搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于光子晶体马赫-曾德尔干涉仪的太赫兹开关及强度调制器

王昌辉 赵国华 常胜江

引用本文:
Citation:

基于光子晶体马赫-曾德尔干涉仪的太赫兹开关及强度调制器

王昌辉, 赵国华, 常胜江

Photonic-crystal-waveguide based Mach-Zehnder interferometer for terahertz switch and modulator

Wang Chang-Hui, Zhao Guo-Hua, Chang Sheng-Jiang
PDF
导出引用
  • 通过对二维正方晶格光子晶体线缺陷模色散曲线慢光特性的研究, 利用外电场对液晶分子取向的调控作用, 在填充液晶的正方晶格波导的马赫-曾德尔干涉仪结构中实现了开关和强度调制等功能. 利用平面波展开法计算了光子晶体波导的线缺陷模, 分析了液晶折射率的变化对缺陷模的影响. 计算表明, 液晶折射率仅改变了0.1, 线缺陷模有效折射率改变达0.168, 该特性可以更为有效地实现对相位的控制, 进而实现高消光比开关和强度调制功能, 这种高效的相位调节器件在集成光系统中将有很好的应用前景.
    We propose a novel tunable photonic crystal (PC) waveguide Mach-Zehnder interferometer (MZI) based on nematic liquid crystals (LCs) 5CB and investigate its interference properties numerically by using the finite-difference time-domain method. We can change the refractive index of LC by rotating the directors of the LC molecules. The line defect modes of the PC waveguide with different liquid crystal refractive indices are analyzed by using the plane wave expansion method. Owing to the slow group velocity region of the line defect mode, when the index of 5CB changes from 1.53 to 1.63, the variation of the effective index of the line defect mode arrives at 0.168. This property helps to significantly control the phase of light propagation in a PC waveguide MZI. The novel interferometer can be used as either an optically controlled on-off switch or an amplitude modulator in optical circuits.
    • 基金项目: 国家高技术研究发展计划(863)(批准号: 2011AA010205), 国家自然科学基金(批准号: 61171027), 天津市自然科学基金重点项目(批准号: 10JCZDJC15200)和教育部博士点基金(批准号: 20090031110033)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National High Technology Research and Development Program of China (Grant No. 2011AA010205), the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61171027), the Natural Science Foundation of Tianjin, China (Grant No. 10JCZDJC15200), and the Doctoral Fund of Ministry of Education of China (Grant No. 20090031110033).
    [1]

    Yao J Q, Lu Y, Zhang B G, Wang P 2005 J. Optoelectronics. Laser 16 503 (in Chinese) [姚建铨, 路洋, 张百钢, 王鹏 2005 光电子·激光 16 503]

    [2]

    Nagel M, Haring Bolivar P, Brucherseifer M, Kurz H, Bosserhoff A, Bosserhoff A, Buttner R 2002 Appl. Phys. Lett. 80 154

    [3]

    Yue W W, Wang W N, Zhao G Z, Zhang C L, Yan H T 2005 Acta Phys. Sin. 54 3094 (in Chinese) [岳伟伟, 王卫宁, 赵国忠, 张存林, 闫海涛 2005 物理学报 54 3094]

    [4]

    Ma S H, Shi Y L, Xu X L, Yan W, Yang Y P, Wang L 2006 Acta Phys. Sin. 55 4091 (in Chinese) [马士华, 施宇蕾, 徐新龙, 严伟, 杨玉平, 汪力 2006 物理学报 55 4091]

    [5]

    Yablonovitch E 1987 Phys. Rev. Lett. 58 2059

    [6]

    John S 1987 Phys. Rev. Lett. 58 2486

    [7]

    Chen H M, Meng Q 2011 Acta Phys. Sin. 60 014202 (in Chinese) [陈鹤鸣, 孟晴 2011 物理学报 60 014202]

    [8]

    Fan F, Guo Z, Bai J J, Wang X H, Chang S J 2011 Acta Phys. Sin. 60 084219 (in Chinese) [范飞, 郭展, 白晋军, 王湘晖, 常胜江 2011 物理学报 60 084219]

    [9]

    Dai Q F, Li Y W, Wang H Z 2006 Appl. Phys. Lett. 89 061121

    [10]

    Wu K S, Long X T, Dong J W, Chen D H, Wang H Z 2008 Acta Phys. Sin. 57 6381 (in Chinese) [伍楷舜, 龙兴腾, 董建文, 陈弟虎, 汪河洲 2008 物理学报 57 6381]

    [11]

    Zhang M, Pan W, Xi L S, Luo B, Zhen D, Xu X G, Wang L, Liu C, Liu H T 2009 Chinese J. Lasers 36 (in Chinese) [张曼, 潘炜, 习连山, 罗斌, 郑狄, 徐小果, 王亮, 刘聪, 刘海涛 2009 中国激光 36

    [12]

    Vlasov Y A, O'boyle M, Hamann H F, Mcnab S J 2005 Nature 438 65

    [13]

    Afsar M N 1984 Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on 32 1598

    [14]

    Li J S, He J L, Hong Z 2007 Appl. Opt. 46 5034

    [15]

    Liu C Y, Chen L W 2004 Opt. Express 12 2616

    [16]

    Zhang H, Guo P, Chen P, Chang S J, Yuan J H 2009 J. Opt. Soc. Am. B 26 101

    [17]

    Berenger J P 1994 J. Comput. Phys. 114 185

    [18]

    Shimoda Y, Ozaki M, Yoshino K 2001 Appl. Phys. Lett. 79 3627

    [19]

    Chen C Y, Hsieh C F, Lin Y F, Pan R P, Pan C L 2004 Opt. Express 12 2625

  • [1]

    Yao J Q, Lu Y, Zhang B G, Wang P 2005 J. Optoelectronics. Laser 16 503 (in Chinese) [姚建铨, 路洋, 张百钢, 王鹏 2005 光电子·激光 16 503]

    [2]

    Nagel M, Haring Bolivar P, Brucherseifer M, Kurz H, Bosserhoff A, Bosserhoff A, Buttner R 2002 Appl. Phys. Lett. 80 154

    [3]

    Yue W W, Wang W N, Zhao G Z, Zhang C L, Yan H T 2005 Acta Phys. Sin. 54 3094 (in Chinese) [岳伟伟, 王卫宁, 赵国忠, 张存林, 闫海涛 2005 物理学报 54 3094]

    [4]

    Ma S H, Shi Y L, Xu X L, Yan W, Yang Y P, Wang L 2006 Acta Phys. Sin. 55 4091 (in Chinese) [马士华, 施宇蕾, 徐新龙, 严伟, 杨玉平, 汪力 2006 物理学报 55 4091]

    [5]

    Yablonovitch E 1987 Phys. Rev. Lett. 58 2059

    [6]

    John S 1987 Phys. Rev. Lett. 58 2486

    [7]

    Chen H M, Meng Q 2011 Acta Phys. Sin. 60 014202 (in Chinese) [陈鹤鸣, 孟晴 2011 物理学报 60 014202]

    [8]

    Fan F, Guo Z, Bai J J, Wang X H, Chang S J 2011 Acta Phys. Sin. 60 084219 (in Chinese) [范飞, 郭展, 白晋军, 王湘晖, 常胜江 2011 物理学报 60 084219]

    [9]

    Dai Q F, Li Y W, Wang H Z 2006 Appl. Phys. Lett. 89 061121

    [10]

    Wu K S, Long X T, Dong J W, Chen D H, Wang H Z 2008 Acta Phys. Sin. 57 6381 (in Chinese) [伍楷舜, 龙兴腾, 董建文, 陈弟虎, 汪河洲 2008 物理学报 57 6381]

    [11]

    Zhang M, Pan W, Xi L S, Luo B, Zhen D, Xu X G, Wang L, Liu C, Liu H T 2009 Chinese J. Lasers 36 (in Chinese) [张曼, 潘炜, 习连山, 罗斌, 郑狄, 徐小果, 王亮, 刘聪, 刘海涛 2009 中国激光 36

    [12]

    Vlasov Y A, O'boyle M, Hamann H F, Mcnab S J 2005 Nature 438 65

    [13]

    Afsar M N 1984 Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on 32 1598

    [14]

    Li J S, He J L, Hong Z 2007 Appl. Opt. 46 5034

    [15]

    Liu C Y, Chen L W 2004 Opt. Express 12 2616

    [16]

    Zhang H, Guo P, Chen P, Chang S J, Yuan J H 2009 J. Opt. Soc. Am. B 26 101

    [17]

    Berenger J P 1994 J. Comput. Phys. 114 185

    [18]

    Shimoda Y, Ozaki M, Yoshino K 2001 Appl. Phys. Lett. 79 3627

    [19]

    Chen C Y, Hsieh C F, Lin Y F, Pan R P, Pan C L 2004 Opt. Express 12 2625

  • [1] 陈闻博, 陈鹤鸣. 基于超材料复合结构的太赫兹液晶移相器. 物理学报, 2022, 71(17): 178701. doi: 10.7498/aps.71.20212400
    [2] 姜伟, 赵欢, 汪国崔, 王新柯, 韩鹏, 孙文峰, 叶佳声, 冯胜飞, 张岩. 应用太赫兹焦平面成像方法研究氧化镁晶体在太赫兹波段的双折射特性. 物理学报, 2020, 69(20): 208702. doi: 10.7498/aps.69.20200766
    [3] 王帅, 眭永兴, 孟祥国. 光子增加双模压缩真空态在马赫-曾德尔干涉仪相位测量中的应用. 物理学报, 2020, 69(12): 124202. doi: 10.7498/aps.69.20200179
    [4] 严德贤, 李九生, 王怡. 基于向日葵型圆形光子晶体的高灵敏度太赫兹折射率传感器. 物理学报, 2019, 68(20): 207801. doi: 10.7498/aps.68.20191024
    [5] 王磊, 肖芮文, 葛士军, 沈志雄, 吕鹏, 胡伟, 陆延青. 太赫兹液晶材料与器件研究进展. 物理学报, 2019, 68(8): 084205. doi: 10.7498/aps.68.20182275
    [6] 阎昊岚, 程雅青, 王凯礼, 王雅昕, 陈洋玮, 袁秋林, 马恒. 烷基环己苯异硫氰酸液晶材料太赫兹波吸收. 物理学报, 2019, 68(11): 116102. doi: 10.7498/aps.68.20190209
    [7] 陶泽华, 董海明, 段益峰. 太赫兹辐射场下的石墨烯光生载流子和光子发射. 物理学报, 2018, 67(2): 027801. doi: 10.7498/aps.67.20171730
    [8] 李诗宇, 田剑锋, 杨晨, 左冠华, 张玉驰, 张天才. 探测器对量子增强马赫-曾德尔干涉仪相位测量灵敏度的影响. 物理学报, 2018, 67(23): 234202. doi: 10.7498/aps.67.20181193
    [9] 陈泽章. 太赫兹波段液晶分子极化率的理论研究. 物理学报, 2016, 65(14): 143101. doi: 10.7498/aps.65.143101
    [10] 杨傅子. 从plasmon到nanoplasmonics——近代光子学前沿及液晶在其动态调制中的应用. 物理学报, 2015, 64(12): 124214. doi: 10.7498/aps.64.124214
    [11] 王家璐, 杜木清, 张伶莉, 刘永军, 孙伟民. 基于不同液晶填充光子晶体光纤传输特性的研究. 物理学报, 2015, 64(12): 120702. doi: 10.7498/aps.64.120702
    [12] 谢凌云, 肖文波, 黄国庆, 胡爱荣, 刘江涛. 光子晶体增强石墨烯THz吸收. 物理学报, 2014, 63(5): 057803. doi: 10.7498/aps.63.057803
    [13] 周建伟, 梁静秋, 梁中翥, 田超, 秦余欣, 王维彪. 光控液晶光子晶体微腔全光开关. 物理学报, 2013, 62(13): 134208. doi: 10.7498/aps.62.134208
    [14] 白晋军, 王昌辉, 侯宇, 范飞, 常胜江. 太赫兹双芯光子带隙光纤定向耦合器. 物理学报, 2012, 61(10): 108701. doi: 10.7498/aps.61.108701
    [15] 郭展, 范飞, 白晋军, 牛超, 常胜江. 基于磁光子晶体的磁控可调谐太赫兹滤波器和开关. 物理学报, 2011, 60(7): 074218. doi: 10.7498/aps.60.074218
    [16] 白晋军, 王昌辉, 霍丙忠, 王湘晖, 常胜江. 低损宽频高双折射太赫兹光子带隙光纤. 物理学报, 2011, 60(9): 098702. doi: 10.7498/aps.60.098702
    [17] 韩奎, 王子煜, 沈晓鹏, 吴琼华, 童星, 唐刚, 吴玉喜. 基于光子晶体自准直和带隙效应的马赫-曾德尔干涉仪设计. 物理学报, 2011, 60(4): 044212. doi: 10.7498/aps.60.044212
    [18] 范飞, 郭展, 白晋军, 王湘晖, 常胜江. 多功能磁光子晶体太赫兹可调偏振控制器件. 物理学报, 2011, 60(8): 084219. doi: 10.7498/aps.60.084219
    [19] 吴犇, 张会, 朱良栋, 郭澎, 王倩, 高润梅, 常胜江. 基于布拉格光纤的磁场调制液晶太赫兹开关. 物理学报, 2009, 58(3): 1838-1843. doi: 10.7498/aps.58.1838
    [20] 殷建玲, 黄旭光, 刘颂豪, 胡社军. 液晶调制的光子晶体可控偏光片和光开关. 物理学报, 2006, 55(10): 5268-5276. doi: 10.7498/aps.55.5268
计量
  • 文章访问数:  7113
  • PDF下载量:  651
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2011-10-08
  • 修回日期:  2011-12-25
  • 刊出日期:  2012-08-05

基于光子晶体马赫-曾德尔干涉仪的太赫兹开关及强度调制器

  • 1. 南开大学现代光学研究所, 天津 300071;
  • 2. 73146部队90分队技术室, 泉州 362321
    基金项目: 国家高技术研究发展计划(863)(批准号: 2011AA010205), 国家自然科学基金(批准号: 61171027), 天津市自然科学基金重点项目(批准号: 10JCZDJC15200)和教育部博士点基金(批准号: 20090031110033)资助的课题.

摘要: 通过对二维正方晶格光子晶体线缺陷模色散曲线慢光特性的研究, 利用外电场对液晶分子取向的调控作用, 在填充液晶的正方晶格波导的马赫-曾德尔干涉仪结构中实现了开关和强度调制等功能. 利用平面波展开法计算了光子晶体波导的线缺陷模, 分析了液晶折射率的变化对缺陷模的影响. 计算表明, 液晶折射率仅改变了0.1, 线缺陷模有效折射率改变达0.168, 该特性可以更为有效地实现对相位的控制, 进而实现高消光比开关和强度调制功能, 这种高效的相位调节器件在集成光系统中将有很好的应用前景.

English Abstract

参考文献 (19)

目录

    /

    返回文章
    返回