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级联光子晶体Mach-Zehnder干涉仪的可调谐滤波特性

陈卫东,  于娜,  陈颖,  申远,  王文跃

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陈卫东, 于娜, 陈颖, 申远, 王文跃. 级联光子晶体Mach-Zehnder干涉仪的可调谐滤波特性[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(12): 4023-4027.
引用本文: 陈卫东, 于娜, 陈颖, 申远, 王文跃. 级联光子晶体Mach-Zehnder干涉仪的可调谐滤波特性[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(12): 4023-4027.
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Chen Weidong, Yu Na, Chen Ying, Shen Yuan, Wang Wenyue. Tunable filtering characteristics of cascaded photonic crystal Mach-Zehnder interferometer[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(12): 4023-4027.
Citation: Chen Weidong, Yu Na, Chen Ying, Shen Yuan, Wang Wenyue. Tunable filtering characteristics of cascaded photonic crystal Mach-Zehnder interferometer[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(12): 4023-4027.
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级联光子晶体Mach-Zehnder干涉仪的可调谐滤波特性

  • 1.

    燕山大学信息科学与工程学院,河北秦皇岛066004;

  • 2.

    河北省特种光纤与光纤传感重点实验室,河北秦皇岛066004;

  • 3.

    燕山大学电气工程学院,河北秦皇岛066004

基金项目: 

国家自然科学基金(61201112,61172044);河北省自然科学基金(F2013203250,F2012203169);河北省普通高等学校青年拨尖人才计划(BJ2014056);燕山大学青年教师自主研究计划(14LGA013)

详细信息
    作者简介:

    陈卫东(1971-),男,教授,硕士生导师,博士,主要从事移动机器人智能控制和光子晶体传感器件方面的研究。Email:wdchen@ysu.edu.cn

  • 中图分类号: TN713+.91

Tunable filtering characteristics of cascaded photonic crystal Mach-Zehnder interferometer

  • 1.

    College of Information Science and Engineering,Yanshan University,Qinhuangdao 066004,China;

  • 2.

    The Key Laboratory for Special Fiber and Fiber Sensor of Hebei Province,Qinhuangdao 066004,China;

  • 3.

    College of Electrical Engineering,Yanshan University,Qinhuangdao 066004,China

  • 摘要: 基于液晶的电控双折射特性和光子晶体自准直特性,在二维光子晶体引入复合缺陷提出一种可调谐Mach-Zehnder 干涉(MZI)滤波器结构,应用液晶系统的自由能理论,推导了外加电压与液晶有效折射率的关系,并结合MZI 相位调制原理和光子晶体等效折射率理论,得到液晶的电控双折射特性与MZI 滤波器的输出光谱间的数学关系,运用时域有限差分法(FDTD)对滤波器的输出进行仿真模拟,并根据仿真结果对结构进行一级级联的优化设计。结果表明：通过控制外加电压的大小可以改变输出端的透射波长,达到可调谐滤波的效果,并且一级级联后的滤波效果比级联前有很大的改善,滤波的半波带宽从20 nm 减小为7 nm,可调谐范围从15 nm 增大为40 nm,因此可以通过进一步级联的方式使滤波器结构更加的优化,以便运用到光波分复用系统中。
    Abstract: Based on the electrically controlled birefringence of the liquid crystal and the photonic crystal self-collimation effect, a tunable Mach-Zehnder interferometer filter structure was designed by introducing complex defects in the two-dimensional photonic crystal. The mathematical model was established between the applied voltage and the effective refractive index of the liquid crystal with applying free energy theory of the liquid crystal. Based on the phase modulation principle of Mach-Zehnder interferometer and the theory of the equivalent refractive index of the photonic crystal, the effect of the electrically controlled birefringence of the liquid crystal on output spectra of Mach-Zehnder interferometer filter was theoretical analyzed, and the output spectra of the filter was simulated with finite difference time domain method. And according to the simulation results, the cascaded optimization of the structure was designed. The results show that by controlling the applied voltage can change the transmission wavelength of output and achieve the effect of tunable filter. After level cascaded, the filter effect has a significant improvement. The filter bandwidth of a half-wave reduced from 20 nm to 7 nm, and the tuning range was increased from 15 nm to 40 nm. Therefore, the filter can more optimization by means of further cascading of the structure, in order to used in the optical wavelength division multiplexing system.
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-04-10
  • 修回日期:  2014-05-15
  • 刊出日期:  2014-12-25

级联光子晶体Mach-Zehnder干涉仪的可调谐滤波特性

  • 1. 燕山大学信息科学与工程学院,河北秦皇岛066004;
  • 2. 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室,河北秦皇岛066004;
  • 3. 燕山大学电气工程学院,河北秦皇岛066004
    • 作者简介:

    陈卫东(1971-),男,教授,硕士生导师,博士,主要从事移动机器人智能控制和光子晶体传感器件方面的研究。Email:wdchen@ysu.edu.cn

  • 收稿日期: 2014-04-10
  • 修回日期: 2014-05-15
  • 刊出日期: 2014-12-25
基金项目:

国家自然科学基金(61201112,61172044);河北省自然科学基金(F2013203250,F2012203169);河北省普通高等学校青年拨尖人才计划(BJ2014056);燕山大学青年教师自主研究计划(14LGA013)

  • 中图分类号: TN713+.91

摘要: 基于液晶的电控双折射特性和光子晶体自准直特性,在二维光子晶体引入复合缺陷提出一种可调谐Mach-Zehnder 干涉(MZI)滤波器结构,应用液晶系统的自由能理论,推导了外加电压与液晶有效折射率的关系,并结合MZI 相位调制原理和光子晶体等效折射率理论,得到液晶的电控双折射特性与MZI 滤波器的输出光谱间的数学关系,运用时域有限差分法(FDTD)对滤波器的输出进行仿真模拟,并根据仿真结果对结构进行一级级联的优化设计。结果表明：通过控制外加电压的大小可以改变输出端的透射波长,达到可调谐滤波的效果,并且一级级联后的滤波效果比级联前有很大的改善,滤波的半波带宽从20 nm 减小为7 nm,可调谐范围从15 nm 增大为40 nm,因此可以通过进一步级联的方式使滤波器结构更加的优化,以便运用到光波分复用系统中。

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