模型构建全光二极管,然后运用时域有限差分技术，，美国？公司研究开发的一种模拟实验软件技术对缺陷对透射特性进行数值模拟计算并分析，其结果,运用吋间耦合模

5、理论，研究两缺陷耦合的动力学特性，并分析了透射率及透射对比度的变化规律•最后改变模型小缺陷层厚度，采用数值模拟法分析比较透射率及透射对比度的变化，从血找到一种提高器件价值因数的方法.物理模型与数值模拟・物理模型光子晶体结构的制备方法有很多，如使用精密加工法、飞秒激光干涉法、激光全息刻蚀技术等现代蚀刻工艺均可以实现］.制作材料可以选用具有非线性的传统介质如种化稼或铝稼碑,介质层厚度为・。，对应第个和第】】个缺陷层的厚度分别为•和•，得到模型的基本结构如图所示.介质层呈周期性排并保持各介质层间距相等，介质层间为空气，

6、晶格常数即最小周期单元：•；线性折射率以及材料的非线性系数为。：・/和：・/，非线性折射率凡,,，其屮，表示光强分布•设个缺陷屮左边的缺陷为缺陷，缺陷层厚度为；右边的缺陷为缺陷，缺陷层厚度为模型屮选择缺陷厚度为・，・，此种厚度可以使个缺陷拥有一致的共振频率•通过基于时域有限差分技术的软件进行数值模拟，选择格点尺寸为/，并设边界为一个完美匹配层.・数值模拟计算及结果数值模拟得到光子晶体缺陷对的线性透射谱如图所示，各缺陷的线性透射谱也在图屮给普通层：・出.由图可以看到:两缺陷的缺陷模屮心频率接缺陷层'雏四.近一致，屮

7、心频率为•叮，波峰透射背景:空气率也都较高;半两缺陷耦合后，其透射谱的边界图非线性光子晶体缺陷对结构变得更加陡峭，透射谱的波峰变得较为平坦，波峰透射率有所下降•为检测个缺陷在受光激励后中心电场的分布情况时，发现缺陷中心的电场分布为奇模，而缺陷屮心则为偶模•又因缺陷模非线性卜的动态移动与缺陷屮心电场分布有关，导致个缺陷对外部激励光源的受激能力不同，从而表现出非对称透射行为.恰为的入射波频率可提高透射率和透射对比度，而木研究重在从结构上分析设计高效全光二极管，因此选定入射频率为.归一化频率/叮。的连续波分别从光子晶体

8、缺陷对的左右两端入射，在相对入射方向的另一•端置探测器以图非线性光子晶体的线性透射谱汕头大学学报自然科学版第卷探测透射率数值.文屮透射对比度用：’/来表示，即同一频率、同一强度的光分别从光子晶体结构的左右个方向入射吋，对应的透射强度之比;用价值因数作为评价全光二极管的性能指标，在数值上表示为透射对比度和阈值点最大透射率的乘积】・由数值模拟得到缺陷对结构的非线性透射特性如图