1 山西大学 物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 山西大学 量子光学与光量子器件国家重点实验室，激光光谱研究所，山西 太原 030006
设计了一种基于LiF和NaF材料的复合凹槽的光栅型红外吸收器.采用频域有限差分法(FDFD)分析了这种吸收器的吸收机理，以及结构参数、入射波的波长和入射角度对其吸收特性的影响.结果表明，对于入射的不同波长的红外线，这种吸收器会形成不同的光学谐振腔，能够在较宽的波长范围内对红外线形成强烈的吸收.在采用优化参数的条件下，在18~70 μm的波长范围和0~80°的入射角范围内，这种吸收器具有良好的吸收效果.文章的研究工作给光栅型红外线吸收器的设计、制作和应用提供了理论基础.
吸收器 光栅 频域有限差分法 红外 表面等离子 absorber grating FDFD infrared surface plasmon
利用频域有限差分法，分析了两种典型晶硅电池结构的Ag背反镜的吸收损耗。研究表明：平板型晶硅电池Ag背反镜的损耗主要是由本征吸收和导模共振吸收引起，而表面等离子体共振吸收使TM模的吸收峰峰值大于TE模的吸收峰峰值；织构型的晶硅电池内部光场分布复杂，可在光垂直入射情况下，使TE模和TM模均在有源层中出现较强的导模共振效应，且TM模还可在Ag背反镜中激励起等离子体共振效应，从而使织构型晶硅电池Ag背反镜的吸收谱表现为多峰值特性，且其吸收峰峰值大于平板型晶硅电池的吸收峰峰值。
光学器件 晶硅电池 背反镜 光吸收 频域有限差分法 激光与光电子学进展
2016, 53(6): 060402
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
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
西北工业大学理学院光信息科学与技术研究所,陕西省光信息技术重点实验室, 陕西 西安 710072
综合运用弯曲光纤的等效直光纤模型、全矢量频域有限差分法及各向异性完全匹配层吸收边界,计算了两种类型(折射率引导型和带隙型)光子晶体光纤(PCF)的弯曲损耗。通过数值模拟弯曲损耗随弯曲半径的变化关系,证实了两种光子晶体光纤均具有弯曲损耗振荡特性。进而分析了两种光子晶体光纤弯曲损耗振荡的产生机理并给出了与损耗峰对应的包层模式。结果表明,振荡的产生源于基模与包层模式的耦合,其中,折射率引导型光子晶体光纤的弯曲损耗振荡机理类似于传统双包层光纤,带隙型光子晶体光纤弯曲损耗振荡的产生则是两种不同类型的包层模式共同作用的结果。
光纤光学 光子晶体光纤 弯曲损耗振荡 频域有限差分法 完全匹配层
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
提出了一种能够在较宽波长范围内保持单偏振的光子晶体光纤,并利用频域有限差分法对其偏振特性进行了数值分析。在孔间距Λ取2.3 μm,第一层较大空气孔直径dl取2.4 μm,较小空气孔直径ds取1.4 μm,包层中其它空气孔的直径d取0.6 μm的条件下,这种单偏振光子晶体光纤在1.02～2.0 μm波长范围内,保持较高的模式双折射。当较大空气孔直径dl取2.8 μm,较小空气孔直径ds取1.4 μm时,在1.35～2.0 μm波长范围内,仅有一个偏振模能够存在,且波长1.31 μm处的模式双折射度达到3.5×10-3。
光纤光学 单偏振 光子晶体光纤 模式双折射 频域有限差分法
山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
提出了一种圆形双芯微结构光纤，用频域有限差分法(FDFD)，并对其色散特性进行了分析，并与前人提出的六边形双芯微结构色散补偿光纤进行了比较。结果表明：当圆形双芯微结构色散补偿光纤的高折射率区半径保持不变时，改变沿水平直径方向相邻空气洞中心点间的距离和空气洞的直径，能够控制有效模折射率的转折点，并在该处产生较大的负色散。由于圆形双芯微结构色散补偿光纤比六边形双芯微结构色散补偿光纤的有效模折射率对参数变化较为敏感，故前者更易于精确地控制转折点，达到色散补偿的目的。
双芯微结构光纤 色散补偿 频域有限差分法 dual-concentric-core microstructured optical fiber dispersion-compensating FDFD
