一维光子晶体的光子禁带结及其计算

本文提出了一种利用转移矩阵来计算一维光子晶体的光子禁带结构的新方法，并讨论光子晶体的光子禁带位置，禁带宽度和结构与构成光子晶体的材料厚度，折射率之间的相互关系．     

PAAm/TiO_2一维光子晶体的制备

采用层层旋涂的方法制备了PAAm(聚丙烯酰胺)/TiO2一维光子晶体。利用扫描电子显微镜和紫外-可见反射光谱对一维光子晶体层层沉积的结构、表面形貌和光子禁带进行了表征,并研究了成膜参数与光子禁带的关系。结果表明,通过调控旋涂速度或者PAAm溶液浓度,可以制备出具有不同光子禁带的PAAm/TiO2一维光子晶体,且光子禁带随旋涂速度的增大线性蓝移,随PAAm溶液浓度的增大线性红移。因此,通过调控成膜参数,可以有效的调控一维光子晶体的光子禁带,所制备的一维光子晶体在环境监测、化学及生物传感器等方面有着潜在的应用前景。     

用等效膜理论分析一维光子晶体的禁带特征

论述了等效膜理论和等效折射率概念，并通过数值计算得出了有限周期一维光子晶体的等效折射率随频率的变化。结果表明：在光子禁带等效折射率不存在，在光子禁带两边等效折射率分别趋于无穷大或零；在光子透射带，等效折射率是有限值。此外，还用等效折射率的不连续特点，讨论了在不同结构的一维光子晶体中禁带发生位置的变化。     

一维四组元周期性结构光子晶体带隙特性分析

随着密集波分复用(DWDM)技术的发展,对多波长滤波器提出了更高的要求。为了给基于一维光子晶体的多波长滤波器提供支撑技术,本文先对一维四组元周期性结构光子晶体的传输矩阵进行简要的推导。接着,从该光子晶体的结构出发,基于传输矩阵法绘制了一维四组元周期性结构光子晶体的归一化透射率曲线,并与普通的一维两组元周期性结构光子晶体的归一化透射率曲线进行对比研究,分析了一维四组元周期性结构光子晶体在一个禁带周期内光子禁带数增加的原因。进而,从一维光子晶体的光子带隙机理出发,深入研究了不同折射率比、不同周期数对一维四组元周期性结构光子晶体带隙的影响。研究表明,一维四组元周期性结构光子晶体的禁带宽度由四层材料各相邻层的折射率差共同确定,具体宽度表现为各禁带的均值,但带隙特性更加完美。     

基于控制变量法的一维光子晶体态密度特性的研究

为了研究一维光子晶体态密度特性,文章利用多层膜传输矩阵计算出一维光子晶体的态密度(DOS),通过控制变量法分析了光子晶体中入射光在不同薄膜材料折射率比下和不同周期数下DOS的变化情况,分析表明DOS在一维周期性光子晶体的禁带和导带边缘有突然增强现象。     

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。     

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。     

一维掺杂光子晶体带隙结构的研究

基于传输矩阵法,数值研究了掺杂一维光子晶体带隙特征。研究表明:一维掺杂光子晶体的带隙是由光子晶体结构决定的,不掺杂时,禁带中心无导带;当掺杂时,禁带中心位置出现一个极窄的导带,并且导带深度随着掺杂位置的不同而变化,当掺杂位置一定时,改变杂质层的折射率,发现随着折射率的变化,禁带中心的导带深度也会随折射率变化而变化,这样我们可以根据晶体的结构,适当选择掺杂位置和杂质折射率,就会在禁带中心出现一个极深的导带,一维光子晶体的这种特性可应用于滤波器件和光学谐振腔的设计。     

一维光子晶体禁带的特性与加宽

分析了一维光子晶体禁带的特性,讨论了影响一维光子晶体相对带宽的主要因素.在此基础上,以两个晶体的叠加为例,对扩展一维光子晶体的相对带宽作了进一步的讨论,对光子晶体在可见光波段的应用进行了更好的探索,为设计制造一维光子晶体提供了一种较好的办法.     

一维掺杂光子晶体的带隙结构及特征的研究

基于传输矩阵法,数值模研究了光子晶体带隙特征与光子晶体结构参量的关系。研究表明:一维光子晶体的带隙是由光子晶体结构决定的,单个基本周期结构的光子晶体不具有带隙结构,随着周期数的增加,光子带隙结构逐渐形成,禁带中心无导带;当掺杂时,禁带中心位置出现一个极窄的导带,并且导带深度随着杂质层折射率的增大而逐渐变浅,一维光子晶体的这种特性可应用于滤波器件和光学谐振腔的设计。     

光子晶体势阱中的共振透射模

引入简单镜像对称的一维二元光子晶体结构模型,应用传输矩阵方法研究在该镜像对称的一维二元光子晶体结构模型两端加入高折射率介质时的光子带隙结构.结果表明,加入较高的折射率介质时,光子晶体原来的带隙结构中存在的窄的共振透射峰变宽,且随着势垒的不断增加,分裂的共振峰变得越来越细,中间的共振峰透过率一直保持在100%,而两侧的峰高则有所降低;当两端加入的介质折射率进一步提高,这时共振透射峰分裂为3个窄的共振透射峰,同时还在其他波长处出现多个窄的透射峰.这种带隙结构可以用来设计优异理想窄带滤波器.     

二维函数光子晶体不同函数形式对带隙结构的调控

用平面波展开法研究二维函数光子晶体介质柱介电常数不同的线性函数形式对横电(TE)波和横磁(TM)波带结构的影响. 数值计算结果表明: 二维函数光子晶体比二维常规光子晶体的带隙更宽; 通过变换介质柱介电常数不同的线性函数形式可使二维函数光子晶体的带隙个数、位置和宽度均发生变化, 从而实现对二维函数光子晶体带隙的调节.     

一维正弦型函数光子晶体带隙结构研究

我们提出一种函数型光子晶体,其折射率是一个随空间位置周期性变化的函数.基于费马原理,我们得到了光在一维函数型光子晶体中的运动方程,并利用传输矩阵的方法推导出光在一维函数光子晶体的色散关系、发射率和透射率.通过理论模拟发现,介质的折射率、半周期厚度以及入射角对光子晶体带隙变化有重要的影响.     

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。     

一维函数光子晶体的禁带特性理论

提出了一种新型函数光子晶体,其折射率是一个空间位置函数.在费马原理的基础上,利用传输矩阵理论研究了光子晶体介质层的折射率、周期数、入射角等对光子晶体带隙变化的影响.为灵活实现某特定带隙的光子晶体的制备提供了理论依据.     

二维函数光子晶体中的类Dirac点及带隙结构

设计一种二维函数光子晶体, 该光子晶体仅需通过改变外加的光强分布或电场分布, 即可改变其介质柱介电常数的函数形式, 从而获得所需的带隙结构. 选取不同介质柱半径及不同介电常数函数形式的二维函数光子晶体结构, 通过数值计算得到类Dirac点和带隙结构, 所得结论可为光学器件的设计提供理论依据.     

光子晶体在卡塞格伦光学天线中的应用

光子晶体是一种介电常数在空间周期变化的人造晶体,其最基本的特征是具有光子禁带,是一种新兴的光学材料,其优异的光学特性适应了光学天线发展的需求。文中在介绍了光子晶体的结构、特性及其主要的理论研究方法的基础上,针对光学天线小型化的趋势,介绍了光子晶体的带隙特性给光学天线在分束、滤波、准直方面性能改善提供的便利,最后着重阐述了光子晶体器件在卡塞格伦光学天线中的应用。     

介电常数对一维等离子体光子晶体色散关系的影响

为深入研究介电常数对等离子体光子晶体性质的影响,本工作从Maxwell方程出发,采用类似于量子力学Kronig-Penney模型求解周期势的方法,对一维等离子体光子晶体介质层介电常数对能带结构的影响进行了讨论.研究发现:介电常数的大小对等离子体光子晶体的禁带宽度和能级位置均具有重要影响.随介电常数的增加,等离子体光子晶...     

新型二维函数光子晶体的透射特性

用平面波展开法研究二维函数光子晶体的TE(transverse electric)波和TM(transverse magnetic)波带隙结构,并与二维传统光子晶体的带隙结构进行比较.通过给出不同介质柱介电常数的函数形式考察二维函数光子晶体带隙结构的变化.结果表明,二维函数光子晶体存在绝对带隙和半Dirac点.     

三角晶格光子晶体第一带隙特性研究

光子晶体的带隙特性对于电磁传输器件设计具有重要意义.基于电磁波传输理论,应用MATLAB数值模拟了五种半导体材料SIC、Si、Ge、InSb和HgTe构成二维圆柱三角晶格光子晶体TM模第一带隙特性,研究得到不同填充率条件下,介电常数较大的可形成较宽带隙,第一带隙上下边界频率都上移,第一代带隙宽度也随着填充率的增加而增加.研究结论为光子晶体器件制作提供参考.