一维光子晶体滤波器：角度调谐特性与应用

"基于角度调谐的光子晶体滤波特性研究" 本文探讨了一种创新的光子晶体结构，其核心是含有CaF2缺陷层的一维光子晶体，适用于光通信波段的可调谐滤波应用。光子晶体是由不同折射率材料周期性排列构成的结构，能够控制光的传播特性，包括形成特定的光子禁带，即光不能传播的频率范围。 通过运用传输矩阵理论，研究人员分析了这种滤波器的透射特性。随着光子晶体的周期数增加，禁带截止度增强，意味着阻止光通过的能力提升，而缺陷模半高宽则逐渐减小，这有助于提高滤波的精度。同时，改变缺陷层的厚度可以调控缺陷峰的位置，实现滤波器中心频率的红移。 在正入射条件下，设计的滤波器光子禁带范围为1170nm至2150nm，涵盖了光通信S波段。然而，当入射角逐渐增大至掠入射状态，TE（横电磁）模式的全角度光子禁带变为1170nm至2035nm，TM（横磁）模式的全角度光子禁带则为1170nm至1640nm。结果显示TM模式对入射角度变化更为敏感，这为通过调整角度实现不同模式的滤波提供了可能。 进一步的研究发现，通过选择较大的入射角度或者增加光子晶体的周期数，可以使得TM和TE模式的透射峰完全分离，从而实现对S波段两种模式的独立滤波。这种角度调谐方法扩展了滤波器的调谐范围，并且由于其高透射率和窄半高宽特性，提高了滤波性能，对于提升传统滤波器的效率具有显著意义。 在光纤通信和光纤传感领域，可调谐光滤波器扮演着至关重要的角色，例如在波分复用系统、FBG传感系统以及光纤可调谐激光器中。利用本文提出的基于角度调谐的光子晶体滤波器，可以实现更精确的波长选择和控制，有助于优化这些系统的性能，降低信号干扰，提高信息传输的效率和可靠性。因此，这一研究对于光电子学和通信技术的发展具有重要价值。