一维Fibonacci序列光子晶体高频带隙研究

利用时域有限差分法和传输矩阵法研究了Fibonacci序列一维准周期光子晶体的能带.结果表明:此种结构的光子晶体在高频范围存在带隙;进一步发现当构成薄膜系的两种材料厚度相等,且膜系的非周期性较强即膜系的级数较高时,光子晶体较容易出现高频带隙.     

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。     

应用平面波展开法计算色散和各向异性二维磁性光子晶体的带隙

磁性光子晶体因其构成材料磁导率不为1且受外加磁场调节,近年来被广泛讨论,对磁性光子晶体能带的计算也随之成为热点.本文首度研究了由色散且各向异性材料构成的二维磁性光子晶体能带的计算方法,从Maxwell方程组推导出具有复杂电磁参数的周期结构能带计算的本征方程,对经典的平面波展开直接求特征值法做出改进,利用寻根方法计算出由Mg-Mn铁氧体圆柱和有机玻璃构成的三角格子二维磁性光子晶体在外加磁场下TM模式的能带结构.计算得到的带隙位置与相同结构的光子晶体全波仿真的传输谱相一致,与实际制备的磁性光子晶体样品的实验测量结果也相当吻合,证明了改进的平面波展开法在色散和各向异性材料构成的光子晶体能带计算中准确性和可靠性,进而肯定了平面波展开法在任意电磁参数特性的光子晶体能带结构计算中的适用性.     

左右手材料构成的一维光子晶体的态密度

推导出了由左右手材料构成的双层结构的转移矩阵,计算了由N个该双层结构周期性排列所形成的一雏有限长度光子晶体沿其轴线方向的态密度．计算表明：在一定条件下,禁带中出现了非寻常的态密度．这些禁带中的态密度是由左右手材料构成的一维光子晶体所特有的,它们可用于制造完全不同于常规滤波器的、频带狭窄的新型滤波器．     

象操控电子那样操控光--光子晶体的由来和发展

光子是极具潜力的信息载体。由电子在介质中的定态薛定谔方程和光在介质中变形麦克斯韦方程具有相同形式可知，在折射率周期性变化的材料中光子应呈现出类似电子在半导体中的能带结构。采用机械打孔法、胶体法、液晶法、“刻蚀”法等能够制备出满足一定光频段的光子晶体材料，这些材料都展现了广阔的技术开发前景。     

电介质和磁介质光子晶体光学特性分析

从电磁场麦克斯韦方程组出发,将光子晶体的电磁场分析问题归结为求解电磁本征函数问题,明确求解光子晶体遵循的物理原理和数学方法.针对由电介质构成的光子晶体,分析该光子晶体周期结构下TE和TM入射光波的带隙特性和缺陷结构下的能量集聚特性,计算结果表明,光子晶体的频带特性与其几何结构紧密相关,通过改变光子晶体尺寸,可使其获得良好的带隙特性.针对磁介质构成的光子晶体,分析磁性光子晶体的频率特性,计算结果表明,磁性光子晶体具有和电介质光子晶体相似的光学性质,也具有频率禁带特性,其与入射波性质、光子晶体几何尺寸、磁介质参数紧密相关.     

锗圆柱构造的二维光子晶体带隙结构分析

采用平面波展开法研究了由锗圆柱构成的Triangular格子、Kagome格子和Graphite格子二维光子晶体的带隙结构,发现Kagome格子和Graphite格子结构的光子晶体具有完全光子带隙,并得到了使完全带隙最大化的结构参数。数值计算结果表明,Graphite结构二维光子晶体在填充比从f=0.058到f=0.605连续变化的很大范围内都有完全带隙出现,在低能区出现了Δ=0.053(ωa/2πc)的较大带隙。为二维光子晶体材料的制备和应用提供理论依据。为二维光子晶体材料的制备和应用提供理论依据。     

垂直沉积法自组装胶体光子晶体的研究进展

光子晶体是一类电介质常数非均匀分布的人工材料,由于其折射率的非均匀分布对入射电磁波的调制会产生类似于半导体能带结构的光子带隙特性.自1987年提出光子晶体的概念以来,采用自组装方法制备胶体晶体已成为近年来的光子晶体领域的研究热点.基于垂直沉积的自组装方法因具有设备简单、经济,制备周期短, 晶体层厚可控等优点而受到日益广泛的重视.本文阐述了垂直沉积法自组装的机理、实验方法、缺陷控制、应用研究等方面的最新进展,并对垂直沉积法自组装光子晶体的发展趋势及前景作了介绍.     

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.     

高双折射光子晶体光纤的特性研究

对高双折射光子晶体光纤的特性进行了分析,用多极法对自行设计的高双折射光子晶体光纤的基模模场、双折射、色散、限制损耗等特性进行了数值模拟计算.这些结果对设计高双折射光子晶体光纤有参考价值.     

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．     

镜像对称的光子晶体透射带特性

通过传输矩阵方法计算了镜像对称光子晶体的带隙结构,结果表明该结构具有优越的窄带滤波性能.如果在该光子晶体两端均加入较高的折射率介质,构成夹心"三明治"结构,这时的光子晶体透射带结构出现多通道滤波特性;当两端加入不同的较高折射率介质但其光学厚度仍保持为基本结构单元的光学厚度时,得到宽度为50~2500 nm大范围的低透射区,其具有宽带阻波作用;当两端加入的不同高折射率介质但光学厚度变为基本光学厚度的两倍时,则得到在中心波长处出现非常窄的完全透射峰,这种带隙结构可用来设计优异理想窄带滤波器.     

光子晶体的物理特性及其应用

光子晶体材料是一种由不同电介质周期性分布而形成的人工材料,在自然界中存在较少。光子晶体具有光子禁带,对光具有局域作用,可用于制造高品质光纤、高功率激光器、带阻滤波器、高效率天线等,应用前景非常诱人,但现在大规模进入民用还有许多关键技术等待人们去解决。     

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。     

含左手介质双缺陷态的一维光子晶体窄带双频滤波器

提出了一种具有双缺陷态特性的一维光子晶体结构,用左手介质作缺陷态材料,并且用光学传输矩阵法分析了这种结构的传输特性.仿真结果表明,在这种光子晶体的光子禁带上会出现两个极窄的穿透窗口,而禁带内的频段几乎无法通过,通过改变晶体的膜层周期数,该窗口频段的透射率最高可以超过98.6%.同时,该结构的透射率可以通过改变介质层周期数和负折射率值大小而调节.这种结构的光子晶体非常适合制作双频段的超窄带滤波器,并且有望在未来高速光通讯中得到应用.     

Selectable infiltrating large hollow core photonic band-gap fiber

A selectable infiltrating large hollow core photonic band-gap fiber is fabricated with simple arc discharge technique. The offset, discharge duration, arc current and discharge times are optimized for selected sealing side air-holes but leave the central large air-hole partially open. The collapse length of the PCF is shortened by increasing the number of discharges and offset with discharge duration and arc current kept at a relatively low level. Light with the wavelength located at the photonic band-gap can still propagate while the central hollow air-hole is infiltrated with a kind of oil with refractive index of 1.30. The selectable infiltrating large hollow core photonic band-gap fiber has potential application for implementing novel lasers, sensors and tunable optoelectronic devices.     

一维光子晶体的带隙分析

折射率交错变化的薄膜结构 ,可以作为一维光子晶体来分析 .采用薄膜光学理论 ,分析了光波在该类一维光子晶体中的传播特性 ,探讨了光子晶体膜层的折射率、光学厚度、中心波长等对一维光子晶体光带隙性能的影响 ,从而为一维光子晶体的设计提供参考 .     

SiO2/ZnO 三维光子晶体的制备及光学性质

采用垂直沉积法制备了三维SiO2光子晶体模板。以醋酸锌为前躯体,成功制备了SiO2/ZnO三维复合光子晶体。扫描电子显微镜测试结果表明SiO2和SiO2/ZnO光子晶体均为面心立方结构排列。光学测试表明SiO2和SiO2/ZnO周期性阵列均在[111]方向出现了光子带隙。当具有较高折射率的ZnO材料包覆后,SiO2/ZnO 光子晶体[111]方向光子带隙的中心波长发生红移,光子晶体基元材料的有效折射率有所增加。同时,光子晶体的光学性质与样品内部的缺陷态密度密切相关。     

Large-scale synthesis of a silicon photonic crystal with a complete three-dimensional bandgap near 1.5 micrometres

Photonic technology, using light instead of electrons as the information carrier, is increasingly replacing electronics in communication and information management systems. Microscopic light manipulation, for this purpose, is achievable through photonic bandgap materials, a special class of photonic crystals in which three-dimensional, periodic dielectric constant variations controllably prohibit electromagnetic propagation throughout a specified frequency band. This can result in the localization of photons, thus providing a mechanism for controlling and inhibiting spontaneous light emission that can be exploited for photonic device fabrication. In fact, carefully engineered line defects could act as waveguides connecting photonic devices in all-optical microchips, and infiltration of the photonic material with suitable liquid crystals might produce photonic bandgap structures (and hence light-flow patterns) fully tunable by an externally applied voltage. However, the realization of this technology requires a strategy for the efficient synthesis of high-quality, large-scale photonic crystals with photonic bandgaps at micrometre and sub-micrometre wavelengths, and with rationally designed line and point defects for optical circuitry. Here we describe single crystals of silicon inverse opal with a complete three-dimensional photonic bandgap centred on 1.46 microm, produced by growing silicon inside the voids of an opal template of dose-packed silica spheres that are connected by small 'necks' formed during sintering, followed by removal of the silica template. The synthesis method is simple and inexpensive, yielding photonic crystals of pure silicon that are easily integrated with existing silicon-based microelectronics.     

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.