【正文】 h as nitrogen or nitrous oxide.[4] In this way, the chamber can be held at pressures usually in the range of 1–10 Torr[7], while the gun and column remain at pressures of 10 7 Torr. Moreover, by using acorrect pumpdown procedure[8] and by controlling the temperature of the speci men, which in the ESEM is usually done by using a Peltier stage, dehydration can be inhibited and hence samples can be imaged in their ‘natural state’. Furthermore, bytaking into consideration the saturated vapour pressure (SVP) curve for water as a function of temperature[8] and by increas ing the temperature of the specimen or reducing the chamber pressure, it is possiCopyright 2009 WILEYVCH Verlag GmbH amp。 film formation。鳴謝這項(xiàng)研究受到中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金 （、6090703and 60825103)， 浙江省自然科學(xué)基金（)，浙江工業(yè)大學(xué)基金 （No:0901103012408)，區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題基金（ sh07)。與環(huán)諧振器其他表面模式相比[3]，計(jì)算結(jié)果表明，環(huán)形諧振器有較小量的輻射損失的因?yàn)楸砻婺Ｊ接泻芎玫牟▽?dǎo)特性。結(jié)論我們呈現(xiàn)了一個(gè)基于電介質(zhì)PC的表面模式環(huán)諧振器的設(shè)計(jì)。很明顯，從圖4（b）（c/a），對(duì)于SMRW的有效折射率neff=。圖4（a）顯示了半徑R = 4 a的對(duì)稱諧振器原理圖，在最外層最近鄰表面柱之間的距離調(diào)整到dc= ，并且SMRW /SMW距離的改變到gu= gb = 。 （d） 當(dāng)歸一化頻率f = （c/a）時(shí)，諧振環(huán)內(nèi)的電場(chǎng)分布。（b）在R = 4 a時(shí)在端口B、C和D的透射譜。圖4。逆時(shí)針?lè)较蚬舱衲Ｊ娇梢酝ㄟ^(guò)兩個(gè)共振模式之間的耦合關(guān)系改進(jìn)，大部分的光波在端口C前端下降。在這種情況下，在端口A入射波在只會(huì)產(chǎn)生順時(shí)針傳播的共振模式，并且入射波和其他逆時(shí)針傳播的模式?jīng)]有直接的耦合關(guān)系 [15]。有趣的是， 在端口C頻率f= （c/a）前端支配下降了，對(duì)于傳統(tǒng)的單微環(huán)共振結(jié)構(gòu)后方下降共振的支配很明顯地不同。從圖3（d）中得在兩個(gè)平行波導(dǎo)間有少量的能量分布在空氣背景中。然而，在共振發(fā)生時(shí)有少量光輻射到周?chē)目諝獗尘爸?，這導(dǎo)致波導(dǎo)表面模式的少量輻射損失。SMRW條件下共振發(fā)生和絕大部分能量轉(zhuǎn)移到輸出波導(dǎo)。圖3（d）闡述了在環(huán)諧振腔半徑為環(huán)R = 7a ，頻率為f = （c/a）電場(chǎng)分布。D端口的下降譜線不再是洛倫茲線性曲線是顯然的，這可能是因?yàn)樵赟MW和SMRW之間的模式不匹配引起的。所以根據(jù)方程（1）。FSR的數(shù)值通常通過(guò)環(huán)諧振器傳輸光譜獲得。圖3（b）描繪的傳輸譜諧振腔半徑的環(huán)R = 7 a，這里的能量傳輸端口B、C和D分別用厚實(shí)線，虛線，薄曲線表示。然后，設(shè)計(jì)的裝置對(duì)在所有相應(yīng)的將邊界有完全吸收條件下進(jìn)行了有限差分法計(jì)算。環(huán)的FSR（自由光譜帶）可以從以下公式中獲得： FSR= （1）這里c是光在空氣中的速度，neff是環(huán)的有效折射率，R是環(huán)的半徑。當(dāng)一個(gè)基本的TE模（電場(chǎng)區(qū)域垂直于xy平面）被引入輸入波導(dǎo)，TE波將會(huì)與SMRW相耦合，并且激發(fā)基于這些最外層同心圓波長(zhǎng)表面棒的表面模式。在SMWs和SMRW之間的最近桿中心必須是在y軸，否則不能獲得SMWs模式和SMRW模式之間的良好的耦合。在這里，gu=gb=。諧振濾波器高效沒(méi)有實(shí)現(xiàn)是因?yàn)椴▽?dǎo)/環(huán)波導(dǎo)帶隙的不適當(dāng)數(shù)值。標(biāo)示在圖2（a）中的參數(shù)分別是R = 7 a、D = a，D = a，dc= ，gu= gb = 。（e） （c/a）f （c/a）之間的能量透射譜。 （c）（c/a）f（c/a）之間的能量透射譜。（a） 基于R=7a六角晶格組成的二維光子晶體一個(gè)SMRW夾在兩個(gè)平行SMWs之間形成的環(huán)形諧振器的原理圖。類(lèi)似的模式設(shè)計(jì)方便地降低表面波導(dǎo)的不匹配是很容易理解的方式。另一種就要取決于設(shè)計(jì)SMRW和 SMWs，包括這些表面棒有相同的半徑和最近鄰表面柱之間的距離是一致的。為了認(rèn)識(shí)到表面波導(dǎo)模式和環(huán)型表面波導(dǎo)模式之間的模式匹配，一般可以考慮兩種方法。共振結(jié)構(gòu)是通過(guò)夾在兩塊平行的SMWs中的SMW形成的。如圖3（a）所示在這里，最外層的同心層形成環(huán)型波導(dǎo)（即N=8）。這種結(jié)構(gòu)有六重對(duì)稱性，每層柱子的數(shù)目通過(guò)公式6（N1）得到，這里的N表示層數(shù)，N≥2。圖3（a），這些柱子有與上述提到的六角結(jié)構(gòu)的光子晶體完全一樣的參數(shù)。這種結(jié)構(gòu)通過(guò)在兩個(gè)平行的SMW之間夾一個(gè)SMW。 （b） 一半SMRW在dc=（薄黑線）和dc=（厚黑線）處的透射譜。圖2。前者比后者在工作頻率的改變下有更高的傳輸效率。圖2（a）顯示一半SMRW，（即N=8）組成的。因此，光波可以更容易的輻射到周?chē)目諝獗尘爸?。在SMRW中傳播的光波不得不改變他們的大小和方向向量。對(duì)于傳統(tǒng)的線缺陷曲線波導(dǎo)的光子晶體[13]，就像布拉格反射曲線鏡，光波被波導(dǎo)兩邊的光子禁帶所控制。表面柱直徑D = ，兩個(gè)最近鄰表面柱之間的距離是d= 。對(duì)于圖1（b）所示增大柱表面的結(jié)構(gòu)條件下，兩個(gè)表面模式主要分布在柱表面和其在空氣中的范圍內(nèi)整個(gè)能量分布變化很小[14]。（c/a）（c/a）范圍內(nèi)TM偏振下有基本的禁帶，并且在圖1（a）所示的條件下，低于光線下存在兩種表面模式，其中λ是指光在真空中的波長(zhǎng)。正如圖1（a）所示，在相應(yīng)的表面狀態(tài)下（增加最外層表面棒直徑至D=，并且兩個(gè)最近鄰表面桿滿足d=），對(duì)表面幾何形態(tài)進(jìn)行研究。該儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提供了通道濾波器的可能性，并能用于未來(lái)波分復(fù)用光通信系統(tǒng)或其他領(lǐng)域。這個(gè)儀器通過(guò)對(duì)于完全吸收匹配層的所有邊界條件用有限時(shí)域差分法計(jì)算得到（FDTD）。通過(guò)增加在六角晶格光子晶體介質(zhì)和空氣間的桿排之間的半徑來(lái)獲得表面波導(dǎo)模式SMWs。本文是設(shè)計(jì)基于六角晶格光子晶體表面模式的環(huán)型諧振器。這個(gè)曲線型的波導(dǎo)被認(rèn)為有高的能量透射因?yàn)樵摬▽?dǎo)帶有更光滑的彎曲具有中心對(duì)稱性和更小不連續(xù)性。最近，光子晶體表面光波導(dǎo)被認(rèn)識(shí)到具有高效率的光波透射[1314]。為了減少圓環(huán)半徑并且獲得更大的自由光譜帶（FSR）范圍，[8]。為了利用珍惜的帶寬資源，可以通過(guò)直接減小圓環(huán)半徑來(lái)有規(guī)律地顯著地增加自由光譜帶范圍（FSR）。介紹光波導(dǎo)環(huán)型諧振器可以被用在光濾波器中。這個(gè)結(jié)果已經(jīng)通過(guò)一個(gè)諧振器的模擬結(jié)果證明。這種波導(dǎo)的表面模式SMRW是在一個(gè)具有高傳輸效率的環(huán)型光子晶體結(jié)構(gòu)的表面上制作的?；诠庾泳w的表面環(huán)諧振器任洪亮 ，張靜紅 ，秦亞麗 ，劉凱 ，吳哲福 ，胡偉勝，江春， 金耀輝，浙江工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院 杭州 310023 中國(guó)高級(jí)光通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海交通大學(xué)，上海 200240 中國(guó)___________________________________________________________________文章索引文章歷史：2010，8，30收到2011，3，30收到修訂稿2011，4，1接受2011，4，21網(wǎng)上可用關(guān)鍵字：圓形光子晶體（CPC）表面波導(dǎo)模式（SMW）表面環(huán)形波導(dǎo)模式（SMRW）環(huán)形諧振器概要：我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)基于光子晶體（PCs）的緊密環(huán)型諧振器。這個(gè)結(jié)構(gòu)是通過(guò)將環(huán)形波導(dǎo)一個(gè)的表面模式夾在一個(gè)二維光子晶體波導(dǎo)的兩個(gè)平行的表面模式中形成。在某一固定的頻率下，在輸入波導(dǎo)的表面模式中SMRW作為一個(gè)基本的模式被引進(jìn)，這種SMRW模式由于諧振而加強(qiáng)，光波耦合到輸出SMW波導(dǎo)表面模式。由于基于光子晶體的表面模式有良好的導(dǎo)波性，所以該表面模式的環(huán)型諧振器有非常少量的輻射損失并且可以利用在未來(lái)的波分復(fù)用（WDM）的光通信系統(tǒng)中。光濾波器在光波分復(fù)用通信系統(tǒng)，光綜合回路和光學(xué)計(jì)算是非常重要的組成部分[17]。但是在剝離SOI的環(huán)型諧振器上，隨著圓環(huán)半徑的減小輻射損失指數(shù)增大，所以在這種情況下圓環(huán)最小半徑大約是3μm[47]。通過(guò)在正方格子組成的光子晶體的內(nèi)部設(shè)計(jì)線缺陷而得到環(huán)形諧振器，但是由于這個(gè)在環(huán)型諧振器的拐角處有很大的傳播損失，所以基于六角格子的光子晶體設(shè)計(jì)這個(gè)儀器是很困難的[812]。光子晶體表面波導(dǎo)制作在一個(gè)圓形光子晶體（CPC）結(jié)構(gòu)的表面，通過(guò)消除來(lái)自CPC的一個(gè)同軸層而形成[14]。與在傳統(tǒng)的具有六角晶格的光子晶體線缺陷波導(dǎo)相比，曲線形波導(dǎo)更容易利用去建立一個(gè)光子晶體環(huán)形諧振器。對(duì)稱諧振濾波器是通過(guò)將一個(gè)SMRW夾進(jìn)兩個(gè)平行的SMWs中而形成的。環(huán)形波導(dǎo)表面模式SMRW是在圓形光子晶體CPC結(jié)構(gòu)的表面上制作的，通過(guò)增加圓形光子晶體同軸圓最外層周長(zhǎng)的那排半徑而得到。和環(huán)型諧振器的其他表面模式相比[3]，這種基于六角晶格光子晶體環(huán)型諧振結(jié)構(gòu)有非常低的能量損失，輸入波導(dǎo)中的大部分光由于諧振轉(zhuǎn)移到輸出波導(dǎo)。環(huán)型諧振器的設(shè)計(jì)我們認(rèn)為在空氣背景中一個(gè)半無(wú)限六角晶格組成的靜電常數(shù)ε==，這里的a是晶格常數(shù)。對(duì)光子晶體表面電磁光波的有效局限，必須滿足兩個(gè)條件：表面模式必須在光子帶隙中和在光線帶下的僅是表面模式的一部分作為考慮[13]。對(duì)于圖1（B）所示的結(jié)構(gòu)，每個(gè)柱在其強(qiáng)度范圍內(nèi)都有一個(gè)最大值并延伸到空氣中，當(dāng)進(jìn)入到有寬度為a的晶體中迅速衰減。圖1（a）直徑為Db==。（b）歸一化強(qiáng)度Ez部分表面模式的色散曲線。然而，環(huán)型表面模式僅只有一側(cè)的波導(dǎo)周期結(jié)構(gòu)。SMRW大的同心圓距離和小的曲率半徑導(dǎo)致波矢量在大小和方向上的突然改變。一個(gè)減少輻射損失的的方法是減低表面同心距離dc，然后波導(dǎo)具有了較高的表面有效折射率和高的限制因子。圖2（b）所示，一半SMRW的高功率傳輸，在dc==。這表明由于大的表面棒半徑和最近鄰表面棒之間的的小距離dc，ＳＭＲＷ在有高的表面有效折射率下有高的傳輸效率。（a） SMRW的一半，環(huán)型光子晶體晶胞結(jié)構(gòu)原理圖。因此，在對(duì)稱諧振系統(tǒng)利用兩個(gè)平行波導(dǎo)設(shè)計(jì)SWMs如圖3（a）。SMRW是在環(huán)型光子晶體表面結(jié)構(gòu)上制造的。這些環(huán)型光子晶體有鏡像對(duì)稱性，并且同心層之間的距離不變都是a。通過(guò)消除環(huán)型光子晶體的一個(gè)同心層而形成SMRW。正如圖3（a）所示的對(duì)稱諧振濾波器是基于光子晶體設(shè)計(jì)的。環(huán)共振器是通過(guò)一塊SMRW和兩塊SMRW被獨(dú)立的用做輸入和輸出波導(dǎo)而實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)是六角晶格光子晶體和環(huán)型光子晶體之間的參數(shù)是相似的，包括晶格常數(shù)之間的距離等于每個(gè)同心層和他們的背景圓柱棒有相同的半徑和折射率，很可能SMWs和SMRW模式匹配實(shí)現(xiàn)基于類(lèi)似的晶體結(jié)構(gòu)。在這種情況下。圖3。（b） 當(dāng)光從輸入波導(dǎo)端口A入射時(shí)能量在端口B、C、D的透射譜。 （d） 當(dāng)歸一化頻率f = （c/a）時(shí)，諧振環(huán)內(nèi)的電場(chǎng)分布。（f） 當(dāng)歸一化頻率f = （c/a）時(shí)，諧振環(huán)內(nèi)的電場(chǎng)分布。在共振結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的共振微環(huán)中波導(dǎo)/環(huán)距離是相同的重要參數(shù)。正如圖3（a）所示，SMWs和SMRW之間的帶隙分別記為gu和gb。值得注意的是，表面棒必須小心的安置在SMWs和SMRW之間的耦合區(qū)域內(nèi)。究其原因可能是是兩個(gè)表面模式節(jié)點(diǎn)與相應(yīng)的耦合區(qū)域相一致，導(dǎo)致他們耦合現(xiàn)象的發(fā)生。在一定的頻率下，SMRW內(nèi)的表面模式將會(huì)因?yàn)楣舱穸龃?，并且能量被轉(zhuǎn)移到輸出波導(dǎo)中。如圖3（a）所示，端口A作為光源發(fā)射端，三個(gè)時(shí)間檢測(cè)器檢測(cè)傳輸光波能量分別設(shè)置在端口B、C和D。歸一化能量傳輸光譜通過(guò)將端口B、C和D的能量總和作為總輸入的能量。在共振頻率下，絕大部分能量通過(guò)環(huán)諧振腔從輸入波導(dǎo)轉(zhuǎn)移到輸出波導(dǎo)。即FSR之間應(yīng)滿足的相鄰兩個(gè)共振峰頻率間隔，（c/a）。圖3（c）（c/a）f（c/a）之間的能量傳輸譜。諧振器有大約6474的品質(zhì)因子，這是相對(duì)于其他類(lèi)型的環(huán)諧振器最高的品質(zhì)因子結(jié)果，可以通過(guò)增大環(huán)諧振器的半徑來(lái)改善品質(zhì)因子。通過(guò)光波端口A在f = （c/a）下，輸入波導(dǎo)被激活。你可以看到，在SMRW的共振頻率下電磁場(chǎng)強(qiáng)烈