正负折射率材料组成的一维光子晶体的能带及缺陷模

利用光学传输矩阵方法,研究了由正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体的能带结构和缺陷模特性.结果表明,在正入射时,含负折射率材料的光子晶体的带隙要比传统的光子晶体要大得多,并具有狭窄的透射带.计算了含有普通电介质缺陷层和特异介质缺陷层两种情况下的透射谱,发现在正入射时,对于正负折射率材料组成的一维光子晶体引入普通电介质缺陷层时,其缺陷模的个数随着缺陷厚度的增大而增多,这种特性在滤波器方面有重要的应用价值.而对于传统光子晶体中引入特异介质缺陷层时,随着缺陷厚度的增大,新的缺陷模并没有出现.     

厚度递变结构一维光子晶体的缺陷模研究

光子晶体的许多应用与缺陷模相关,研究缺陷模可为光子器件的设计提供参考.利用传输矩阵法,研究了光波在包含掺杂缺陷的厚度渐变准周期结构一维光子晶体中的传播规律,分析了缺陷层的位置和光学厚度对缺陷模的影响.结果表明,在准周期结构光子晶体引入缺陷,光子晶体禁带中也产生了缺陷模;随着掺杂缺陷层位置和光学厚度的变化,缺陷模的位置和共振透射峰也随之变化.     

含负折射率光子晶体缺陷模的吸收特性

 为了研究含负折射率光子晶体缺陷模的吸收特性,引入复折射率的概念,并采用光学特征矩阵方法,分析了各缺陷模的峰值和带宽随消光系数以及杂质厚度的变化.分析结果表明:杂质的消光系数对各缺陷模的中心波长没有影响,随着消光系数的增加,各缺陷模峰值逐渐减小,而带宽逐渐增加,且各缺陷模峰值和带宽的增减速度不同;当消光系数不变,随着杂质层光学厚度的增加,缺陷模的峰值和带宽都随之减小.因此在设计相关光学器件时,应充分考虑杂质吸收对缺陷模特性的影响.     

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。     

含负折射率材料的一维光子晶体光学传输特性研究

采用光学传输矩阵方法,研究了由正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体中带有缺陷层时的光学传输特性.计算了含有普通电介质插层和有吸收的介质插层两种情况下的透射谱.结果表明,在正入射时,对于普通电介质插层,随插层厚度的增大,缺陷模的个数增多;对于有吸收特性的介质插层,随插层厚度的增大和吸收特性的增强,缺陷模式并没有出现,而是表现为对透射峰的明显增益.     

一维光子晶体的缺陷模

从传输矩阵出发,详细推导了一维光子晶体的缺陷模,得出了光子晶体的缺陷模位置、数目和组成光子晶体缺陷层的光学厚度,缺陷层数目的关系。     

镜像对称一维光子晶体带隙特征

为了研究一维镜像对称光子晶体的传输特性,用特征矩阵法计算了其透射谱。由观察透射谱可以发现缺陷模的位置会随着介质的光学厚度和折射率的增加都往长波方向移动,缺陷模的数量会随着缺陷位置与对称轴的距离增加而逐渐由2个减为1个,说明光子晶体的带隙与它的光学厚度的大小和折射率的大小以及缺陷模与对称轴的位置都有密切的关系。     

一维光子晶体的量子透射特性

用光的量子理论方法研究一维光子晶体的量子透射特性,先给出一维光子晶体的量子转移矩阵和量子透射率,再计算缺陷层数目、厚度及折射率变化对一维光子晶体量子透射特性的影响.结果表明,缺陷层参数的变化对禁带位置、缺陷模位置和强度均产生影响.     

一维光子晶体透射特性的量子效应

给出非垂直入射时一维光子晶体的量子透射率,分别研究缺陷层、入射角度、介质层厚度以及介质层折射率对一维光子晶体透射特性的影响,并将所得结果与经典方法所得结果进行比较.结果表明,当光以一定角度入射一维光子晶体时,量子方法与经典方法的结果存在差异,具有一定的量子效应.     

基于缺陷对光子晶体滤波特性的研究

提出Ag-ITO一维光子晶体结构,研究Ag、ITO薄膜厚度、缺陷层厚度及入射角度等参量变化对光子晶体滤波特性的影响。结果表明缺陷层厚度的改变会影响其光波透射性,同时透射峰的位置会随ITO膜厚度增加呈现出周期性的变化,但不受入射角度的影响。缺陷对一维光子晶体滤波性能的影响规律,可为相关新型光学滤波器件及设计提供理论参考。     

介质厚度对一维三元结构光子晶体透射谱的影响

用传输矩阵法研究各介质层厚度对一维三元光子晶体（CBA）m（ABC）m透射谱的影响,结果发现：在很宽的禁带范围内,仅出现一条透射峰,且随着m的增加透射峰越加精细;随着A、B、C各介质层厚度的增加,透射峰均向长波方向移动,三者厚度同时增加时透射峰移动速度最快,单层厚度增加时,增加C层厚度透射峰移动最快,B层次之,A层最慢;随着各层介质厚度增加,光子禁带向长波方向移动,各层厚度同时增加时主禁带移动的速度最快,单层厚度增加时,移动速度快慢依次为C层、B层、A层。随着各层介质厚度同时增加或是C、A单层增加,禁带加宽,但B层厚度增加禁带反而变窄。一维三元结构光子晶体的这些特性,为光子晶体设计不同频率范围的光学滤波器、反射器等提供指导。     

缺陷光学厚度对对称结构一维光子晶体透射谱的影响

在A层为双正和双负介质情况下,用传输矩阵法理论研究缺陷层的光学厚度对对称结构一维光子晶体（AB）mC（BA）m透射谱的影响,结果发现：在无缺陷情况下,不论A层是双正还是双负介质,禁带中心均出现超窄频带单透射峰,具有传统对称结构光子晶体透射谱的特征;当中间插入光学厚度等于四分之一中心波长的双正缺陷C后,两者的单透射峰一分为二,且双负情况下两透射峰之间的距离较大;当缺陷C的光学厚度为二分之一中心波长时,双正情况下禁带中心出现单透射峰,双负情况下则出现三条透射峰;当缺陷C的光学厚度等于中心波长时,双正情况下出现三条透射峰,而双负情况下则出现五条透射峰。对称结构光子晶体的透射谱随缺陷光学厚度变化的规律,可用以设计可调性超窄带滤波器。     

介质层光学厚度为非λ0/4的一维光子晶体透射谱研究

采用光学传输矩阵方法,模拟研究了当一维光子晶体的介质层光学厚度不为λ0/4时,光子晶体的光学传输特性,详细计算并分析了这类光子晶体的透射谱.结果表明,在这种常常被研究者们所忽视的介质层光学厚度为非λ0/4情况下,仅通过适当调节介质层的实际厚度就能够产生一个或多个近完全透射带,这将为光子晶体滤波器的制作提供一种简单的方法.     

一维变频光子晶体的透射特性

提出一种新的一维变频光子晶体,并给出其传输矩阵及电场分布表达式.在此基础上,计算一维变频光子晶体的透射率和电场分布,并研究变频函数、变频介质折射率、厚度、周期数及缺陷层对变频光子晶体透射率与电场分布的影响.结果表明,变频光子晶体比常规光子晶体的禁带更宽.     

单负材料光子晶体中的可调共振隧穿模

用传输矩阵方法研究了由两种单负材料构成的一维光子晶体的透射特性.研究发现:这种结构的光子晶体具有2个共振隧穿模,并且2个共振隧穿模能够通过改变缺陷层的厚度或改变两种单负材料的厚度比进行调节.这种特性可用来制作可调的双通道滤波器.     

含缺陷模一维光子晶体的超窄带滤波特性分析

利用传输矩阵方法,计算含缺陷模的一维光子晶体中缺陷模产生的窄透过带的滤波特性。结果得出,缺陷模介质的折射率越小,产生的超窄滤波带滤波性能越好;一维光子晶体的两基元介质折射率比值越大,产生的透过带越窄;缺陷插入一维光子晶体正中间产生的滤波效果最好。     

一维光子晶体的电场分布特性

推导出任意角度的入射光在一维光子晶体中传播的电场分布公式,分析一维光子晶体的电场分布特性.数值分析表明,入射光角度、光子晶体介质层排列方式、缺陷层和缺陷层折射率均对一维光子晶体电场分布特性产生不同的影响.     

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。     

含Kerr缺陷函数型光子晶体低阈值双稳态的对比研究

运用非线性传输矩阵法对比研究含Kerr缺陷余弦函数型和Sinc函数型光子晶体的光学双稳态.结果表明,选取中心层为Kerr缺陷层的对称结构可以大大降低双稳态阈值;在缺陷层光学厚度不变的前提下,减小中心缺陷层线性折射率而增大两侧介质层周期数均可以实现更低双稳态阈值;研究还表明,在介质层光学厚度相同的前提下,介质层折射率分布函数选取余弦函数形式较Sinc函数形式能够实现更低阈值.     

新型一维线性函数光子晶体电场分布

研究一维线性函数光子晶体的透射特性,分析不同周期数和光学厚度对电场分布的影响,得到一些不同于常规光子晶体结论,当介质层B和A折射率分布函数为线性增加时,线性函数光子晶体透射率可以远大于1;随着周期数N的增加,其电场强度最大值明显增加,通过改变周期数N就能改变光在函数光子晶体中的电场强度的放大倍数.该结论为光子晶体的制备和应用提供了理论方法和思路.