含单负材料的一维光子晶体异质结构的缺陷模分裂

由两种单负（负介电常数或负磁导率）材料交替堆叠而成的一维光子晶体异质结的周期结构中，发现了缺陷模的孪生分裂现象。在此异质结中，仅有一光子晶体存在零有效位相（zero-φeff）带隙。计算结果显示，随着异质结的周期数增加，（zero-φeff）带隙内的缺陷模将发生分裂，分裂后的缺陷模对称地分布在带隙中央的两侧。当异质结的周期数为偶数时，总能在（zero-φeff）带隙中找到两缺陷模，其频率与异质结的周期数为2时的缺陷模相同；对应这两缺陷模频率的电场在异质结构中传播时，呈周期的丛生状分布。     

缺陷模带隙一维光子晶体的简捷制备

提出一种制备具有缺陷模带隙光子晶体实验技术思路.采用激光全息光刻方法,以夹角不同两束干光对感光物质进行两次光刻曝光,在曝光重叠区域可获具有缺陷模带隙一维光子晶体.调节入射光角度可改变缺陷模位置.研究供了简捷制作缺陷模带隙光子晶体一种实验技术思路,对缺陷模低阈值激射具有应用研究价值.     

含色散特性的负折射材料的一维光子晶体偏振特性的研究

研究了一种含色散特性的负折射材料的一维光子晶体的缺陷模特性,分别研究了TE波和TM波的带隙结构,研究表明,两种模的带隙特性随入射角的变化而变化,高频部分的带隙变化很大,为色散特性的负折射材料在实际中的应用提供了理论指导.     

含负折射率材料的一维光子晶体中的全向缺陷模

发现由正、负折射率材料交替堆叠构成的一维光子晶体中的零平均折射率(zero-n)带隙中的缺陷模具有3种类型的角度色散,分别为正色散、负色散和近零色散。利用近零色散特性可实现全向缺陷模,此缺陷模的频率在任意角度下均保持不变。研究了具有近零色散的缺陷模与光子晶体的结构参数之间的关系。通过改变光子晶体的结构参数,对缺陷模的近零色散进行优化,实现了分别对应TE波或TM波的单偏振全向缺陷模。此外,发现全向缺陷模的频率不对应光子晶体平均折射率为零的频率,全向缺陷模为光子晶体器件(如全向滤光片)的设计提供了新的思路。     

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。     

缺陷对二维碳化硅结构的影响

研究了单空位和双空位缺陷对碳化硅结构的影响.缺陷的存在明显地改变了碳化硅结构的带隙,C原子单空位缺陷转变为直接带隙半导体,带隙甚至减少到0.01 e V.通过对体系磁性的计算,我们发现Si原子的单空位缺陷和双空位缺陷均为体系带来了磁性,磁性的产生主要是由于Si原子缺陷的存在使得缺陷周围的C原子在缺陷处产生了未成对电子,从而体系产生了磁性.     

二维旋转复式晶格光子晶体绝对带隙的研究

设计一种二维旋转复式晶格光子晶体,利用平面波展开方法计算其带隙结构.结果表明,通过优化参量,该结构具有较大的绝对光子禁带,带隙宽度为0.08538(ωa/2πc),禁带宽度与中心频率比值达到17.91%.相对于其它光子晶体结构,该结构更容易产生绝对带隙.     

双单负材料一维光子晶体透射谱和入射角的关系

在传统的一维光子晶体中加入多个周期排列的双单负材料缺陷,入射角的变化对零有效相位带隙中的缺陷模影响较小,但却可以产生新的角度带隙。     

含单负材料的光子晶体的缺陷模和透射谱

用传榆矩阵法分析了由2类单负材料组成的含缺陷一维光子晶体的缺陷模及透射谱。结果表明：当缺陷为一层单负材料时。零有效相位带隙中出现2个缺陷模,且缺陷模的频率可通过缺陷层的厚度和2种单负材料的厚度比来调节。当缺陷为1组单负磁导率材料和单负介电材料组成的双缺陷时,通过选取合适的参数满足平均磁导率和平均介电常数都为零时,带隙中未出现缺陷模,而且带宽保持不变,带边电场也随着双缺陷厚度的增加而被强烈的局域。     

金属电磁带隙波导色散特性分析

建立了紧凑格式二维时域有限差分法(CFDTD)模型,利用二维网格划分计算三维传播问题,简化了计算量.提出了一种纵向均匀的中心缺陷型六角晶格金属电磁带隙波导结构.利用CFDTD仿真该金属电磁带隙波导,获得该结构的基模场分布及频率.改变纵向传播常数,得到对应的基模频率以及色散特性,计算结果表明色散特性满足电磁带隙的缩放特性.测量该波导在11～15 GHz以内的传输率, 12 GHz附近的波导波长和色散曲线,仿真结果与测量值误差在5%以内.     

Trapping and emission of photons by a single defect in a photonic bandgap structure

By introducing artificial defects and/or light-emitters into photonic bandgap structures, it should be possible to manipulate photons. For example, it has been predicted that strong localization (or trapping) of photons should occur in structures with single defects, and that the propagation of photons should be controllable using arrays of defects. But there has been little experimental progress in this regard, with the exception of a laser based on a single-defect photonic crystal. Here we demonstrate photon trapping by a single defect that has been created artificially inside a two-dimensional photonic bandgap structure. Photons propagating through a linear waveguide are trapped by the defect, which then emits them to free space. We envisage that this phenomenon may be used in ultra-small optical devices whose function is to selectively drop (or add) photons with various energies from (or to) optical communication traffic. More generally, our work should facilitate the development of all-optical circuits incorporating photonic bandgap waveguides and resonators.     

Low-loss hollow-core silica/air photonic bandgap fibre

Photonic bandgap structures use the principle of interference to reflect radiation. Reflection from photonic bandgap structures has been demonstrated in one, two and three dimensions and various applications have been proposed. Early work in hollow-core photonic bandgap fibre technology used a hexagonal structure surrounding the air core; this fibre was the first demonstration of light guided inside an air core of a photonic bandgap fibre. The potential benefits of guiding light in air derive from lower Rayleigh scattering, lower nonlinearity and lower transmission loss compared to conventional waveguides. In addition, these fibres offer a new platform for studying nonlinear optics in gases. Owing largely to challenges in fabrication, the early air-core fibres were only available in short lengths, and so systematic studies of loss were not possible. More recently, longer lengths of fibre have become available with reported losses of 1,000 dB km(-1). We report here the fabrication and characterization of long lengths of low attenuation photonic bandgap fibre. Attenuation of less than 30 dB km(-1) over a wide transmission window is observed with minimum loss of 13 dB km(-1) at 1,500 nm, measured on 100 m of fibre. Coupling between surface and core modes of the structure is identified as an important contributor to transmission loss in hollow-core photonic bandgap fibres.     

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。     

星系中心大黑洞的宇宙学演化

在冷暗物质晕等级成团宇宙学模型中,伴随着暗物质晕并合,星系中心黑洞也断地并合和增长.于展Press-Schechter公式（EPS）我们编写了一自适应时间长Monte Carlo程序,重构了表征暗物质晕等级成团并合树.在成功地建立了黑洞和暗物质晕宇宙学演化模型后,我们通过引入直接吸积（包标准薄盘吸积和磁流体力学吸积）和随吸积两类黑洞吸积模式,论了黑洞自旋和质量宇宙学演化.通过与观测到AGN光度函数比较,我们发现黑洞通过磁流体力学吸积模式增长,与观测符合最好.于以上理论框架,我们还研究了双大质量黑洞演化,发现双黑洞通过共转气体吸积盘吸积对双黑洞质量比分存在显著影响.     

用聚焦离子束气体辅助刻蚀在 LiNbO3上制备亚微米圆孔点阵

使用聚焦粒子束(FIB) 在LiNbO₃上刻蚀用于光子晶体的亚微米圆孔二维点阵, 研究了刻蚀束流、刻蚀时间和填充率等刻蚀参数对刻蚀结果造成的影响。为获得更好的刻蚀效果, 还采用了FIB的气体辅助刻蚀方法(gas-assisted etching , GAE) 。研究发现,与直接刻蚀结果相比,GAE 减小了反沉积效应, 得到了更好的孔形。禁带模拟计算表明, 与常规FIB 刻蚀出的锥形圆孔相比, 使用XeF₂气体辅助刻蚀得到的这种侧壁更陡直的圆孔阵列构成的光子晶体禁带更趋近于理想光子晶体的禁带。     

Resonant tunneling properties of photonic crystals consisting of single-negative materials

We studied the resonant tunneling properties of one-dimensional photonic crystals consisting of single-negative permittivity and single-negative permeability media using transfer matrix methods. The results show that there exists a pair of resonant tunneling modes in this structure. The separation of the pair of tunneling modes can be tuned by varying the ratio of thicknesses of the two single-negative layers or the thickness of the defect layer. The electric field intensity of the resonant tunneling modes increases rapidly with the increase of the ratio of thicknesses of the two single-negative layers. The peak value of the field intensity of the resonant tunneling modes is enhanced by one order of magnitude when the ratio of thicknesses of the two single-negative layers increases by 0.4. This property will be applied widely in the field of nonlinearity optics. With the increase of the ratio of thicknesses of the two single-negative layers, the electric field of the tunneling modes becomes more localized, and the full width at half maximum of the tunneling modes becomes narrower. Besides, the pair of tunneling modes is insensitive to incident angle and thickness fluctuation. These properties will be used for the design of tunable omnidirectional double-channel filter with high quality factor.     

平面波展开法计算FCC反相密堆积结构光子晶体的完全禁带

本文的目的是研究FCC反相密堆积结构光子晶体在改变其结构的情况下完全禁带的变化。通过事先设定品格常数a和组成密堆积结构的空气球的半径R,利用平面波展开法计算得到当背景材料的相对介电常数分别为εr=3．6和εr=11．9时两种不同的完全禁带。在此基础之上,又对晶体结构做了一些改动,保持a和R不变,在相邻球体的空隙中再嵌入4个半径r=0．2R的空气小球,结果发现当εr=3．6时完全禁带消失了,而εr=11．9时则产生了新的完全禁带。     

二维光子晶体中导模的优化

提出了方形二维光子晶体的结构,并引入缺陷形成耦合腔波导和线缺陷波导。应用时域有限差分(FDTD)法研究其传输特性,结果表明对于耦合腔波导,当缺陷周围介质柱直径变化时,第一光子禁带中会出现宽频缺陷模。并且当介质柱直径减小时,缺陷模会向高频移动,而导模宽度则会有规律地扩展或者缩小。在线缺陷波导中,逐渐减小缺陷两侧介质柱的直径或介电常数,发现导带向高频移动,并且带宽逐渐减小