负折射率介质光子晶体光纤带隙结构的研究

提出了一种新型结构的负折射率介质光子晶体光纤,采用平面波法(PWM)分析了这种光子晶体光纤的带隙结构,研究了负折射率变化与负正折射率介质比变化对光子带隙结构的影响.分析结果表明,负折射率介质的光子晶体光纤的带隙数量和宽度随折射率和介质比变化而变化.取负折射率值为-1.5、负正介质填充比为0.88、空气孔间距为2.6 um时,可得到多条带隙和较大的带隙宽度,实现PBG导光的波长范围为1 225 nm-4 084 nm.     

基于双折射MIM结构的增强光自旋霍尔效应研究

光自旋霍尔效应所产生的横向IF(Imbert-Fedorov)位移一般仅为亚波长量级,因此极大地限制了该效应在精密度量领域的应用.该文提出一种金属/双折射材料/金属(MIM)的多层结构,通过直接耦合方式激发该结构中的振荡模式,并利用双折射特性形成偏振相关的小角度共振,以此来增强光自旋霍尔效应.理论分析表明:上述设想可将可见光波段的横向IF位移增强到可以直接观察的亚毫米甚至毫米量级.     

表面等离子体共振型光子晶体光纤偏振滤波器性能优化设计方法

以一种常见的光子晶体光纤为载体,利用金属填充物和纤芯周围折射率环境结构的不对称性,提出了一种基于表面等离子体共振效应的光子晶体光纤偏振滤波器性能优化设计方法.研究发现,通过对光子晶体光纤纤芯和金属填充物周围结构的特殊设计,可有效调控周围材料的有效折射率,以实现金属等离子体模式的双折射效应和光纤纤芯模式的双折射特性.因此,当纤芯模式和金属的表面等离子体模式满足相位匹配条件时,即可达到偏振滤波的效果,并获得很好的消光比,而不需要对光子晶体光纤的结构进行复杂设计,降低了器件制备难度,避免了所设计的光纤结构无法实现实际制备的问题.     

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.     

金属折射率虚部的激光衍射测量方法

在高精度激光衍射法的丝径测量中存在着偏振效应，用Ｓ和Ｐ分量的偏振光入射所得到的丝径测量值不相同．二者之差与金属折射率的虚部有关．在金属狭缝衍射实验中也观察到了这样的偏振效应．木文基于这些实验提出了金属折射率虚部的激光衍射测量方法．细丝直径或狭缝宽度随入射光振动与丝轴或缝边之间夹角变化的实验值经过曲线拟合可以得到金属折射率的虚部ｎｋ的数值，其精度约０．０６。ｎｋ之值与其它方法的测量值在２％相对误差范围符合得很好．     

基于超薄样室中介质折射率的变化实现可控光子带隙的研究

在ETC (超薄样室)原子介质的受限系统中,处于EIA（电磁诱导吸收）条件下FWM（四波混频）信号会增强,这种增强效应与量子调控所产生的光子带隙有关,而光子带隙结构的变化会对四波混频信号起到增强或抑制的作用。本文章通过改变控制光Rabi 频率、气体密度以及控制光强度与失谐频率等参数来改变气体介质折射率,实现光子带隙可控。其可以应用在光开关,量子信息等量子控制方面。     

二维硅基蜂窝状空气环型光子晶体禁带特性研究

构建了二维硅基蜂窝状空气环型光子晶体.采用平面波展开方法,得到了硅基蜂窝状空气环型光子晶体的能带结构,分析了空气孔半径及介质柱半径对完全禁带宽度的影响,发现硅基空气环型光子晶体结构的完全禁带宽度值很小,无法优于传统硅基空气孔型光子晶体结构.为了有效增大硅基蜂窝状空气环型光子晶体的完全禁带,本文将内芯介质柱替换为高折射率或各向异性的材料.当引入高折射率的介质柱材料时,空气环型光子晶体完全禁带宽度明显增大,最大可达15.59%;进一步引入各向异性材料Te作为介质柱材料,蜂窝状空气环型光子晶体明显优于传统蜂窝状空气孔型光子晶体,最大完全禁带宽度值达到16.889%.     

单轴晶体中杂化偏振矢量涡旋光场的传输特性

为了实现光场的偏振态调控,对拥有复杂偏振态分布的杂化偏振矢量涡旋光场在单轴晶体中垂直于光轴的传输特性展开研究.基于光束在各向异性单轴晶体中的傍轴矢量传输理论,推导出杂化偏振矢量涡旋光场在单轴晶体中传输的具体表达式.通过数值模拟,得出了不同参数下杂化偏振矢量涡旋光场在单轴晶体中传输的演变规律.结果表明,光束半径、传输距离以及单轴晶体的e光和o光折射率比值对杂化偏振矢量涡旋光场在单轴晶体中的强度分布、偏振态分布、自旋角动量分布以及涡旋相位分布有调节作用.光束半径越小,传输距离越大,单轴晶体的各向异性强度越大,则对杂化偏振矢量涡旋光场的传输特性影响越大.     

基于完全带隙的蜂窝型光子晶体偏振分束器

利用二维蜂窝晶格介质柱型光子晶体,设计一种带有微腔结构的光子晶体偏振分束器.采用平面波展开法计算该结构的光子带隙,并使用时域有限差分法得到其电场分布图和透射率,进一步分析所设计器件的消光比.结果表明:所设计的偏振分束器在波长1 550 nm处实现了横电(TE)模和横磁(TM)模的120°偏振分离,透射率均达98%以上,偏振最高消光比分别达到29.21和19.01 dB.并且偏振分束器尺寸较小,仅为14μm×16μm,结构紧凑,满足偏振分束器易于集成、透射率高、抗干扰强等要求,在未来光学元件和集成光路中具有良好的应用前景.     

一维函数光子晶体的界面态

利用传输矩阵法,给出一维函数型组合结构光子晶体的匹配矩阵和传输矩阵,在此基础上研究一维函数光子晶体的界面态,并研究折射率端点值、介质厚度和入射角对界面态位置的影响.结果表明：在总阻抗虚部为0的位置出现界面态;对函数介质,当折射率的起始端点值增加时,界面态位置随带隙红移;当折射率的终点值增加时,界面态位置随带隙红移;当介质厚度增大时,界面态位置随带隙红移;当入射角增加时,界面态位置随带隙蓝移.因此函数型光子晶体可调节界面态的位置.     

材料色散对一维光子晶体带隙的影响研究

运用传输矩阵方法研究了材料色散对传统周期结构一维光子晶体光子带隙的影响.计算结果表明,考虑色散后,光子带隙既可能变窄也可能增宽,既可能发生红移也可能发生蓝移.光子带隙的改变与色散材料的色散强度、谐振频率及2介质材料折射率差的改变相关.色散强度越大对光子带隙的影响也越大.一般来说,若考虑色散后两介质材料的折射率差增大,则...     

介质折射率对一维光子晶体禁带的影响

利用传输矩阵法推导一维二元周期性光子晶体的色散关系,并进一步推导出禁带宽度与介质折射率之间的数值关系.在设定入射角后,用matlab软件模拟并计算出禁带宽度与介质折射率之间的图象关系.光子晶体的禁带宽度随折射率比值n1/n2在0~1之间迅速衰减,但在大于1的范围间缓慢增大.为了光子晶体禁带宽度的可控调制,可以通过限制入射角后调整两种介质的折射率来实现.为获得最大禁带宽度只能在技术可操作性的条件下尽可能增大n1/n2的值.     

一维光子晶体的禁带特性

利用传输矩阵法计算并分析了垂直入射下光子晶体的禁带特性. 给出一个实际需要的禁带范围设计方法. 通过调节两个介质折射率和厚度可控制禁带范围, 并探讨了当两种介质的光学厚度均为1/4中心波长时, 光子晶体透射谱与中心波长、 两种介质折射率比值等的变化规律.      

光子晶体在荧光集光太阳能光伏器件中对波长选择反射的理论计算

为了减少荧光集光太阳能光伏器件的非全反射荧光逃逸,使荧光有效传输到侧面的太阳能电池上,可以在光波导介质与空气界面铺设一层二维光子晶体,利用光子晶体的光子带隙实现荧光的全反射,有可能提高光波导对荧光的收集效率.这里用有限元分析软件Ansys计算了不同折射率、不同形状(圆柱、四棱锥、四方柱、六角柱、圆锥)正方晶格单层二维光子晶体0～45°间TE波和TM波的反射系数.结果表明,当光波导介质为玻璃(折射率1.5)、光子晶体介质为TiO2(折射率2.2)、形状为四方柱时,光子晶体在0～13°的范围内形成带隙,相应的理论收集效率从74.5%提高到77.1%.     

一维光子晶体传输性能的分析

光子晶体具有不同介电常数的物质在空间周期性排列而成的人工微结构,是一种能承载电磁波传播的新型光学材料,具有光子带隙、抑制自发辐射、光子局域、偏振特性等性能.利用传输矩阵方法导出光波在一维光子晶体中传播的反射系数和透射系数,分析了不同参数对应的光子带隙,发现介质折射率对光子带隙有着明显的影响.     

自旋轨道耦合与自旋霍尔效应?

从巨磁阻效应正式拉开自旋电子学的序幕开始,如何控制和操纵电子的自旋自由度在学术界和工业界掀起了巨大的研究浪潮,如何产生并测量自旋流也是自旋电子学面临的重大挑战.自旋轨道耦合为自旋电子学提供了利用全电学来控制自旋的物理基础,由自旋轨道耦合引起的自旋霍尔效应则为自旋电子学提供了产生较大纯自旋流的方法.本文从1879年Edwin Hall发现的那个迷人的效应谈起,同时从自旋轨道耦合的起源来认识自旋霍尔效应,进一步探讨了如何利用其逆效应来探测自旋霍尔效应及自旋流,并简单总结了与自旋霍尔效应相关的部分新效应及新应用.     

含各向异性单负材料的一维光子晶体的全向带隙

利用转移矩阵方法,研究了含各向异性单负材料的一维光子晶体中的带隙特性。结果表明,含各向异性单负材料的一维光子晶体中存在一种全向带隙,该带隙几乎不随入射角度和偏振状态的变化而变化,其性质可以用来设计一定带宽的全向反射镜。     

各向异性异质材料中的Goos-Hnchen位移研究

对单轴各向异性材料中的负折射进行了讨论,并对具有负折射率的准左手介质(NI-QLHM)表面的古斯-汉森位移进行了详细的理论研究,给出了横电(TE)波和横磁(TM)波入射时的古斯-汉森位移d和穿透深度dz的表达式.对TE入射波的情况进行了数值模拟,结果显示,在μz0的情况下,频率ω分布在4~6GHz之间时,各向异性材料为NI-QLHM.而磁导率分量|μz|越小,在NI-QLHM频率区域越容易实现全反射;随着频率的增加,临界角减小,从而发生全反射的入射角的范围增加,同时也将导致准左手化材料的有效折射率减小.结果还显示,对于同一个入射角,随着频率ω的增加,古斯-汉森位移减小,即随着折射率n的减小,古斯-汉森位移减小.而穿透深度dz与古斯-汉森位移d相对应,穿透深度越大,古斯-汉森位移也越大.     

利用剪切波分裂研究地壳介质各向异性

地壳介质的各向异性主要是裂隙各向异性,剪切波穿过各向异性介质传播会发生分裂现象.剪切波分裂的偏振特性和时间延迟特性与裂隙介质的几何特性和物理性质有关,可以用来研究地壳应力场及其动态变化.     

光在介质中的折射

研究了光磁场的电磁感应对介质的作用, 建立了电子云导体模型: 介质中一个电子的电子云可以看作一个微小导体, 光变化磁场的电磁感应导致光与电子云导体之间能量交换. 光在介质中速度减慢起因于这种能量交换. 应用电子云导体模型和能量守恒原理, 导出介质折射率表达式, 并用表达式计算了几种介质的折射率, 计算结果与实测值符合很好. 用此观点解释了折射率的各向异性, 以及静电场或静磁场对介质折射率的影响.