山东师范大学物理与电子科学学院，山东 济南 250358
表面晶格共振源于周期阵列的衍射耦合，理论上可以获得高品质因子，并可有效增强光与背景环境中物质的相互作用。本文首先介绍在垂直入射激发条件下金属及高折射率介质纳米颗粒阵列中表面晶格共振的基本性质以及实现高品质因子的技术手段；然后，介绍基于反射镜上高深宽比介质纳米柱阵列在非对称折射率环境实现高品质因子表面晶格共振的研究进展；最后，探讨目前研究存在的局限以及后续的努力方向。
表面模 衍射 表面等离激元 Mie散射 光学学报
2023, 43(16): 1623005
中国计量学院 光学与电子科技学院 光电工程研究所，杭州 310018
采用平面波展开法研究了四种二维光子晶体结构（圆柱介质柱四方晶格、圆柱介质柱三角晶格、正方介质柱四方晶格、正方介质柱三角晶格）的带隙宽度随介质柱尺寸变化的关系.使用平面波展开法计算常规晶格和表面缺陷晶格的模式并进行结果叠加，研究了各结构的二维光子晶体在带隙宽度最大时的表面模式.结果表明，同种晶格的光子晶体带隙宽度随着介质柱的尺寸增大呈先增后减趋势，存在最大值.随着表面介质柱尺寸的增加，四种晶格表面模式曲线均呈下降趋势.四方晶格光子晶体与三角晶格相比，表面介质柱尺寸的变化范围更大，但能获取表面模式频率范围较小.
光子晶体 平面波展开法 带隙宽度 表面模 Photonic crystal Plane wave expansion method Band gap width Surface mode
为了研究光子带隙光纤中纤芯环掺杂浓度的百分比对光纤传输特性的影响，利用全矢量有限元法在纤芯环掺杂浓度的百分比为1%~5%的条件下对7孔光子带隙光纤纤芯环掺杂和19孔光子带隙光纤纤芯环掺杂两种结构进行了仿真，比较了两种结构的纤芯模能量分布曲线，并且给出了19孔光子带隙光纤在不同的纤芯环掺杂浓度的百分比下，光纤带宽、色散、有效模面积和有效折射率的分布曲线图。结果表明，19孔光子带隙光纤比7孔光子带隙光纤具有更强的限光能力，且纤芯环掺杂浓度的百分比对光子带隙光纤的传输性能有显著的影响。
光纤光学 纤芯环掺杂 全矢量有限元法 光子带隙光纤 表面模 fiber optics core surround doping full-vector finite element method photonic band gap photonic crystal fiber (PBG-PCF) surface mode
表面模与纤芯基模耦合是使双空芯光子晶体光纤产生无耦合点的根本原因。为进一步探究双空芯光子晶体光纤中表面模的产生及控制机理，采用平面波展开和全矢量有限元法，分析了纤芯周围石英环相对厚度和纤芯的截切半径对表面模和无耦合点的影响。结果表明，纤芯截切半径固定时，随着石英环相对厚度的增大，无耦合点向长波长方向移动；石英环相对厚度固定为1时，纤芯最佳截切半径为0.9Λ～1.0Λ，可以较好地抑制表面模。这为新型双空芯光子晶体光纤的结构设计和现实应用提供了理论依据。
光纤光学 表面模 全矢量有限元法 石英环相对厚度 纤芯截切半径 fiber optics surface modes full vector finite element method thickness of the silica ring core radius
为了研究纤芯-包层交界处石英环厚度对空芯光子带隙光纤的传输带宽、色散、纤芯能量、非线性系数的影响，利用全矢量有限元法对所设计的7孔空芯光子带隙光纤进行仿真，得到了纤芯半径固定时，不同石英环相对厚度情况下，光纤带宽、色散、纤芯能量及非线性系数随波长的变化曲线。结果表明，石英环相对厚度的最佳取值范围为0.5～0.6，这为光纤设计提供了理论依据。
光纤光学 石英环相对厚度 全矢量有限元法 表面模 fiber optics normalized thickness of silica ring full-vector finite element method surface mode
1 湖州师范学院理学院，浙江 湖州 313000
2 上海大学通信与信息工程学院，上海 200072
在弱导条件下，利用Maxwell方程组，对纤芯是左手材料，包层是右手材料的光纤表面模进行了研究,得到了TE (TM)、 EH和 HE表面模的色散方程,.根据色散方程,画出了相应表面模和含左手材料光纤导模的色散曲线.比较这些色散曲线，发现了含左手材料光纤表面模一些新的特性.
光纤 左手材料 右手材料 表面模 特性方程 Fiber Left-handed material Right-handed material Surface mode Characteristic equations
从麦克斯韦方程组出发,结合电磁场的边界条件,推导出介质矩形波导导模的一般色散方程。对普通介质矩形波导和左手介质矩形波导的导模场分布分别进行了数值模拟。通过对比两种介质矩形波导的导模场分布的模拟结果,发现左手介质矩形波导Ex22模的场分布比普通介质波导Ex00模的场更集中在波导中部。同时,根据处理普通介质矩形波导的Marcatili方法,类比得到左手介质矩形波导表面模的色散方程,并数值模拟了低阶模的场分布,结果表明,能量主要集中在波导的四个角区以及波导的边缘。
光学材料 矩形波导 场分布 左手介质 导模 表面模
北京邮电大学理学院,光通信与光波技术教育部重点实验室, 北京 100876
利用平面波展开法计算了圆六边形空气孔按三角形排列的光子晶体带隙,基于带隙图设计了移去7根玻璃毛细管形成纤芯、传输波长λ=1.55 μm的空芯光子带隙光纤的结构参量。随后利用全矢量有限元法计算了所设计的在纤芯-包层交界面处引入石英环的光纤,给出了在不同半径情况下沿z轴方向的光强分布、光强等高线分布图和损耗随引入石英环相对厚度的变化曲线。得出了光纤消除表面模、减小损耗的纤芯外半径取值范围为1.55Λ~1.7Λ,石英环的相对厚度取值范围为1.3～1.5或3.4～3.8。通过分析发现石英环的引入既可以抑制表面模也可以激发表面模,抑制还是激发有赖于纤芯外半径和石英环厚度的选择。
光纤光学 空芯光子带隙光纤 全矢量有限元法 光子带隙 表面模 损耗
