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.     

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.     

二维正方晶格函数光子晶体带隙结构研究

采用平面波展开法研究二维正方晶格函数光子晶体,分别计算TE波和TM波的带结构。二维正方晶格函数光子晶体介质柱折射率是空间坐标函数,而不是定值(二维正方晶格常规光子晶体)。二维正方晶格函数光子晶体可通过Kerr效应或电光效应来制备,可调节性灵活。本文研究了函数系数k对二维正方晶格函数光子晶体带结构的影响。在TE波情况下,函数系数k增加时,带隙数目变多且带宽变宽。与二维常规光子晶体比较,函数光子晶体有较宽的带隙结构,这将为光学器件的设计提供新的理论依据和重要的设计方法。     

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.     

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。     

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.     

光子晶体在荧光集光太阳能光伏器件中对波长选择反射的理论计算

为了减少荧光集光太阳能光伏器件的非全反射荧光逃逸,使荧光有效传输到侧面的太阳能电池上,可以在光波导介质与空气界面铺设一层二维光子晶体,利用光子晶体的光子带隙实现荧光的全反射,有可能提高光波导对荧光的收集效率.这里用有限元分析软件Ansys计算了不同折射率、不同形状(圆柱、四棱锥、四方柱、六角柱、圆锥)正方晶格单层二维光子晶体0～45°间TE波和TM波的反射系数.结果表明,当光波导介质为玻璃(折射率1.5)、光子晶体介质为TiO2(折射率2.2)、形状为四方柱时,光子晶体在0～13°的范围内形成带隙,相应的理论收集效率从74.5%提高到77.1%.     

非圆形空气孔型二维光子晶体带隙率模拟

采用平面波展开法对两类晶格(三角晶格和正方晶格)及圆形空气孔或两种非圆形空气孔(正方形和六边形)构成的二维光子晶体带隙率进行了数值研究,分析了填充比f对带隙率ωR的影响.结果表明,晶格对称结构和空气孔形状对带隙大小有影响.给定晶格对称结构,选择具有相同对称形状的空气孔能得到较大的绝对光子带隙.在这3种空气孔当中,三角晶格对应六边形空气孔有最大带隙率,当填充比f=0.8时,带隙率ωR=23.3%;正方晶格对应正方形空气孔有最大带隙率,当填充比f=0.67时,带隙率ωR=14.7%.     

三角晶格太赫兹波光子晶体波导的带隙特性

用平面波展开法研究了三角晶格太赫兹波(THz)光子晶体波导的带隙特性。分析晶格常数为α=0.1mm的三角晶格硅介质柱二维光子晶体,通过数值计算,当填充率在f=0.801时,H偏振和E偏振出现重叠的最大绝对光子带隙,研究结果为三角晶格太赫兹波光子晶体波导器件的开发提供了理论依据。     

二维光子晶体绝对带隙的研究

晶体中获得大的绝对带隙，可以通过降低格子对称性解除简并来实现。格子对称性的降低一般可以通过向晶体的原胞内引入不同半径的柱子的方法实现，在该方法基础上结合滑移操作，对二维正方形光子晶体结构进行了研究，发现这种联合方法用于打开绝对带隙特别有用，其相对带隙宽度约为“双柱子正方形格子”情况的2倍，同时还使绝对带隙出现的位置向低频处移动。     

基于等效介质二维光子晶体平面波展开法的理论研究

应用等效介质理论,提出了一种计算二维光子晶体的新平面波展开法,数值模拟了圆介质柱在空气中正方排列结构的能带,模拟结果与常规的平面波计算结果符合的很好。     

基于等效介质二维光子晶体平面波展开法的理论研究

应用等效介质理论，提出了一种计算二维光子晶体的新平面波展开法，数值模拟了圆介质柱在空气中正方排列结构的能带，模拟结果与常规的平面波计算结果符合的很好。     

介质阻挡放电中一维等离子体光子晶体及其带隙特性

在双水电极大气压氩气介质阻挡放电中获得了一维可调等离子体光子晶体.通过类似于量子力学Kronig-Penney模型求解周期势的方法,求解Maxwell方程得到了一维等离子光子晶体的色散关系.结合实验数据,理论模拟了晶格常数、等离子体与介质的厚度比、电子密度等不同参数对等离子体光子晶体带隙的影响.结果表明:等离子体光子晶体晶格常数的增大导致能级位置降低,相速度减小;在相同的晶格常数下,等离子体填充比增大时,带隙位置将略有上升且光子带隙数目增加;当电子密度大于1020 m-3时,等离子体光子晶体具有显著禁带宽度.     

介电常数对比度对光子晶体平带的影响

光子晶体是由不同介电常数材料构成的具有周期性空间排布的人工微结构.周期性调制的介电常数使得光子晶体呈现出各种各样的能带结构,其中平带因其无色散的特性引起了人们极大的关注.为了研究影响光子晶体平带的影响因素,以二维正方格子介质柱光子晶体为例,通过有限元方法,从数值上系统研究了构成光子晶体单元的两者材料的不同介电常数比值对光子晶体能带平整性的影响.研究结果表明,通过降低介质柱周围的介电常数可以获得较好的平带,从而为获得和进一步研究光子晶体近平带提供新的方法.     

含有缺陷的二维光子晶体能带特性

为进一步研究有缺陷光子晶体的能带特性，并以此作为光子晶体器件的设计理论依据，利用倒易空间的概念，得到了正方晶格的最小布里渊区的分布、采用时域有限差分加Bloch边界方法得到了二维光子晶体的能带特性．结合超元胞的方法计算了含有点缺陷和线缺陷的光子晶体的特性，并且得到了缺陷模式的场分布，通过对能带特性的分析，将对光子晶体的研究从量子阱结构发展到了量子点结构．     

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。     

二维方柱光子晶体的波导特性

具有缺陷的光子晶体,光子频率带隙内将出现局域模,而线缺陷相应地形成一个传输效率很高的光波导.计算了空气中Al材料的旋转四边形直柱光子晶体存在线缺陷时的带结构和态密度,给出了二维方形光子晶体的波导的TM模的电场分布,并讨论了波导耦合的传输效率.