二维函数光子晶体波导带隙和电场分布的调制

在二维函数光子晶体波导中, 研究介质柱介电常数对带隙结构的调制, 以及波导中加入点缺陷时, 点缺陷介质柱介电常数对电场分布和光传播方向的调制. 结果表明： 当二维函数光子晶体波导中不含点缺陷时, 改变波导中介质柱介电常数的参数b和k值, 可调节波导的禁带数目、 禁带位置、 缺陷模的数目和位置;  当二维函数光子晶体波导中含点缺陷时, 改变点缺陷介质柱介电常数的参数b和k值, 可改变电场分布和光的传播方向.       

点缺陷对波导的电场分布的调制

在二维函数光子晶体研究的基础上,进一步研究二维常规光子晶体波导中加入点缺陷介质柱时,二维光子晶体波导的带隙结构与电场分布情况.其中点缺陷介质柱介电常数是空间坐标的函数,其函数形式为εr=kr+b,参数k和b的变化可以通过光学Kerr效应或电光效应来实现.结果表明,通过改变点缺陷介质柱介电常数的参数k和b以及点缺陷半径ra,可以调节光的传播方向和光场分布,从而可以控制光在波导中传播方向.因此当含点缺陷时,二维常规光子晶体波导的光场分布和光的传播方向具有可调性.这些理论为光学器件的设计提供有价值的新的设计思路.     

函数缺陷对波导带隙结构的调制

在二维函数光子晶体研究的基础上,进一步研究波导中加入两排函数线缺陷时,通过调节函数线缺陷的介质柱介电常数参数值,可实现波导带隙结构的调制情况.本文选取线缺陷介质柱介电常数函数形式为εr(r)=kr+b,其中,k为函数系数,b为参数.上述参量的变化,可由电光效应实现,即通过调节外加电场强度和电场分布来实现.当改变函数线缺陷介质柱介电常数参数k和b的值时,波导的带隙位置、带隙数目以及电场分布都会发生改变.因此,在波导中加入两排函数线缺陷就可实现带隙结构的调制,得到所需要的带隙结构和电场分布.这些结论可以为光学器件的设计提供理论基础和新的设计思路.     

二维函数光子晶体中的类Dirac点及带隙结构

设计一种二维函数光子晶体, 该光子晶体仅需通过改变外加的光强分布或电场分布, 即可改变其介质柱介电常数的函数形式, 从而获得所需的带隙结构. 选取不同介质柱半径及不同介电常数函数形式的二维函数光子晶体结构, 通过数值计算得到类Dirac点和带隙结构, 所得结论可为光学器件的设计提供理论依据.     

二维函数光子晶体不同函数形式对带隙结构的调控

用平面波展开法研究二维函数光子晶体介质柱介电常数不同的线性函数形式对横电(TE)波和横磁(TM)波带结构的影响. 数值计算结果表明: 二维函数光子晶体比二维常规光子晶体的带隙更宽; 通过变换介质柱介电常数不同的线性函数形式可使二维函数光子晶体的带隙个数、位置和宽度均发生变化, 从而实现对二维函数光子晶体带隙的调节.     

新型二维函数光子晶体的透射特性

用平面波展开法研究二维函数光子晶体的TE(transverse electric)波和TM(transverse magnetic)波带隙结构,并与二维传统光子晶体的带隙结构进行比较.通过给出不同介质柱介电常数的函数形式考察二维函数光子晶体带隙结构的变化.结果表明,二维函数光子晶体存在绝对带隙和半Dirac点.     

二维光子晶体的能带分析

光子晶体是一种介电常数空间周期性变化、具有光子带隙结构,能控制光子传播状态的新型材料.根据横截面上介质柱构成的多边形边数n和数目m满足一定关系.介绍了三种二维光子晶体的结构.利用平面波展开法(PWE)计算并仿真了三种光子晶体的TE和TM偏振模式的禁带结构分布,得出了介质柱排列方式对禁带带隙的影响.为进一步光子晶体的实验制备和实际应用提供了理论依据.     

二维光子晶体完全光子带隙的优化设计

应用平面波展开法推导二维光子晶体横磁场模式和横电场模式主方程,得到两种模式下的二维光子晶体完全带隙,并研究二维光子晶体完全带隙宽度及中心频率位置随填充比和背景介质介电常数的变化规律,从而实现二维光子晶体完全光子带隙的优化.     

二维正方晶格函数光子晶体带隙结构研究

采用平面波展开法研究二维正方晶格函数光子晶体,分别计算TE波和TM波的带结构。二维正方晶格函数光子晶体介质柱折射率是空间坐标函数,而不是定值(二维正方晶格常规光子晶体)。二维正方晶格函数光子晶体可通过Kerr效应或电光效应来制备,可调节性灵活。本文研究了函数系数k对二维正方晶格函数光子晶体带结构的影响。在TE波情况下,函数系数k增加时,带隙数目变多且带宽变宽。与二维常规光子晶体比较,函数光子晶体有较宽的带隙结构,这将为光学器件的设计提供新的理论依据和重要的设计方法。     

一维光子晶体带隙结构研究

光子晶体材料的介电常数在空间中呈周期分布，这种材料存在光子带隙，引入缺陷对光有局域效应，为更好地控制光和利用光提供了新的方法。文章利用传输矩阵法计算了一维光子晶体不同结构的带隙特征，计算表明光子带隙的宽度受到材料介电常数及介质层厚度的影响。随材料介电常数及介质层厚度的增加，光子带隙宽度存在一个极大值，对于确定材料构成的光子晶体，两介质等厚时带隙最宽。     

基于低折射率材料完全带隙光子晶体结构设计

通过降低正方晶格晶格结构对称性,采用晶格结构以及散射子结构简单的矩形晶格介质圆柱二维光子晶体,实现低折射率条件下完全带隙的获得.基于平面波展开法研究光子晶体完全带隙特性,研究表明:对于介质柱型二维光子晶体,无论矩形晶格还是正方晶格,都偏向于TM带隙的形成,但是晶格结构对称性的降低使得矩形晶格更益于TE带隙的形成,TE带隙宽度和数目的增加,使得矩形晶格介质柱型二维光子晶体可以实现低折射率条件下完全带隙的获得:当介质折射率大于2.0时,即可通过调节光子晶体结构参数获得完全带隙.     

应用特征矩阵法研究介电常数受任意函数调制的一维光子晶体的带隙结构及其特性

运用特征矩阵法研究了介电常数受任意函数调制的一维光子晶体中光的传播特性,发现一维光子晶体的介电常数只要满足周期性分布,就会具有与一般光子晶体相似的带隙结构.还更具有一般性地研究了介电常数受随机函数周期调制时的光子晶体的带隙结构及其特点,从而为灵活实现某特定带隙的晶体提供了新的方法.     

三角形结构复合二维光子晶体的透射谱

选择3种不同介质柱半径的光子晶体构造复合二维光子晶体,采用时域有限差分方法（FDTD）,计算3种二维光子晶体和复合二维光子晶体的透射谱．结果表明：复合二维光子晶体的禁带宽度近似等于3种光子晶体带隙的叠加结果,结果还表明,随着介质柱半径的增大,光子晶体的带隙向长波方向移动．     

具有缺陷态的二维光子晶体通讯波长滤波器的结构优化设计

采用平面波展开法分别模拟设计了理想和带有点缺陷与线缺陷的二维光子晶体能带结构;进一步构建具有点缺陷和线缺陷联合结构滤波器,通过改变介质折射率、介质柱半径和背景材料折射率,使点缺陷的滤波中心波长处于光子晶体禁带中的1.31和1.55μm两个主要通迅波长.同时,采用时域有限差分算法模拟滤波器的传播和滤波频谱特性,结果显示,该结构滤波器的滤波频谱中心波长刚好分别位于1.31和1.55μm,透射峰尖锐,显现出优良的滤波特性.     

二维液晶环型光子晶体的可调完全带隙

利用平面波展开法研究了二维三角晶格液晶环型光子晶体的完全带隙的动态可调节性.数值模拟结果表明:环中所填充的5CB液晶指向矢的旋转角从0°到90°改变,二维环型光子晶体一直出现完全带隙,并且完全带隙随着液晶指向矢的旋转角的变化可以实现动态可调.分析完全带隙可调范围与二维液晶环型光子晶体的结构参数(液晶环内/外径、基底材料的折射率、液晶正常/反常折射率、内介质柱折射率)的变化关系.     

二维六边形晶格光子晶体的带隙研究

运用平面波展开法模拟计算了二维六边形晶格光子晶体的能带结构,得到了使光子带隙最大化的结构参数.分别以不同介质作为本底,由圆柱、正方直柱和六角形直柱空气孔构成的六边形晶格光子晶体都出现了完全光子带隙,为进一步光子晶体的实验制备和应用提供了理论依据.     

三角形复合型二维光子晶体带隙分析

选用时域有限分方法(FDTD)分析光子晶体带隙结构.选择两种不同晶格常数的光子晶体构成复合型二维光子晶体.计算结果表明,这种复合型二维光子晶体的禁带宽度明显大于组合光子晶体禁带宽度,并通过改变复合光子晶体的介电常数实现其禁带向高频区或低频区移动.     

光子晶体光子带隙与介电常数差的关系

通过研究以砷化钾为背景介质周期性排列椭圆孔柱构成的光子晶体,发现在高频率区域,二维三角结构各向同性光子晶体的光子带隙并不随介电常数差单调变化,而是出现了一个极值:0.0503eω(ωe=2πc/a)的完全光子带隙.     

介电常数对比度对光子晶体平带的影响

光子晶体是由不同介电常数材料构成的具有周期性空间排布的人工微结构.周期性调制的介电常数使得光子晶体呈现出各种各样的能带结构,其中平带因其无色散的特性引起了人们极大的关注.为了研究影响光子晶体平带的影响因素,以二维正方格子介质柱光子晶体为例,通过有限元方法,从数值上系统研究了构成光子晶体单元的两者材料的不同介电常数比值对光子晶体能带平整性的影响.研究结果表明,通过降低介质柱周围的介电常数可以获得较好的平带,从而为获得和进一步研究光子晶体近平带提供新的方法.     

结构参数对二维光子晶体完全带隙影响分析

利用平面波展开法计算了二维三角晶格光子晶体完全带隙,同时改变光子晶体背景介质的介电常数和空气孔半径,背景介质的介电常数εb从8变化到38,空气孔半径从0.39a变化到0.51a,系统计算分析了影响完全带隙大小的因素.结果 表明,当空气孔半径为0.492a时,背景介质介电常数εb为20时,带隙宽度出现最大值,其归一化带隙宽度为0.1387,中心频率为0.4447.完全带隙宽度随着介电常数的增大,在8＜εb＜18之间完全带隙宽度增加迅速,εb=20时带隙达极大值,随后趋于减小的趋势,其带隙的中心频率随着εb的增大而 单调递减.