安徽大学 计算智能与信号处理教育部重点实验室,合肥 230039
研究原子在金属结构中的自发辐射时引入单层石墨烯薄膜, 利用石墨烯特殊的光电特性来调控原子的自发辐射率.推导了局态密度与自发辐射率的格林函数表示形式, 并结合频域有限差分方法进行了数值模拟.分析结果表明: 随着化学势的增大, 自发辐射波峰出现蓝移现象, 且自发辐射率波峰得到增强, 理论上实现了原子自发辐射率峰值位置与幅度的调制.研究结果可以为新型纳米器件及光电子设备的制造和优化提供参考.
量子光学 自发辐射 频域有限差分方法 表面等离子共振 格林函数 石墨烯 化学势 Quantum optics Spontaneous emission Finite-difference frequency-domain method Surface plasmon resonance Green′s function Graphene Chemical potential
1 太原大学外语师范学院自然科学基础部, 山西 太原 030012
2 山西大学物理电子工程学院, 山西 太原 030006
设计了一种带有增益介质包层的两个平行圆柱形纳米金属棒构成的表面等离子体光波导，基于频域有限差分法，对这种波导所支持的基模的能流密度分布、有效折射率、传播长度和模式面积随几何结构参数和电磁参数的依赖关系进行了分析。结果表明，沿纵向的能流主要分布在两个圆柱形金属棒所形成的中间区域。通过调节这种波导的几何参数及电磁参数，可以调节模式的传播特性。在增益介质的辅助下，传播距离明显增大。这种表面等离子体光波导可以用于光子器件集成领域和传感器领域。
表面等离子体光波导 传输特性 频域有限差分法 增益介质包层
1 太原大学外语师范学院自然科学基础部, 山西 太原 030012
2 山西大学物理电子工程学院, 山西 太原 030006
设计了一种双正方形中空表面等离子体光波导(SPW)。采用频域有限差分法，对这种波导所支持的基模的传输特性进行了研究。结果表明，基模沿纵向的能流密度主要分布在双正方形空气芯的中心区域。通过调节2个正方形空气孔的边长、中心距离以及工作波长的大小，可以调节基模的场分布范围以及场与金属银相互作用的大小，从而调节有效折射率、传播距离和模式面积等传输特性。通过与双圆形中空表面等离子体光波导的比较发现，在730~800 nm工作波长范围内，双正方形表面等离子体光波导的传输特性要优于后者。因此双正方形表面等离子体光波导有可能用于光子器件集成领域和传感器领域。
集成光学 表面等离子体光波导 传输特性 频域有限差分法
1 许昌学院 电气信息工程学院, 河南 许昌461000
2 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 激光与光电子研究所, 天津300072
文章基于带有各向异性完全匹配层(PML)吸收边界条件的紧凑二维频域有限差分法对八角格子光子晶体光纤(O-PCF)的模式和色散特性进行了研究。利用有效面积法分析了八角格子和六角格子光子晶体光纤(H-PCF)的基模和多模截止特性, 得到非限制模、基模及多模的相图。比较发现, 填充率和空气孔间距相同时, O-PCF的单模运转区域宽于H-PCF, 更易用于色散补偿。
光子晶体光纤 完全匹配层 频域有限差分法 模式截止 有效面积 PCF PML finite difference frequency domain method cut-off mode effective area
新疆大学物理科学与技术学院， 新疆 乌鲁木齐 830046
设计了几种特殊结构的带隙光子晶体光纤,采用平面波展开法和频域有限差分方法研究了基于不同结构光子晶体光纤的带、模式、色散和色散斜率。由平面波展开法和频域有限差分方法求解麦克斯韦方程组导出本征值方程，可以得到带隙光子晶体光纤中可能存在的不同模式的传播常数、电场分布、本征频率和磁场分布。分别给出了第二圈填充率取三种不同值时带、模式、色散和色散斜率的变化。结果表明，当第二圈填充率改变时其特性有明显的变化。随着填充率从0.75减小到0.45，其二阶模分裂成两个类LP01模，可降低损耗。计算结果对单模和低损耗的光子晶体光纤的设计有参考价值。
带隙型光子晶体光纤 平面波法 频域有限差分 色散 色散斜率 填充率 photonic bandgap fiber plane wave method finite-difference frequency domain method dispersion dispersion slope fill rate
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室, 光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300072
2 长飞光纤光缆有限公司研发中心, 湖北 武汉 430073
提出了一种基于图像处理算法和频域有限差分法相结合研究实际光子晶体光纤的数值分析方法。该方法针对实际光子晶体光纤由于结构不规则难以进行数值分析的缺点,采取首先对光子晶体光纤的电镜扫描图像使用阈值分割和维纳滤波等图像处理算法获得光纤截面的几何图像,然后使用图像插值及构造均值移动窗口滤波等方法实现了网格划分和介电系数平均等步骤,最后结合频域有限差分法对光纤特性进行分析计算。结果表明,该方法能够精确分析实际光子晶体光纤的色散特性,模拟得到的实际光子晶体光纤的模场分布与实验结果吻合很好。
导波光学 光子晶体光纤 频域有限差分法 数值分析 数字图像处理
南京邮电大学光电工程学院光通信研究所, 江苏 南京 210003
提出了一种新型光子晶体太赫兹(THz)波导,该波导包层为硅介质中含有按三角形格子周期排列的空气孔,纤芯为有机材料聚乙烯(PE)。应用平面波法(PWM)分析了这种光子晶体太赫兹波导的带隙结构,研究了空气填充率变化对光子带隙(PBG)结构的影响; 然后应用频域有限差分法(FDFD)对不同参数太赫兹波导的损耗进行了计算。结果表明,这是一种适合太赫兹波传输的带隙效应波导,选择较高填充率,较大孔间距,较多周期结构层数可以得到较低的泄漏损耗,选取合适的参数损耗最低值可以达到1.5 dB/km。
光电子学 太赫兹波导 带隙 泄漏损耗 平面波法 频域有限差分法
提出了一种复合六边形空气孔格点光子晶体光纤,其包层是由两种不同大小的空气孔组合而构成的。利用带有良匹配层(APML)吸收边界的全矢量频域有限差分法(FDFD)对其色散特性进行了数值分析。结果表明,通过调节包层中两种不同尺寸的空气孔的大小以及孔间距这三个参量,可以得到不同水平的平坦色散曲线,甚至超低超平坦的色散曲线。在孔间距Λ取2.1 μm,小尺寸空气孔直径取0.5 μm, 大尺寸空气孔直径取0.8 μm的条件下,在1.48～1.78 μm的波长范围内得到了0±0.545 ps/(km·nm)的色散。
光纤光学 色散特性 平坦色散 超低超平坦色散 光子晶体光纤 频域有限差分方法
