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.     

对称性对二维三角晶格光子晶体简并态的影响

本文从介质圆柱在空气中排列的二维三角晶格光子晶体出发，引入了一种复式格子二维光子晶体结构，使原三角晶格C6v的对称性降低至C2v，从而使能带简并分立，产生了一些新的带隙。采用超元胞的方法来计算能带结构，结果表明，随着两种圆柱半径比的增大，带隙结构越来越丰富。我们将由原二维三角晶格光子晶体第一条能带折叠形成的四条能带定义为超元胞第一组能带，以此类推。发现随着两种圆柱半径比的增大，第一组能带之间出现了3条带隙，总体上逐渐展宽，而第一组能带和第二组能带之间的带隙逐渐减小。最后我们还计算了绝对禁带随着两种圆柱半径比增大的变化情况，发现随着半径比的增大，绝对禁带从无到有，为我们提供了一种新的获得绝对禁带的方法。     

二维光子晶体带隙与结构的关系

用时域有限差分法(FDTD)及完全匹配层边界条件(PML),计算由介质圆柱构成正方形格子排列的二维光子晶体对光的透射谱,分别得到完整正方格子晶体、中间有孔的正方格子晶体的透射率随波长的变化关系,发现对正方形格子排列的二维光子晶体,移去中间部分的圆柱形成口字型孔时,得到该结构在波长0.28 0.60μm的范围内,光的透着率有1个平坦的极小值区间,对应的能量为2.07 4.44 e V,带隙宽度为ΔE=2.37 e V.与中间为十字形孔的结构相比,口型孔的结构可以得到较理想的带隙.     

三角格子式二维光子晶体的光子带结构研究

本对二维光子晶体的电磁波理论及周期介质中的Bloch波解做了详细的推导，给出了光子晶体中的禁带存在的理论依据，同时以三角格子晶格的两维光子晶体为例，验证了空气圆柱在电介质中的排列存在E偏振和H偏振的光子带隙重叠区，称为绝对光子带隙，最后着重阐述了二维光子晶体在实际应用中的最新成果。     

平移群对称性对声子带隙的调节作用

元胞的平面波展开法,计算了由水正四棱柱体按正方格子排列于水银基体中所组成的声子晶体的带结构。通过只旋转对角的方柱体来改变声子晶体的平移群对称性,结果发现,具有很好的调节声学带隙的作用。本文工作表明,声子晶体的平移群对称性对于其带隙的形成具有重要影响,同时,超元胞方法也是研究声子晶体平移群对称性影响声子带隙形成的一种有效方法。     

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.     

有旋转六角洞的光子晶体的最大绝对带隙和缺陷模

研究有旋转六角洞的三角点阵二维光子晶体的带结构,探索单元核几何对称性减少对绝对带隙值和局域缺陷模频率值的影响。对洞的中等旋转角,我们揭示此结构的最大绝对带隙可以获得,且该角依赖于洞的半径和背景材料的折射指数。我们也研究了由洞的缺失产生的缺陷模的特点,讨论了此结构模的可调性。     

光子晶体异质结界面畸变与传导模

本文利用平面波展开方法和超原胞方法研究了由正方形格子上放置正方形散射子和三角形格子上放置六角形散射子组成的异质结(SSTH异质结)的带隙结构．并且研究了界面处导波模,得出获得最佳导波模时的光子晶体几何物理参数．研究发现对于SSTH异质结,当沿着界面作晶格的横向拉开或者侧向滑移,都可产生界面态．支持了增加异质结界面处的畸变有利于增加局域模数量的看法．这为通过改变参数而调节界面态以满足实际需要提供了可能的方法,     

非圆形空气孔型二维光子晶体带隙率模拟

采用平面波展开法对两类晶格(三角晶格和正方晶格)及圆形空气孔或两种非圆形空气孔(正方形和六边形)构成的二维光子晶体带隙率进行了数值研究,分析了填充比f对带隙率ωR的影响.结果表明,晶格对称结构和空气孔形状对带隙大小有影响.给定晶格对称结构,选择具有相同对称形状的空气孔能得到较大的绝对光子带隙.在这3种空气孔当中,三角晶格对应六边形空气孔有最大带隙率,当填充比f=0.8时,带隙率ωR=23.3%;正方晶格对应正方形空气孔有最大带隙率,当填充比f=0.67时,带隙率ωR=14.7%.     

正入射时二维空气孔结构正方形和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的本征方程及其矩阵表达形式,数值求解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的色散曲线,给出了不同空气孔结构下的色散曲线。计算分析发现,在<11>方向上,二维正方形结构的光子晶体E波的第一带隙与H波的第一带隙完全分开。在<10>方向上,E波的第一带隙比H波略窄,两者的变化趋势也不尽相同。对E波来说,第一带隙随着空气孔径的增大而增宽;但对H波来说,第一带隙先增宽再变窄。与正方形结构光子晶体不同的是,二维三角形结构光子晶体在<11>方向的第一带隙边缘位置并不在M（1,1）点,而是出现在（0.5,0.5）点,其中心频率比<10>方向的小,但其带隙宽度较正方形结构的大。在<10>方向上,E波的第一带隙比H波的略宽,且两者的变化趋势完全相反。对E波来说,第一带隙先增宽再变窄;但对H波来说,第一带隙随着空气孔径的增大而增宽。     

基于介质圆柱结构的复式二维光子晶体禁带研究

为提高二维光子晶体禁带带宽或产生完全禁带, 利用平面波展开法对二维正方排列介质圆柱和三角排列介质圆柱结构以及改变其晶胞形成的复式结构进行了禁带研究。研究结果表明, 对于介质柱结构, 实现禁带中心频率低频化的方式有两种, 即增大介质柱半径和增加介质柱折射率。当采用复式结构时, 一般可形成较大的TM(Transverse Magnetic)禁带, 同时为TE(Transverse Electric)禁带和完全禁带的形成提供了可能。通过改变晶胞结构, 破坏结构对称性是实现完全禁带的一种可行方法。     

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.     

二维方柱光子晶体的波导特性

具有缺陷的光子晶体,光子频率带隙内将出现局域模,而线缺陷相应地形成一个传输效率很高的光波导.计算了空气中Al材料的旋转四边形直柱光子晶体存在线缺陷时的带结构和态密度,给出了二维方形光子晶体的波导的TM模的电场分布,并讨论了波导耦合的传输效率.     

含有缺陷的二维光子晶体能带特性

为进一步研究有缺陷光子晶体的能带特性，并以此作为光子晶体器件的设计理论依据，利用倒易空间的概念，得到了正方晶格的最小布里渊区的分布、采用时域有限差分加Bloch边界方法得到了二维光子晶体的能带特性．结合超元胞的方法计算了含有点缺陷和线缺陷的光子晶体的特性，并且得到了缺陷模式的场分布，通过对能带特性的分析，将对光子晶体的研究从量子阱结构发展到了量子点结构．     

二维椭圆柱长方晶格光子晶体带隙特性研究

研究以GaAs为背景介质周期性排列的椭圆孔柱构成的长方晶格光子晶体,发现在优化光子晶体几何参数的基础上,通过调控椭圆孔柱的相对介电常数可以使高频区域的能带从完全光子带隙向零带隙转变.     

Novel 1-D Sandwich Photonic Bandgap Structure

A sandwich photonic bandgap (PBG) structure is a novel PBG structure whose periodic lattice is buried in the middle of a substrate. Neither drilling nor suspending the substrate is required, and the integrity of the ground plane is maintained. This paper presents several modification techniques for sandwich PBG structure fabrication. The forbidden gap can be improved by adopting the chirping technique, applying the tapering technique, enlarging the periodic elements, adjusting the location of the periodic lattice in the substrate, and using different dielectric media H-shape elements. A finite difference time domain method is applied to analyze the structures. Deep and wide stopbands can be obtained using the modified sandwich structures. Experimental measurement results agree well with the theoretical analysis.     

一种新型的光子晶体压力传感器

通过研究带缺陷的一维光子晶体受压力后光带隙性能的变化，提出了改进型光子晶体压力传感器的理论模型．计算表明，压力的大小与透射光的波长之间有简单的线性对应关系，这样，就可以通过测量光子晶体的光带隙性能来判断压力的大小，也可以通过施加载荷来调制透射光的波长。     

圆形光子晶体光纤能带结构的一维近似

利用等效介质结构,将圆形光子晶体光纤的二维光子晶体结构近似为一维结构,应用平面波法得到其能带结构.考虑实际Bragg光纤与圆形光子晶体光纤的共同之处,同样将其近似为一维光子晶体,得到能带结构,结果与以前直接的一维平面波法得到的能带结构存在细微差异.     

二维椭圆形介质柱光子晶体的负折射成像特性

本文利用时域有限差分方法研究了由椭圆形介质柱组成的二维正方晶格光子晶体平板的负折射成像特性.研究表明对于光子晶体第二个能带中的特定频率区域,靠近晶体平板放置的点光源可以经过矩形光子晶体在另一侧形成一个高质量的实像,并且可以实现有效折射率为-1的负折射现象.