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基于磁光子晶体的三通道太赫兹波选路开关

光电子．激光 2017年第11期28卷 1169-1173页

作者：张元方甘雨莹李培丽郑加金南京邮电大学光电工程学院江苏南京210023

在完整的二维正方晶格硅(Si)中,引入线缺陷(波导)和磁光子晶体点缺陷(微腔),利用磁性材料的磁导率随磁场的变化,通过波导和微腔的耦合,提出了一种基于磁光子晶体的三通道太赫兹(THz)波选路开关。利用平面波展开法(PWM)和时域有限差分法(... 详细信息

在完整的二维正方晶格硅(Si)中,引入线缺陷(波导)和磁光子晶体点缺陷(微腔),利用磁性材料的磁导率随磁场的变化,通过波导和微腔的耦合,提出了一种基于磁光子晶体的三通道太赫兹(THz)波选路开关。利用平面波展开法(PWM)和时域有限差分法(FDTD),对基于磁光子晶体的三通道THz波选路开关进行了仿真研究。结果表明,选路开关通道1的消光比(EXT)为12.74dB,通道2和通道3的EXT都为28.05dB,响应速度可达ps量级。利用本方案实现的THz波选路开关,在未来的集成光路中具有很好的应用前景。

关键词：太赫兹波(THz) 开关磁光子晶体

利用一维电介质-磁光子晶体设计宽带全方向全反镜

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光子学报 2010年第2期39卷 255-259页

作者：强海霞蒋立勇李相银南京理工大学应用物理系南京210094

研究了基于一维电介质-磁光子晶体的全方向全反射镜(简称全反镜).利用传输矩阵法分析了全反镜的传输特性.为了获得宽频带全反镜,利用十进制遗传算法优化全反镜的结构参量,即层厚度系数与周期数.设计过程逐步详细阐述.计算结果表明,随着... 详细信息

研究了基于一维电介质-磁光子晶体的全方向全反射镜(简称全反镜).利用传输矩阵法分析了全反镜的传输特性.为了获得宽频带全反镜,利用十进制遗传算法优化全反镜的结构参量,即层厚度系数与周期数.设计过程逐步详细阐述.计算结果表明,随着参加优化的变量(厚度系数和周期数)数增多,全反带更宽,薄膜层数更少、结构总厚度更薄.最后得到了一个宽带全反镜(0.255A0.255B)5(0.169A0.066B)8,其带宽可达1.34ω0,而薄膜层数大幅降为26层,总厚度仅为1.8634λ0,结构也非常简单.

关键词：一维光子晶体全方向全反镜传输矩阵法遗传算法磁光子晶体

基于磁光子晶体的磁控可调谐太赫兹滤波器和开关

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物理学报 2011年第7期60卷 379-383页

作者：郭展范飞白晋军牛超常胜江南开大学现代光学研究所光电信息技术科学教育部重点实验室天津300071

本文研究了铁氧体磁性材料应用于太赫兹波导器件的可行性.利用铁氧体磁性材料的磁导率随外磁场改变而变化的性质,设计出了一种新颖的磁控连续可调谐太赫兹滤波器和开关.利用平面波展开法(plane wave expansion,PWE)和时域有限差分法(fin... 详细信息

本文研究了铁氧体磁性材料应用于太赫兹波导器件的可行性.利用铁氧体磁性材料的磁导率随外磁场改变而变化的性质,设计出了一种新颖的磁控连续可调谐太赫兹滤波器和开关.利用平面波展开法(plane wave expansion,PWE)和时域有限差分法(finite difference timedomain,FDTD)计算了二维磁光子晶体中外磁场变化对带隙位置和宽度的影响,结果显示应用该结构实现的滤波器和开关具有良好的性能.

关键词：磁光子晶体铁氧体太赫兹

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基于磁光子晶体的太赫兹选路开关和分束器

光通信研究 2017年第1期1期(24)卷 44-46页

作者：甘雨莹李培丽张元方南京邮电大学光电工程学院南京210023

利用铁氧体材料磁导率随外加磁场强度变化的性质,提出了一种基于二维磁光子晶体的THz选路光开关和分束器。采用PWM(平面波展开法)和FDTD(有限差分时域)法进行了数值计算和仿真分析,结果表明,该选路光开关的插入损耗为0.017dB,消光比高达... 详细信息

利用铁氧体材料磁导率随外加磁场强度变化的性质,提出了一种基于二维磁光子晶体的THz选路光开关和分束器。采用PWM(平面波展开法)和FDTD(有限差分时域)法进行了数值计算和仿真分析,结果表明,该选路光开关的插入损耗为0.017dB,消光比高达26.97dB,最大稳定时间约为25.3ps;分束器的附加损耗仅为0.07dB,且分光比几乎为1∶1。利用该结构实现的THz选路开关和分束器,在未来的集成光路中具有很好的应用前景。

关键词：选路光开关分束器太赫兹波磁光子晶体

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可实现宽带光隔离的一维磁光子晶体结构研究

可实现宽带光隔离的一维磁光子晶体结构研究

作者：武建加太原理工大学

学位级别：硕士

在一维光子晶体中加入磁光介质缺陷所构成的一维磁光子晶体,在外加磁场作用下,利用光子晶体的光子禁带和光子局域特性,可增强磁光介质的法拉第旋光效应。一维磁光子晶体在实现大的法拉第旋转角的同时具有高的透射率。目前用于磁光隔离... 详细信息

在一维光子晶体中加入磁光介质缺陷所构成的一维磁光子晶体,在外加磁场作用下,利用光子晶体的光子禁带和光子局域特性,可增强磁光介质的法拉第旋光效应。一维磁光子晶体在实现大的法拉第旋转角的同时具有高的透射率。目前用于磁光隔离器的块状磁光介质,在厚度最少达到450微米的条件下,法拉第旋转角才可达到45度,无法满足磁光隔离器集成化的要求。用一维磁光子晶体代替目前商用磁光隔离器中的块状磁光介质作为法拉第转子,不仅可以实现45度的法拉第旋转角,还大大减小了法拉第旋转器的尺寸,同时入射光的透射率还很高,为光隔离器的集成化提供一种新思路。现有可实现光隔离的一维磁光子晶体结构,主要存在着：(1)光谱响应极窄,只能适用于中心波长处,当光源波长在中心波长附近波动和在宽带通信时无法应用;(2)包含光学薄膜层数较多,在实际应用中不易制备;(3)实现宽带范围内光谱平坦性欠佳,影响了磁光隔离器的工作性能等问题。基于上述对可实现光隔离的一维磁光子晶体结构的研究,本论文在详细推导4×4传输矩阵法之后,主要研究内容和研究结果可概括为：1、分析(H/L)n/M/(L/H)m/M/(H/L)m/M/(L/H)n和(H/L)n/M/(L/H) m/M/(H/L)n/M/(L/H)n/M/(H/L)n/M/(L/H)n两种一维磁光子晶体结构在选用不同材料时的光隔离特性。得到：结构一用43层光学薄膜在中心波长附近0.95nm范围内实现了光隔离;结构二用73层光学薄膜在中心波长附近0.85nm范围内实现了光隔离,与结构一相比,结构二具有更高的透射率和更平坦的光谱。相对现有在中心波长附近实现光隔离的一维磁光子晶体结构,结构一和结构二包含光学薄膜层数较少,可用来实现中心波长附近小范围内的光隔离。2、将上述(H/L)n/M/(L/H)m/M/(H/L)n/M/(L/H)n/M/(H/L)m/M/(L/H)n结构作为基本结构,分析在选用不同材料时由其组合得到复合结构的光隔离特性。得到：复合结构一用83层光学薄膜实现了3.5nm的宽带光隔离,相对现有可实现3.5nm的宽带光隔离的一维磁光子晶体结构,复合结构一包含光学薄膜层数较少;复合结构二用125层光学薄膜实现了2.5nm的宽带光隔离,与复合结构一相比,复合结构二具有更高的透射率和更平坦的光谱;复合结构三用125层光学薄膜实现了3nm的宽带光隔离,其透射率曲线的平坦性优于复合结构二;复合结构四用115层光学薄膜实现了1nm的宽带光隔离,此结构无需调节外加磁场角度即可实现光隔离。3、分析线性偏振光通过上述复合结构所实现的宽带透射谱。得到：线性偏振光通过上述复合结构可实现的宽带光隔离,是因为左右旋圆偏振光两本征态在通过上述复合结构都可实现宽带光隔离。

关键词： 4×4传输矩阵法磁光子晶体法拉第旋转角宽带光隔离

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基于磁光子晶体的多通道太赫兹波选路开关

基于磁光子晶体的多通道太赫兹波选路开关

作者：张元方南京邮电大学

学位级别：硕士

随着通信技术和计算机技术的高速发展,人们对于信息传输和处理的要求也在不断提高。无线通信的快速发展,使得频谱资源日渐匮乏,开发新的频段成为共识,太赫兹(THz)波段的很多频段未被开发使用,因此引起了人们的关注。THz波是指介于微波... 详细信息

随着通信技术和计算机技术的高速发展,人们对于信息传输和处理的要求也在不断提高。无线通信的快速发展,使得频谱资源日渐匮乏,开发新的频段成为共识,太赫兹(THz)波段的很多频段未被开发使用,因此引起了人们的关注。THz波是指介于微波和红外光之间的波,THz占据的频谱资源更加丰富。近年来掀起了一个研究THz技术的热潮,其中,THz波开关是THz技术必不可少的组成部分。THz波开关主要分为通断开关和具有选路功能的多通道开关,其中,多通道开关由于其具有选路的功能,是THz技术中的重要器件。本文利用磁性材料的磁导率随磁场可变的性质,围绕基于磁光子晶体的多通道THz波选路开关展开了研究,具体工作如下:利用光子晶体的禁带特性、缺陷模理论和磁光子晶体的特性,提出了基于磁光子晶体的恒定磁场控制的1×3、1×4和1×6 THz波选路开关。采用二维正方晶格结构,引入线缺陷和磁光子晶体点缺陷,且点缺陷的尺寸都相同。假设波从某个输出通道输出,只要对相应的一个或几个铁氧体点缺陷施加相同大小的磁场,使得铁氧体的磁导率变化,可以将入射的太赫兹波耦合到相应的通道,从而实现选路开关的功能。利用Rsoft软件,结合平面波展开法(PWE)和时域有限差分法(FDTD),对提出的多通道THz波选路开关进行了仿真分析。研究结果表明:所设计的基于磁光子晶体的恒定磁场控制的多通道THz波选路开关在波长84μm处,TE模式的THz波透过率均在92%以上,消光比均高于14dB,有效地实现了恒定磁场控制的多通道THz波选路开关功能。由于点缺陷尺寸小,将磁场加在单个介质柱在实际操作中不容易实现,提出新方案把磁场加在整个选路开关的结构,提出了基于磁光子晶体的可调磁场控制的1×3和1×4 THz波选路开关。采用二维正方晶格结构,引入线缺陷和磁光子晶体点缺陷,在每个通道内引入半径大小不同的铁氧体点缺陷。假设波从某个输出通道输出,需要对整个选路开关结构加磁场,使得结构中的所有磁性点缺陷的磁导率均发生变化,由外加磁场的大小来选择哪个通道打开。利用Rsoft软件,对此种类型的多通道选路开关进行了仿真分析。研究结果表明:设计的选路开关在波长85.33μm处,TE模式的THz波透过率均在93%以上,消光比均高于12dB,有效地实现了可调磁场控制的多通道THz波选路开关功能。本论文提出的基于磁光子晶体的多通道THz波选路开关结构简单,易于集成,在未来的THz波通信中具有很好的应用前景。

关键词：太赫兹波磁光子晶体选路开关

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基于二维磁光子晶体THz滤波器的特性研究

基于二维磁光子晶体THz滤波器的特性研究

作者：滕晨晨南京邮电大学

学位级别：硕士

THz波是频率在0.1～10THz范围内的电磁波,它是很好的宽带信息载体,由于其所处的特殊频段,它的方向性与穿透性在通信方面具有很大的潜力。光子晶体具有光子禁带与光子局域等特点。磁光子晶体(Magnetic photonic crystals, MPCs)是用磁光... 详细信息

THz波是频率在0.1～10THz范围内的电磁波,它是很好的宽带信息载体,由于其所处的特殊频段,它的方向性与穿透性在通信方面具有很大的潜力。光子晶体具有光子禁带与光子局域等特点。磁光子晶体(Magnetic photonic crystals, MPCs)是用磁光材料作为光子晶体的一种组成材料。磁光子晶体同时具有磁光效应和光子晶体的特性,具有独特的性质。将磁光子晶体技术用于制作THz通信的关键器件THz滤波器具有重要意义。本文将磁光子晶体技术和THz技术相结合,提出一种基于磁光子晶体的可调谐THz滤波器。首先分析了基于磁光子晶体THz滤波器的基本原理,然后在此基础上设计了直波导和微型腔相结合的三角晶格光子晶体结构,接着,分析微型腔的不同结构参数对滤波器性能的影响。通过改变内部介质柱半径以及外磁场的大小,改变反射壁介质柱的半径等等,对不同波长的THz波进行滤波。经过优化,得到一种带有采用磁性材料的7个介质柱作为微型腔的磁光子晶体可调谐THz滤波器。最后,利用RSoft软件仿真分析了不同波长的THz信号入射时,滤波器的性能指标。仿真结果表明,三角晶格磁光子晶体的光子带隙宽度较大,对应的波长范围在66.62μm ～107.15μm。该基于磁光子晶体可调谐THz滤波器可以实现两个波长分别为84.628μm(频率为3.545THz)、87.025μm(频率为3.447THz)的调谐滤波,相应的频带宽度分别为：0.0029THz、 0.0034THz。该滤波器的滤波效率几乎接近90%,插入损耗低于1dB,响应时间在2ns左右,滤波性能优良。该滤波器在未来的THz通信领域中具有广泛的应用前景。

关键词：磁光子晶体石榴石铁氧体微腔 THz波滤波器