波长为850nm的电场调控含液晶一维光子晶体滤波器的设计
基于铁电液晶电控双折射的调谐滤波器的研究
中 以向列 相 液 晶缺 陷层 制 造 缺 陷实 现 窄带 调谐 滤 波［ ， ２ 由于是 依靠外 加电场产生介 电极化 ， 以响应 ］ 所 速度太慢 。基于外 加电场下分子会 受到扭矩 作用而 转 动 的 电控 双折射 特性 ， 电液 晶（ Ｌ 呈现快 速 铁 Ｆ Ｃ）
响应 。本 文设计将 铁电液晶作为一 维光子 晶体 的缺
陷层 ， 用铁 电液 晶的电控 双折射特 性 ， 利 用外 加电场
作 者 简 介 ： 学 雷 （９ Ｏ ）男 ， 读 硕 士 研 究 生 。研 究 方 向 ： 维 材 料 与 应 用 。 王 １ ８一 ， 在 低 钱 祥 忠 （９ ３ ）男 ， 授 。研 究 方 向 ： 电信 息 材 料 与 器 件 。 （ — ｉ ｘｈ ｉ ＠ ２ ３ｃ ｒ） １ ６一 ， 教 光 Ｅ ｍａ ：ｚｑａ ｌ ｎ ６．ｏ ｎ
Ｗ ＡＮＧ ｅ ｌｉ Ｉ Ｘｕ —ｅ ，Ｑ ＡＮ ａ ｇ ｚ ｏ ｇ Ｘｉｎ —ｈ ｎ
（ ｃｏｌ ｆＰｈ ｓ ｓ ｎ ｌ ｔｏ ｉ Ｉｆ ｒ ｔ ｎ Ｗｅｚ ｏ ｉｅｓｙ， Ｓ ｈｏ ｙ ｉ ｄ Ｅ ｅ ｒｎｃ ｎ ｏｍａｉ ， ｎ ｈ ｕＵｎｖｒｉ ｏ ｃａ ｃ ｏ ｔ
ｃ ｌｕａ ｅ ａ ｃ ｌ ｔ ｄ．Ｔｈｅ ｒ ｓ ｔ ｈｏ ｔ ｔｔ ｅ ｆｌｅ ｓｇｏ ｄ ｆｌｅ ｉ ｅ ｕｌｓ ｓ ｗ ｈａ ｈ ｉｔ ｒ ｈａ ｏ ｉｔ ｒｎｇ． Ｋｅ ｗｏ ｄｓ： ｔ ｎ ｂｌ ｆｌｅ ｙ ｒ ｕ ａ ｅ ｉｔ ｒ； ｆ ｒ ｏ ｌ ｃ ｒｃ ｉ ｕｉ ｃ ｙ ｔ ｌ ｐｈ ｏｎ ｃ ｒ ｔ ｌ ｅｅ ｔ ｉａ ｌ ｃ ｔ ｏ ｌ ｄ ｅ ｒ ｅ ｅ ｔ ｉ ｌｑ ｄ ｒ ｓ ａ ； ｏｔ ｉ ｃ ｙｓ ａ ｓ； ｌｃ ｒｃ ｌｙ ｏｎ ｒ ｌｅ
含缺陷一维光子晶体电场分布研究
Ｌｉ Ｈｏ ｎｇ ，Ｗ ｕ Ｋ ｕｎｐ ｅ ｎ ｇ ，Ｇ ｕ ｏ Ｙｉ ｑｉ ｎｇ 。
ｂｕｔ ｉ ｏｎ ｉ ｎ ｐ ｈｏ ｔ ｏ ｎｉ ｃ ｃ ｒ ｙｓ ｔ ａ ｌ ｓ ａ ｔ ａ ｒ ｂ ｉ ｔ ｒ ａ ｒ ｙ ｉ ｎ ｃ ｉ ｄ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎｇｌ ｅ ｉ ｓ ｐｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ， ． ｔ Ｔｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎｔ ｉ ｎ ｃ ｉ —
布 的影 响， 同时研 究 了缺 陷层 的吸 收系数 对光 子 晶体 透射 率及 场强分 布 的影响 ， 所得 到 的一些结 论 为光 子 晶体 的制备及 应用提 供 新 的有价值 的理论 依 据 。
关键词 ：光子 晶体 ；缺 陷；电场 分布 中 图分 类 号 ： ０７ ３ ４ 文献 标识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ５ — ４ ８ ８ Ｘ（ ２ Ｏ １ ３ ） ０ ２ — ０ ０ ８ ２ — ０ ６
（ １ ．Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ， Ｊ ｉ ｌ ｉ ｎ Ｎｏ ｒ ｍａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ， Ｓ ｉ ｐ ｉ ｎ ｇ ， Ｊ ｉ ｌ ｉ ｎ １ ３ ６ ０ ０ ０ ， Ｃ ＨＮ；
２ ．Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｆ ｏ Ｈｉ ｇ ｈ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｙ ｆ ｏ Ｓ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ４ ９ ， Ｃ ＨＮ）
X波段电调滤波器的研究与设计(定稿1))(需打印)
摘要摘要本文首先研究了传统的滤波器设计方法—等效电路法，以低通原型等效电路为基础，引人K、J变换器，只有一种电抗元件，经过频率变换，实现需要的特性。
主要通过查图表、曲线或者编程计算，获得所需不连续性的结构数值，完成滤波器的设计。
应用这种方法，工程设计人员通过简单的计算解决复杂的电磁场问题，设计出满足要求的滤波器，但这种简化的模型设计，精度不高，器件的一致性难以保证。
设计X波段电调滤波器，涉及的问题有波导E面电容销钉不连续性和波导H面电感销钉不连续性，针对目标要求我们进行了如下工作：用复数分析法结合保角变换理论对矩形波导滤波器内部的电容销钉进行了详细分析, 通过求解电磁波在不连续处的传输系数和反射系数，从而得到了全高电容销钉“T”形电路中参数的理论值。
对非全高电容销钉，也进行了一定的理论分析，并用微波结构仿真软件进行了仿真，得到了一系列参考数据。
为研究并解决X 波段矩形波导电调滤波器中心频率在7800MHz－8500MHz范围内的连续调谐问题，奠定了理论基础。
论述了模式匹配法的基本原理，分析了均匀柱形导波系统中的场和模式，引人功率归一化概念，对双端口网络的不连续性进行模式分析，推导出广义散射矩阵的通用表达式。
根据S21的理论值，提出了一种特殊形式的耦合结构，并得到实际的结构尺寸。
使X波段电调滤波器在7800MHz－8500MHz范围内连续可调，并保持绝对带宽以及滤波特性基本不变，实现低插损和高抑制度。
最后根据应用要求，通过HFSS、CST等三维仿真软件进行优化分析，设计并实现了工程上需要的X波段电调滤波器，给出了仿真和实测结果，并已应用于实际工程项目。
关键词：等效电路法电调滤波器HFSS复数分解法模式匹配法X波段电调滤波器的研究与设计ABSTRACTABSTRACTThe method of the equivalent circuit being analysed first,as a conventional method of designing the filter, makes use of a low-pass prototype filter as a basis.A filter using only inductances or only capacitances is realized b y ―K‖ (impedance) or ―J‖ (admittance) inverters.Then through the frequency transformer ,the objective character is realized.The structure values of the discontinuities are obtained mostly from tabulations,graphs or program calculations. Using this method ,the engineer can resolve complicated electromagnetic issues only by simple calculations to get a satisfactory filter.But it also has the disadvantage of low accuracy and is difficult to keep the consistency .As to the X-band tunable filter in this paper, we must analyse the E_plane capacitor and the H_plane inductance discontinuities.We do many works as follows: Spatial complex variables and conformal mapping function were presented to analyze in detail the capacitive post in rectangular waveguide. The reflection coefficient and transmission coefficient, from which the parameters of T shape equivalent circuit of full-height capacitive post in rectangular waveguide can be received, are calculated. The partial height capacitive post is also analyzed mainly by microwave software and some valuable data gained. All these directly guides the design of the X-band tunable rectangular waveguide filter in the range of 7800—8500MHz.The basic principle of mode-matching method is discussed.The field and the modes in equal column waveguide system are analysed.The modes of the dual-port network discontinuity are analysed by introducing the conception of nomoralized power,then the common expression of the general scattering matrix is deduced .A special coefficient structure is raised based on the academic value of S21.Thus the practical structure of the X-band tunable filter is gained, keeping the absolute bandpass and the filter character invariable in the tunable range, low insert loss and high rejectiong realized.According to the applications,the X-band tunable filter is designed and realized, applying the 3D simulation software,for example HFSS ,CST etc, for the simulation and the latter optimization.The X-band filter has been applied in the practical project.The results of simulation and measurement are given out.Key words：the method of the equivalent circuit tunable filter HFSSComplex analysis theory mode-matching methodX波段电调滤波器的研究与设计目录目录第一章绪论 (1)1.1微波滤波器简介 (3)1.1.1微波滤波器的分类 (3)1.1.2微波滤波器的主要指标 (5)1.2与选题相关的国内外科技发展动态 (6)1.3本文的主要工作 (8)1.4论文的主要内容 (8)第二章微波滤波器设计的基本理论 (9)2.1固定频率的微波滤波器的发展 (9)2.2低通滤波器原型及带通滤波器设计 (12)2.2.1低通原型滤波器 (12)2.2.2半集总元件低通滤波器 (15)2.2.3 K、J变换器 (17)2.2.4带通滤波器的设计 (21)2.2.5耦合系数法设计微波带通滤波器 (23)第三章矩形波导内E面不连续性销钉的分析 (29)3.1电磁场的分析方法 (29)3.2波导不连续性的介绍 (29)3.3 E面不连续性研究介绍 (31)3.4矩形波导滤波器内E面不连续性销钉的分析 (32)3.4.1介绍 (32)3.4.2基本理论 (33)3.4.3波导问题的求解 (37)3.5矩形波导内E面不连续性销钉的分析 (41)第四章矩形波导内H面不连续性的分析 (45)4.1模式匹配法基本原理 (45)4.2均匀柱形导波系统中的场和模式 (46)4.3功率归一化 (49)X波段电调滤波器的研究与设计4.4双端口网络不连续性模式分析 (51)4.5特殊形式的耦合结构的分析 (54)第五章 X波段电调滤波器的设计与实现 (57)5.1可调滤波器的发展 (57)5.2 X波段电调滤波器的方案选择 (58)5.2.1滤波器结构的选取 (59)5.2.2滤波器的插入损耗和承受功率 (61)5.2.3 7800MHz－8500MHz全频段调谐 (62)5.2.4扼流腔的设计 (64)5.3 X波段电调滤波器的设计 (65)5.3.1腔体的设计 (65)5.3.2耦合结构 (66)5.3.3整体优化 (69)5.4测试结果 (71)第六章结束语 (73)致谢 (75)参考文献 (77)研究成果 (81)第一章绪论 1第一章绪论散射通信是利用散射传播现象来进行超视距多路通信的一种无线电通信方式，他的信道是一种时变色散的衰落信道，其信道传输损耗很大，通常都在200分贝以上，且存在多种通信手段的干扰，因此要求通信系统具有很高的设备能力，保证通信畅通。
一维平板掺杂光子晶体的滤波特性
一维平板掺杂光子晶体的滤波特性刘启能;龙涛;林睿;张翠玲【摘要】利用电磁波在一维平板掺杂光子晶体中横向受限的条件,推导出电磁波在一维平板掺杂光子晶体中各个模式满足的关系式.研究了TE波和TM波各模式的缺陷模随模式量子数和杂质光学厚度的变化规律.利用缺陷模随模式量子数的变化规律可以实现多通道滤波,利用缺陷模随杂质光学厚度的变化规律可以实现调谐滤波.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2010(040)004【总页数】4页(P427-430)【关键词】平板光子晶体;受限;缺陷模;滤波【作者】刘启能;龙涛;林睿;张翠玲【作者单位】重庆工商大学计信学院,重庆,400067;重庆工商大学计信学院,重庆,400067;重庆工商大学计信学院,重庆,400067;重庆工商大学计信学院,重庆,400067【正文语种】中文【中图分类】O4361 引言光子晶体的概念自 1987年分别由 S.John和E.Yablonovitch提出后,由于光子晶体在带隙方面的特殊性质,使它很快成为光学前沿领域中一个十分活跃的研究课题。
近年来人们已对光子晶体开展了广泛、深入地研究[1-8],但在这些研究中都把一维光子晶体作为横向非受限来处理,而真实的光子晶体是有一定外形,它的横向受到一定的外形限制,这种限制必然会影响电磁波在其中的传输特性。
因此,研究一维光子晶体的横向受限问题对弄清真实的一维光子晶体的特性有着十分重要的理论价值和应用价值。
文献[9]对一维光子晶体横向受限的问题做了一些研究,取得了一些成果,但仍有许多重要问题有待深入研究。
在一维光子晶体的诸多应用中,利用它研制优质滤波器是一个重要的应用[10-12]。
本文将对一种典型的一维横向受限掺杂光子晶体(一维平板掺杂光子晶体)的滤波特性进行研究。
由电磁波的传输理论可知,当一维光子晶体横向受限时,必然会引起在其中传输的电磁波出现多模性,这也必然引起其滤波性能的变化。
因此,下面研究的内容对深入认识一维光子晶体的滤波性能以及对一维光子晶体滤波器的设计有重要意义。
基于向列相液晶缺陷的一维光子晶体可调滤波特性的研究
Ａ ｄｓｎＡ － ／ ｉ ｌ ｇ
２
ｎ
Ａ
Ａ
］㈤ ，
（） ４
式 是 晶 总 转 ， ＝ ＋８２ ， ＝ ￣ ｄｄ ｄ 液 层 度 Ａ 为 中 液 层 旋 角 Ａ √ （ ） Ｂ ２Ｍ ／ ， 为 晶 厚 ， ｎ 液 ／ ｒ ， ，
晶的双折射 率 ，它是 电场和温 度 的函数 ． 当仅 考虑 电场作 用时 】 ：
Ａ ＝／ ｎ￣ｚ ｎ， ｎ１ 【 （ ｄ— ｏ ｔ ）
收 稿 日期 ：２ １—３０ ０ ００ —２ 作 者 简 介 ：王 林 新 （９ ３ ） 男 ， 山东 菏 泽 人 ，硕 士 研 究 生 ，研 究 方 向 ：低 维 材 料 物 理 １８一 ，
２ ２
温州大学学报 ・ 自然科学版 （ １） ３ 卷第 ５ ２ ０第 １ ０ 期
期 单元 ，加 上间 隔层形成 液 晶盒 ，灌入 向列相 液 晶，作为光 子 晶体的缺 陷层 ，即形成 一维液 晶缺
可调滤 波 功能 ，但 没有 研 究液 晶层 厚度 对其 功 能 的影响 ．本 文在 一 维光 子 晶体 中引入 向列相 液 晶
作为缺 陷层 ，对 外加 电压 、缺 陷层 厚度 等与 透射 峰 的关 系进行 分 析 ，进 一步研 究 向列 相液 晶缺 陷
的一维 光 子 晶体 的可调 滤波 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ性 ．
陷的光子 晶体 ． 设 高低 折射 率介质 以、ｂ的折 射率 分别为 Ｙ 、ｎ ，几何 厚度 分别为 、 ／ ａ ｂ
．
对 于一 维 Ⅳ 周
期性 结构 ，光在介 质 ａ、 ｂ中的传输矩 阵为 】 ¨：
ｃ。ｓ
Ｍ ，
寺ｎ ｉ
ＣＳ Ｏ Ｏｉ ６
（ ＝ａ ）， ，
含单负材料的一维光子晶体异质结构的缺陷模分裂
（ 华南师范大学物理与电信工程学 院，广州 ５ ００ １０ ６）
摘要：由两种单负 （ 负介电常数或负磁导率 ） 材料交替堆叠而成 的一维光子晶体异质结的周期结构中 ， 发现了缺
陷模的孪生分裂现象。在此异质结中， 仅有一光子晶体存在零有效位相（ｒ－ 带隙。计算结果显示 ， ｚ ｏ ｅ 随着异质
（ ） Ｍ 相互堆叠构成的一维周期结构的透射谱 ， 如图 １ 所示。 由图 １ 可见 ， 在频率 ０８ Ｈ 附近存在 ｚ ｏ￣ ．Ｇ ｚ ｅ － ｒ
带 ，而在 ５ Ｈ 附近存在传统的 Ｂａｇ ｚ Ｇ ｒ 带隙。考虑 ｚｒ ￣ 带隙随着两种材料之间的厚度比 （ ／ ） ｇ ｅ－ ｏ
如果在光子晶体 中引入缺陷 ，在光子带隙内将形成缺陷 ｑ 。与缺陷模频率相对应的光将被局域在缺陷层 附近，使得该处的光场得到极大地增强 ，从而导致在光子带隙内出现频率范围窄 、透射率高的透射峰。含 缺陷的一维光子晶体 已被广泛应用于包括多通道滤波器在内的各种窄带通滤波器圳。 利用单元结构的局域响应机制所制作的新型人造材料——特异材料 ，为我们提供了在微波 ｌ 乃至近
维普资讯
第 ２ 卷第 ３ ３ 期
２０ 年 ５月 ０７
齐 齐 哈 尔 大 学 学 报
Ｊ ｕ ｌ ｆ ｑｈ ｒ ￣ｅ ｔ ｏ ｍａ ｉａ ｏ Ｑｉ Ｕｎ ｍｉ ｙ
Ｖ０．３ Ｎ ． １ ． ｏ３ ２
Ｍａ ，０ ７ ｙ２ ０
含单负材料 的一维光子晶体异质结构 的缺 陷模分裂
光子晶体是指介质的折射率按一定周期发生变化的人工材料 。光在这类材料中传播时具有类似于电子
在半导体材料 中运动的行为 ，如在一定频率范围内的光不能在光子晶体 中传播 ，即存在光子带隙。利用光 子晶体的这些性质可有效的控制光 的传播，因此，光子晶体已被应用于制作各种光学器件 ］ －ｏ另一方面 ， ３
包含缺陷的一维光子晶体的多通道滤波与宽带滤波_刘念华
! 45B>4 450 3 9
.%/
.(/
: B?5（ DE（ !） 65， !）
5 : "
.)/
其层厚 65 的序列与一维光子晶体的结构一致
!
结果
下面对结构为 . 12 / "( 1 的 !! 层一维光子晶体给出数值计算的结果， 设 41 : 0F % 和 42 : "F %。 首先给出各层的光学厚度均为 " G ’ 波片的透射谱， 如图 " . H / 所示， 其中 !; 为禁带中心的频率。可以看
刘念华
$ 南昌大学物理系， 江西南昌 **""@D %
=摘 要> 计算了包含多个缺陷的一维光子晶体的透射谱。在层厚为 A E @ 波长的周期性光子晶体中加入多个半波缺陷
后， 将在截止带中形成多个缺陷模。在缺陷模频率处存在尖锐的共振透射峰。透射峰频率依赖于缺陷层的位置。当缺陷 层之间的距离较近时， 缺陷模频率相隔较远， 这种结构可用于多通道滤波。 当缺陷层之间的距离较远时， 缺陷模频率相隔 较近， 此时多个透射峰交迭形成较宽的通带， 这种结构可用于宽带滤波。 = 关键词 > 光子晶体； 缺陷模； 滤波 F@G!) * ； F@G@) @ H A = 文献标识码 > I = 文章编号 > A""B ? *#*G $ !""! % "* ? ""A! ? "* = 中图分类号 >
0
光子晶体的结构与计算方法
考虑由 1，2 两种材料沿 3 轴方向交迭生长的一维光子晶体，材料的光学性质由常数折射率 41 和 42 表
征。在任意一层 . 第 5 层 / 内的光场满足以下波动方程：
电控可调谐的正交偏振双波长滤波器的设计
ｄｏｉ ：】 ０． ３７８ ８， Ｉ Ｏ Ｐ５２． ０７２ ３ ０】
Ｄ ｅｓ ｉ ｇｎ ｏ ｆ Ｅｌ ｅｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａｌ ｌ ｙ Ｃｏｎｔ ｒ ｏｌ ｌ ｅｄ Ｄ ｏｕｂｌ ｅ Ｗ ａｖｅｌ ｅ ｎｇ ｔ ｈ Ｏｒ ｔ ｈｏｇ ｏｎａｌ
模 式的钛扩散波导上刻写布拉格光栅 ， 能 够 实 现 正 交 偏 振 的 双 波 长 滤 波 。利 用 铌 酸 锂 的 电光 效应 改 变 波 导 的 有 效 折
射率 ， 可 以 实 现 两 个 布 拉 格 波 长 的 快 速 调 谐 。 对 波 导 光 栅 滤 波性 能 的 分 析 结 果 表 明 ， 蚀刻 光栅在蚀刻坡度小 于 １ ５ 。 ，
张爱 玲 何培栋 潘洪刚 闫 广拓 孙钦芳
天津 理 工 大 学 计 算 机 与 通 信 工 程 学 院 ， 天津市薄膜电子与通信器件重点实验室， 天津 ３ ０ ０ ３ ８ ４ 教 育部 通信 器件 与 技 术 工 程 研 究 中 心 ． 天津 ３ ０ ０ ３ ８ ４ 摘 要 设 计 了一 种 基 于铌 酸 锂 晶 体 的 电控 可 调 谐 波 导 光 栅 双 波 长 滤 波 器 。在 可 同 时 传 输 横 电 波 （ Ｔ Ｅ ） 和横磁 波（ Ｔ Ｍ１
ｄｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂｕｔ ｉ ｏｎ ａ ｎｄ ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｅ ｔ ｈｅ Ｂｒ ａ ｇｇ ｗａ ｖｅｌ ｅｎｇ ｔ ｈ ｃａ ｎ ｂｅ ｆ ａ ｓ ｔ ｔ ｕｎｅ ｄ ｂｙ ｕｓ ｉ ｎｇ ｅ ｌ ｅ ｃｔ ｒ ｏ— ｏ ｐｔ ｉ ｃ ｅ ｆ ｆ ｅｃ ｔ ｉ ｎ ＬＮ ．Ｔｈｅ ｐｅｒ ｆ ｏｒ ｍ ａｎｃ ｅ ｏｆ ｗａ ｖｅ ｇ ｕｉ ｄｅ ｇｒ ａ ｔ ｉ ｎｇ ｉｌ ｆ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ａ ｎａｌ ｙ ｚ ｅｄ ａ ｎｄ ｒ ｅ ｓ ｕｌ ｔ ｓ ｓ ｈｏｗ ｔ ｈａ ｔ ｔ ｈｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｎｇ ｗｉ ｔ ｈ １ ／ ２ ｅｔ ｃ ｈｉ ｎｇ ｄｕｔ ｙ ｃ ｙ ｃｌ ｅ ａ ｎｄ
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Ｚ ｎ Ｏ层 厚度） 的变化 关系． 结果表 明： 当Ｚ ｎ Ｏ层厚 度为 ９ ０ ． ８ ａ ｍ定值 时， 波长为 ８ ５ ０ ｎ ｍ 光通信 窗 口对应的 液晶层厚
度 范围为 １ ３ ９ ｎ ｍ一１ ５ ８ ａ ｍ； 当液 晶层 厚度 为 １ ４ １ ． ７ ａ ｍ定值时 ， 波长为 ８ ５ ０ ａ ｍ 光通信 窗 口对应的 Ｚ ｎ Ｏ层厚度 范围为
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ３—０ ６ 网络 出版 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ６一 Ｏ ９ 基金项 目： 国家 自然科学基金项 目（ ６ １ ０ ６ ７ ０ ０ ２） ； 江西省 自然科 学基金项 目（ ２ ０ １ ３ Ｂ ＡＢ ２ ０ ２ ０ ０ ４ ）
作者简介 ： 陈蔚金 （ １ ９ ８ ５ 一） ， 男， 江西安 远人 ， 赣 南师 范学 院物理 与电子信 息学 院 ２ ０ １ ０级硕士研 究生 ， 研究方 向 ： 光学； 谢应 茂 （ １ ９ ６ ３
８ ８ ． ７ ｎ ｍ ～１ ０ ２ ． ３ ａ ｍ ． 要 得 到 缺 陷模 波 长 为 ８ ５ ０ ｎ ｍ， 垂 直入 射 光 与 电 场 方 向 间 夹 角 ０越 小 ， 液 晶或 Ｚ ｎ Ｏ 层 厚 度 就 越
小．
关键词 ： 可调光子 晶体滤波 器； 液 晶； 缺 陷模 ； 传输矩 阵法 中图分类号 ： Ｔ Ｎ ７ １ ３ 文献标 志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ４—８ ３ ３ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３— ０ ０ ０ １ — ０ ３
场来实现窄带滤波的研究已成为光子 晶体 的研究热点之一＿ ４ ． 其中文献 ［ ８ ］ 利用传输矩阵法 ， 研究了一维
掺杂光子晶体滤波器 ， 通过数值计算和理论分析 ， 得出了一维掺杂光子晶体缺陷模随掺杂杂质的厚度和光子
晶体折射率 的变化特征 ， 设计 出了的可调谐一维光子晶体滤波器在理论上能很好地满足设计标准 ， 滤波通道 的半高宽可调范围在 １ ｎ ｍ一 ４ ａ ｍ间， 波长 可调范围达 ３ ０ ０ ｎ ｍ， 透射率峰值大于 ０ ． ９ ５ ． 本文利用传输矩阵 法研究含液晶一维光子晶体的缺陷模 ， 通过改变电场人射角来得出光通信窗口波长 ８ ５ ０ ｎ ｍ对应的液晶厚度 范围和 Ｚ ｎ Ｏ厚度范围 ， 数值计算了 Ｚ ｎ Ｏ层厚度或液晶层厚度为固定值 ， 垂直入射光与电场方 向间夹角 ０ 取 不同值时 ， 含液晶一维光子晶体缺陷模 的波长随液晶厚度 （ 或Ｚ ｎ Ｏ层厚度） 的变化关系．
电场方 向间夹角 ０增大 而减 小． ３ 数 值模 拟计 算与分 析
２
赣 南师 范学 院学报
２ ０ １ ３往
当电场足 够强 时 ， 向列相 液 晶的有效 折射 率 ｎ 可表示 为 Ｊ ：
／ Ｚ ｎｅ ０
ｎｅ ｆ ｆ
２
２
２
￣
２
其中ｎ 。 是寻常光折射率 ， ／ Ｚ 是非寻常光折射率 ， ０ 是 电场方向和垂直入 射光方 向的夹角． 对于液晶所 （ 寻常光的折射率为 １ ． ５ ０ ， 非寻常光的折 射率为 １ ． ７ ３ ） 的有效折射率随垂直入射光与电场方向间夹角 ０ 的变化 关系如 图３ 所示． 从图３ 可以看出： 液晶有效折射率 ｎ 随垂直入射光与
２ ０１ ３正
赣 南 师 范 学 院 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｇ ａ ｎ ｎ ａ ｎ Ｎｏ ｒ ｍａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
Ｎ ｏ ． ３
第三期
・
Ｊ ｕ ｎ ｅ ． ２ ０ １ 长 为 ８ ５ ０ ｎ ｍ 的 电场 调 控 含 液 晶一维 光 子 晶体 滤 波器 的设 计
一
） ， 男， 江西寻乌人 ， 赣南师范学院物理与电子信息学院教授 、 硕士生导师 ， 主要从事激光物理与光 电子学研究．
网络 出版地址 ： ｈ ｔ ｔ ｐ： ／ ／ ｗ ｗ ｗ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｎ ｅ ｔ ／ ｋ ｃ ｍｓ ／ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ／ ３ ６ ． １ ０ ３ ７ ． Ｃ ． ２ ０ １ ３ ０ ６ ０ ９ ． １ １ ０ ５ ． ０ ３ ２ ． ｈ ｔ ｍ ｌ
１ 引 言
光子晶体 自１ ９ ８ ７ 年由Ｊ ｏ ｈ ｎ 等人
提出后 ， 由于其具有光子带隙和光子局域 的特性 ， 已成为光学前沿
中一 个十 分 活跃 的 的研 究领 域 ． 液 晶现 象是 １ ８ ８ ８年 奥地 利植 物学 家 Ｆ ． Ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｉ ｚ ｅ ｒ 在研 究胆 甾醇 苯 甲酯时 首先 发现 的． 当 电场强度 足 够强 时 ， 向 列 相 液 晶 分 子 指 向矢 与 电 场 方 向一 致 ， 此 时 向列 相 液 晶 可 以看 成 单 轴 介 质 ］ ． 由此 ， 控制 电场 的方 向可 以调控液晶有效折射率． 近年来在光子晶体 中引入 向列相 液晶， 通过调控 电
陈蔚金 ， 谢 应茂
（ 赣南师 范学 院 ａ ． 物理与 电子信 息学院 ； ｂ ． 光 电子材料 与技术研究 所 ， 江西 赣州
摘
３ ４ １ ０ ０ ０ ）
要： 利 用传输矩 阵法研 究 了含液晶一维光子 晶体 的缺 陷模． 数值计算 了 Ｚ ｎ Ｏ层厚度 或液 晶层厚度 为 固定
值， 垂直入射光与 电场 方向间夹角 ０为 ０ 。 、 ３ ０ 。 、 ６ ０ 。 和９ ０ 。 时， 含液 晶一维光子晶体缺 陷模 的波长随液 晶层厚度 （ 或
２ 模 型
含液晶的一维光子晶体滤波器构如图 １ 所示 ， 其结构为 （ ｚ Ｌ ） ｚ ｚ （ ｚ Ｌ ） ｚ ， 其中 ｚ为介质（ Ｚ ｎ Ｏ ） 层， Ｌ为
液晶． Ｎ＝ ９， 总
、
Ｚ
、 ．
Ｚ Ｚ Ｚ
、 、、
、
Ｚ
、
、
图 １ 含 液 晶 的 一 维 光 子 晶 体 滤 波 器 的 结 构 模 型