二维六角Te柱光子晶体中的绝对带隙研究

利用平面波展开法系统地研究了散射体为六角Te柱的二维正方晶格、三角晶格各向异性光子晶体中绝对带隙,并分析了绝对带隙及其宽度随填充率的变化情况。结果表明:不论正方晶格还是三角晶格,这种各向异性光子晶体中均存在较大的绝对带隙,并且随填充率增大,绝对带隙往低频漂移,而带隙宽度的整体变化趋向于先变大后变小;此外,相比于正方晶格,三角晶格更有利于获得较大的绝对带隙。     

三角晶格太赫兹波光子晶体波导的带隙特性

用平面波展开法研究了三角晶格太赫兹波(THz)光子晶体波导的带隙特性。分析晶格常数为α=0.1mm的三角晶格硅介质柱二维光子晶体,通过数值计算,当填充率在f=0.801时,H偏振和E偏振出现重叠的最大绝对光子带隙,研究结果为三角晶格太赫兹波光子晶体波导器件的开发提供了理论依据。     

三角晶格太赫兹波光子晶体波导的带隙特性

用平面波展开法研究了三角晶格太赫兹波（THz）光子晶体波导的带隙特性。分析晶格常数为α=0．1mm的三角晶格硅介质柱二维光子晶体,通过数值计算,当填充率在f=0．801时,H偏振和E偏振出现重叠的最大绝对光子带隙,研究结果为三角晶格太赫兹波光子晶体波导器件的开发提供了理论依据。     

正方空气柱结构二维三角晶格光子晶体及其禁带特征

基于平面波展开法比较研究了空气圆柱三角晶格光子晶体和正方介质柱三角晶格光子晶体的禁带特征,提出了正方空气柱三角晶格光子晶体结构,并分析了相对介电常数对其禁带宽度的影响.结果表明:空气圆柱三角晶格光子晶体要比由同种介质材料构成的正方介质柱三角晶格光子晶体的完全禁带要大得多;对于正方空气柱三角晶格光子晶体,当相对介电常数εr>12.0时将出现双禁带,且当εr=19.0时两条禁带均达到最大值.     

光子晶体光纤前向布里渊散射现象中的声波带隙特性

利用平面波展开方法,对光子晶体光纤的前向布里渊散射现象中的声波带隙特性进行了数值仿真.结果表明,对于较为常见的空气孔排列为六角密排结构、空气孔形状为圆形的实芯光子晶体光纤,只有当空气孔的填充率大于一定阈值时才出现较明显的XY模态声波的带隙,并且最低与次低带隙的上下边界均随空气孔的填充率的增大而下降.根据所得结果讨论了在这种类型的光子晶体光纤中空气孔的填充率对前向布里渊散射强度的影响.     

二维内嵌结构式光子晶体带隙特性研究

针对正方晶格光子晶体因带隙特性较差而使其应用受到一定限制的问题, 设计一种新型内嵌结构式二维光子晶体, 即在普通正方晶格光子晶体内部嵌入同类晶格的光子晶体。同时对介质柱型和空气孔型光子晶体分别进行了仿真实验。结果表明, 采用内嵌结构式光子晶体后, 无论是介质柱型还是空气孔型光子晶体, 都较普通正方晶格光子晶体的带隙条数增加2～10条, 带隙率也均有了显著提升。该方法是进一步寻求完全禁带正方晶格光子晶体结构的有效方法。     

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.     

二维正方点阵固态声子晶体带隙研究

声子晶体对声子晶体带结构的研究具有极大的理论和应用价值.介绍了用平面波展开法计算二维正方点阵的固态声子晶体带隙的方法,研究不同截面形状的散射物对晶体带隙的影响.当填充分数F<0.5时,圆形截面散射物体系比正方形截面及长方形截面的体系有利于带隙产生,而当F>0.5时,则正方形截面的体系更优越.     

二维粗锐结构声子晶体带结构的计算

提出二维粗锐结构声子晶体模型,采用平面波展开法数值计算了不同体积填充率下二维正方粗锐和圆粗锐结构声子晶体的带结构.计算结果表明,利用粗锐结构的散射体同样可获得较宽的完全带隙,正方粗锐和圆粗锐结构的声子晶体最大带隙分别出现在体积填充率为f=0.3136和f=0.3216处.     

斜入射时二维空气孔结构三角形光子晶体的带隙结构

利用平面波展开法推导出光在光子晶体中传播时本征方程的矩阵表达形式,数值求解计算了圆形空气孔结构的正方形光子晶体和三角形结构光子晶体在正入射时的色散曲线及三角形结构光子晶体在斜入射时的色散曲线.这些研究结果对设计和制作光子晶体功能器件具有指导意义和应用价值.计算弁析发现,与正方形结构光子晶体类似,对于二维三角形结构光子晶体,正入射时E波和H波在<10>方向和<11>方向也都会出现带隙,但是带隙宽度比对应的正方形结构的宽许多.二维三角形结构光子晶体在斜入射时,三角形结构光子晶体的色散曲线随着入射角的增大而上升,带隙中心频率也随之增大,但带隙的宽度却随之减小,直至消失.本文研究了斜入射情况下三角形光子晶体的带隙结构和色散特性,所得结论对设计和制作光子晶体功能器件有重要的指导意义和应用价值.     

High-Q photonic nanocavity in a two-dimensional photonic crystal

Photonic cavities that strongly confine light are finding applications in many areas of physics and engineering, including coherent electron-photon interactions, ultra-small filters, low-threshold lasers, photonic chips, nonlinear optics and quantum information processing. Critical for these applications is the realization of a cavity with both high quality factor, Q, and small modal volume, V. The ratio Q/V determines the strength of the various cavity interactions, and an ultra-small cavity enables large-scale integration and single-mode operation for a broad range of wavelengths. However, a high-Q cavity of optical wavelength size is difficult to fabricate, as radiation loss increases in inverse proportion to cavity size. With the exception of a few recent theoretical studies, definitive theories and experiments for creating high-Q nanocavities have not been extensively investigated. Here we use a silicon-based two-dimensional photonic-crystal slab to fabricate a nanocavity with Q = 45,000 and V = 7.0 x 10(-14) cm3; the value of Q/V is 10-100 times larger than in previous studies. Underlying this development is the realization that light should be confined gently in order to be confined strongly. Integration with other photonic elements is straightforward, and a large free spectral range of 100 nm has been demonstrated.     

二维芯壳异质结构光子晶体禁带特性分析

研究了一种新的二维芯壳型异质结构光子晶体,即介质纳米柱外被覆盖一薄层材料.针对正方排列及三角排列两种方式,利用平面波方法,比较了在折射率为2的介质纳米柱外表面涂覆折射率为3.5的薄层后,其能带曲线的变化,发现光子晶体的禁带明显变宽,且三角排列比正方排列更易形成较宽的光子禁带.     

一维光子晶体的光子带隙研究

通过改变一维光子晶体的周期排列常数、两种介质的折射率比观察了电磁波在光子晶体中的光子带隙(PBG)行为.当两种介质的排列周期常数a:b=1:1和1:2时,发现光子晶体在可见光区存在一个很宽的频率截止带,即光子带隙区.另外,当两种介质的介电常数比εα:εb小于1:5,在可见光区无光子带隙存在;而当该比率大于1:5时则出现一个很宽的光子带隙.说明两种介质的介电常数比对光子带隙的影响很大,该比例越大,越容易获得光子带隙.     

光学厚度对一维光子晶体禁带宽度的调制

采用参数调节法研究了光学厚度对一维光子晶体禁带宽度的调制作用,通过计算得到禁带宽度的解析表达式及禁带宽度随两层光子晶体光学厚度的变化规律。当两层光子晶体的光学厚度都等于λ0/4时,禁带宽度达到最大,说明用调节一维光子晶体的光学厚度来实现对禁带宽度的调制是有效的。     

一维光子晶体禁带宽度对折射率的响应

采用参数调节法研究了折射率对一维光子晶体禁带宽度的调制作用,通过数值计算得到禁带宽度的解析表达式及禁带宽度随光子晶体的折射率比(n1/n2)的增加而增加的结论,说明用调节一维光子晶体的折射率来实现对禁带宽度的调制是十分有效的。     

二维光子晶体结构和缺陷对光子禁带的影响

利用时域有限差分法研究了二维光子晶体的光子禁带特性。通过改变二维光子晶体的结构、介电常数配比及缺陷时,得到了相应的数值模拟结果,并作出了分析。这些结果对于设计光子晶体器件有着指导作用。     

正方排列芯壳型平板光子晶体禁带特性的研究

构建了正方排列的芯壳型平板光子晶体结构,发现这种芯壳型平板光子晶体较传统的介质柱型平板光子晶体能获得更宽的类TE禁带.分析了两种模型,一种是芯层折射率为3.5,壳层折射率为2;另一种是芯层折射率为2,壳层折射率为3.5,发现当芯层折射率大于壳层折射率时,光子禁带明显增宽.     

介质阻挡放电中一维等离子体光子晶体及其带隙特性

在双水电极大气压氩气介质阻挡放电中获得了一维可调等离子体光子晶体.通过类似于量子力学Kronig-Penney模型求解周期势的方法,求解Maxwell方程得到了一维等离子光子晶体的色散关系.结合实验数据,理论模拟了晶格常数、等离子体与介质的厚度比、电子密度等不同参数对等离子体光子晶体带隙的影响.结果表明:等离子体光子晶体晶格常数的增大导致能级位置降低,相速度减小;在相同的晶格常数下,等离子体填充比增大时,带隙位置将略有上升且光子带隙数目增加;当电子密度大于1020 m-3时,等离子体光子晶体具有显著禁带宽度.     

Parity-time synthetic photonic lattices

The development of new artificial structures and materials is today one of the major research challenges in optics. In most studies so far, the design of such structures has been based on the judicious manipulation of their refractive index properties. Recently, the prospect of simultaneously using gain and loss was suggested as a new way of achieving optical behaviour that is at present unattainable with standard arrangements. What facilitated these quests is the recently developed notion of 'parity-time symmetry' in optical systems, which allows a controlled interplay between gain and loss. Here we report the experimental observation of light transport in large-scale temporal lattices that are parity-time symmetric. In addition, we demonstrate that periodic structures respecting this symmetry can act as unidirectional invisible media when operated near their exceptional points. Our experimental results represent a step in the application of concepts from parity-time symmetry to a new generation of multifunctional optical devices and networks.     

光子晶体全角度反射器件的研究

在总结金属反射镜及多层介质反射镜的优缺点的基础上研究一维光子晶体全角度反射器件．分析了反射带中心波长、边缘波长及带宽对全角度反射器件性能的影响,并对如何避免Brewster角做了定量分析．按照一维光子晶体的设计思想,利用MgF2/ZnS2种材料的λ／4光学膜系来实现在特定波长范围内的全角度反射,达到了设计要求．