纳米复合材料研究检测，酚醛树脂检测

数值模拟与分析

图3 当光子晶体介质柱折射率变化时的B端口输出光谱

复合缺陷

时域有限差分法是常用的求解电磁波在介质中传播的数值计算方法，将利用FDTD分析光经过缺陷态光子晶体环形谐振腔传感结构的传输特性，并用完全匹配边界层作为吸收边界条件。空间步长分别为Δx=Δy=a/20，时间步长为Δt。为了使离散后的差分方程组的解收敛且稳定，时间步长Δt须满足Courant稳定性条件，其中c为真空中的光速，计算时取单个原胞进行20×20个分割离散。以高斯脉冲光信号作为输入光源，分别分析光子晶体整体介质柱的折射率变化、点缺陷介质柱的折射率变化和点缺陷介质柱的半径变化等三方面因素对滤波器输出特性的影响。

（1）光子晶体整体介质柱折射率变化对滤波特性的影响

图4 当点缺陷折射率变化时的B 端口输出光谱

高斯连续脉冲信号从A端口输入，当整体结构的介质柱折射率发生改变时，光子晶体滤波器在负载波导B端口的输出将随之发生变化。当介质折射率（n－rods）分别为3.30、3.40和3.50，从B端口输出的滤波波长将向长波长方向发生移动，如图3所示。当n－rods1=3.30时，输出波长为1.4368μm，透射率为90%；当n－rods2=3.40时，输出波长为1.4442μm，透射率为84%；当n－rods3=3.50时，输出波长为1.4515μm，透射率为67%。可以发现，选择不同的介质柱折射率将影响滤波波长和滤波效率，这将对滤波器设计中的参数起到有效的借鉴作用和理论参考。

（2）点缺陷介质柱折射率变化对滤波特性的影响

当滤波器结构确定不变且点缺陷半径与其他介质柱半径相等时，改变点缺陷介质柱的折射率n－point，观察负载波导B端口处的输出变化，如图4所示。当n－point1=1.10时，a/λ=0.379，所对应的滤波波长为1.4515μm；当n－point2=1.80时，a/λ=0.348，所对应的滤波波长为1.5805μm；当a/λ3=1.95时，所对应的滤波波长为1.6176μm；当a/λ4=2.05时，a/λ=0.334，所对应的滤波波长为1.6467μm。由此可见，当点缺陷介质柱折射率变大（或变小）时，B端口输出信号的滤波波长将出现红移（或蓝移）。由于点缺陷耦合腔对特定频率进行选择的性质，点缺陷的折射率改变也可以实现滤波器滤波特性的可调谐。

研究结论

通过点缺陷与环形腔的有效结合，克服了传统环形腔滤波器结构的多模特性，实现了单纵模滤波特性。通过对光子晶体介质柱折射率、点缺陷折射率和点缺陷半径等参数的调整，分析了负载波导输出端口光谱特性的变化。可以发现，选择不同的光子晶体整体介质柱折射率、点缺陷半径和点缺陷折射率，可以实现滤波特性的可调谐，这为今后在集成光子晶体器件中设计多通道光滤波器提供了重要的理论依据。