二维三角晶格介质柱光子晶体的完全光子禁带

本文利用时域有限差分方法研究了由各种形状介质柱体组成的三角晶格光子晶体的完全光子禁带.研究表明对于由正方形或三角形锗柱排列在空气中组成的三角晶格光子晶体,TM偏振和TE偏振的光子禁带存在重叠,因而具有完全禁带.     

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.     

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%.     

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.     

基于一维光子晶体超晶格的多通道滤波器

利用传输矩阵方法,研究了由两种具有特定散射关系的一维光子晶体交替排列所形成的一维光子晶体超晶格的光学特性,讨论了势垒宽度,势阱宽度及势阱数目对其的影响.计算结果表明,通过改变超晶格的结构,可以调节在光子禁带中透射带的数目、透射带中透射峰的数目,并且这些透射峰都具有很高的品质因子.这种光子晶体超晶格结构有望作为多通道滤波器在密集波分复用系统及集成光学系统中获得应用.     

基于扇面散射元的光子晶体禁带研究

基于对光子晶体禁带影响因素的研究,设计了扇面这种新型的散射元。利用平面波展开法,在0.1THz的工作频率下,采用二维六边形晶格结构,对这种新型散射元光子晶体的禁带特性进行模拟计算。对介质柱型和空气孔型两种晶体结构,分别分析了横向电场(TE)模式和横向磁场(TM)模式的绝对禁带宽度和相对禁带宽度随散射元结构参数变化的关系,依据相对禁带宽度,找到最优化的模型。     

光子晶体中紫外波段的异常透射

采用时域有限差分法(FDTD)对三种不同材料(金属Al、半导体Ga₂O₃和绝缘体SiO₂)的矩型结构光子晶体进行了模拟计算,研究空气柱孔径变化对光子晶体光学传输特性及带隙宽度的影响。数值计算结果表明,晶格常数不变,空气柱孔径增大时,三种材料光子晶体在紫外光区及可见光区的透过率增大,反射率减小。Al光子晶体的孔径增大时,可见光区禁带宽度减小;Ga₂O₃光子晶体孔径增大时,禁带宽度增大;SiO₂的TE模和TM模光子禁带较宽,孔径增大,禁带宽度亦增大。三种材料光子晶体带隙的波长范围几乎都处于可见光波段,进入紫外光波段的波长范围很短。     

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。     

二维正方形介质柱Square格子光子晶体的能带研究

利用平面波展开法计算了两种不同介质材料(GaAs,Ge)构建的二维正方形介质柱Square格子光子晶体的能带结构,研究了介质柱旋转角度、填充比及介质折射率对二维光子晶体禁带结构的影响。结果发现,介质柱旋转角度为0°时,完全光子禁带最大;由不同折射率材料构建的该结构光子晶体,在折射率n=2.57时,即有完全光子禁带产生,为实现用较低折射率材料构建完全禁带光子晶体提供了便利;n=4.10时,完全光子禁带达到最大,禁带宽度Δ=0.048(ωa/2πc)。该研究结果为二维光子晶体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.     

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。     

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。     

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.     

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。     

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.     

椭圆散射元构建的二维光子晶体禁带特性

基于对光子晶体禁带的研究,设计了一个椭圆形散射元。利用平面波展开法,采用二维六边形晶格结构,对这一椭圆散射元光子晶体的禁带特性进行模拟计算。分别计算了TE模式和TM模式两种电磁场下的光子晶体的禁带宽度,对相对禁带关于散射元结构参数变化的关系做了分析,依据相对禁带宽度,找到相对禁带最大的模型。     

三维光子晶体中带隙的调制

由空气孔型光子晶体平板和三角二维晶格介质柱型搭建成的三维结构具有很好的完全带隙,可实现立体空间对光的控制性传输.本文采用时域有限差分法模拟了该结构在微波波段的透射谱,发现其完全带隙的范围是10. 9 GHz～13. 8 GHz.在保证占空比不变,介质柱或空气孔的截面形状被改变时,将因为界面形状调整带隙的宽度和频率范围.占空比增加或减少,带隙将发生变化,如当占空比减小时,完全带隙向高频移动.     

二维三角晶格光子晶体的带隙计算和波导的传输效率分析

采用平面波展开法对二维三角晶格介质柱光子晶体和空气孔光子晶体分别在TM和TE极化下的带隙进行了计算;采用时域有限差分法分别计算了TM模和TE模在二维三角晶格介质柱和空气孔弯曲波导中的传输效率。研究对设计高传输效率的光子晶体波导定向耦合型器件具有重要意义。     

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。     

不同对称性条件下光子晶体局域态的演化

光子晶体不仅可以用来调控自发辐射,还可以用来控制光的传输和局域.研究采用平面波展开法进行模拟计算.首先改变光子晶体H1缺陷及其附近介质柱的半径,使得光子晶格缺陷处超晶胞的旋转对称性具有C6v,C3v或C2v等点群的性质;然后分析二维圆形介质柱三角光子晶体的局域态在光子禁带中演化.计算结果表明：随着介质柱的半径的变化,光子晶体局域态会发生变化,其演化表现出阶段性;同时随着对称性破缺程度的加深,会有更多缺陷态进入光子禁带.计算选择硅（Si）作为介质柱材料,主要为硅基光子晶体激光器的选模提供理论参考.