光子晶体点缺陷在入射光激励下的响应特性研究

研究了光子晶体点缺陷在入射光激励下的响应特性,通过理论分析可以获得点缺陷的透射谱.分析发现,非线性点缺陷的缺陷模在入射光的激励下发生动态移动,且满足两个特征:首先,入射光功率强度越大,缺陷模移动幅度越大.其次,整个缺陷模的透射率随着功率强度的增大而降低.采用泵浦-探测技术的数值模拟方法可获得非线性点缺陷的动态特征.泵浦光和探测光可以选择不同频率以使缺陷模的特征比较清晰.所得现象与理论分析结果一致.该结论为该类光子晶体的应用提供理论依据.     

光子晶体耦合腔波导中的慢光特性研究

研究了二维光子晶体耦合腔波导的慢光传输特性.利用平面波展开法分析不同结构的耦合腔波导的色散曲线.分析发现,光子晶体耦合腔波导的慢光特性与点缺陷微腔的几何尺寸有关.通过调制点缺陷的半径可以改变慢光导模的中心频率.另外发现,点缺陷微腔间距也是影响耦合腔波导慢光特性的重要参数.增大距离n,零色散点导模的群速度明显下降,可以获得群速度为0.005c的慢光模式,而导模的中心频率变化不大.该分析结果为设计不同要求的慢光波导结构提供重要参考.     

基于二维光子晶体的THz频分复用器件

THz通信及检测等应用领域迫切需要THz窄带滤波及频分复用等损耗小可集成的器件,设计了一种基于光子晶体点缺陷和线缺陷的THz频分复用器。该系统是在空气和高阻硅构成的二维正方形结构光子晶体中设置两个线缺陷实现上下载波导功能,同时设置两个间隔的空气点缺陷实现频率选择功能。利用平面波展开法和时域有限差分方法,分析了这种结构的光子晶体缺陷模特征及线缺陷和点缺陷之间的耦合特征,下载波导输出端的频谱表明在0.927THz和1.184THz处有两个窄带输出峰,当改变两个空气点缺陷之间的硅柱半径时,两个窄带峰的中心频率可调。     

基于泵浦探测技术的非线性光子晶体点缺陷动态特性研究

通过基于时域有限差分技术的数值模拟平台分析了非线性光子晶体点缺陷缺陷模的动态移动特性,采用泵浦-探测法获得非线性点缺陷的透射谱。泵浦光和探测光选择不同的频率以确保探测光不对非线性缺陷模的动态移动特性产生干扰。分析发现,非线性点缺陷的缺陷模在泵浦光的作用下动态移动,移动幅度不仅与泵浦光的能量有关还与泵浦光的频率有关。进一步地从理论上分析了非线性点缺陷的动态移动特性,所得结论与数值模拟结果一致。该结论为设计光子晶体全光器件提供重要参考。     

具有缺陷态的二维光子晶体通讯波长滤波器的结构优化设计

采用平面波展开法分别模拟设计了理想和带有点缺陷与线缺陷的二维光子晶体能带结构;进一步构建具有点缺陷和线缺陷联合结构滤波器,通过改变介质折射率、介质柱半径和背景材料折射率,使点缺陷的滤波中心波长处于光子晶体禁带中的1.31和1.55μm两个主要通迅波长.同时,采用时域有限差分算法模拟滤波器的传播和滤波频谱特性,结果显示,该结构滤波器的滤波频谱中心波长刚好分别位于1.31和1.55μm,透射峰尖锐,显现出优良的滤波特性.     

点缺陷、线缺陷耦合THz波全光开关特性研究

采用基于时域有限差分技术的数值模拟方法,研究了点缺陷和线缺陷复合的光子晶体结构,分析了在不同功率强度下入射光的透射行为。分析结果发现,当入射光频率与缺陷模谐振频率相等时,点缺陷束缚入射光,入射光透射率表现为“断”的状态;当入射光频率与缺陷模中心频率不相等时,入射光透射率表现为“通”的状态。而改变入射光功率强度会使缺陷模的位置发生移动,从而实现了THz波透射率调制的功能。该结论为设计THz波全光开关提供了重要依据。     

B32-LiAl点缺陷结构的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法,计算B32-LiAl金属间化合物的基本物性及其点缺陷结构的几何、能态与电子结构.通过对不同点缺陷结构形成热与形成能的计算与比较,分析和预测了B32-LiAl金属间化合物中点缺陷结构的种类与存在形式.结果表明:B32-LiAl金属间化合物的点缺陷主要是在Li子晶格上出现空位缺陷与在Al子晶格上出现反位缺陷.基于晶体总电子态密度与电荷密度分布等电子结构信息,对上述计算结果进行了初步分析.     

光子晶体加速结构的初步研究

用有限差分法计算了由金属棒按三角形晶格分布的二维光子晶体的带隙图,计算结果表明:当金属棒半径a和棒间距b比值小于0.2时,二维光子晶体只有一条带隙,即若引入缺陷,可约束主模、抑制高次模.采用Microwave Studio计算了该种光子晶体微波加速结构的场型分布,结果显示当a/b＜0.2,类TM01模在缺陷中传输,类TM11模(横向模)能传出光子晶体.另外计算了结构尺寸公差对行波单元谐振频率的影响,还模拟计算了带有测试探针的由3个PBG单元构成的谐振腔的S参数.     

磷酸钇晶体物理性质及本征缺陷的研究

运用GULP软件并采用已有的势参数计算了理想YPO_4晶体的物理性质和本征缺陷,得到的晶体结构参数与实验结果基本吻合.根据计算得到的力学性质表明,YPO_4晶体在(100)方向的抗应变能力最强.对YPO_4晶体的热学性质的计算结果表明,不能忽略在高温条件下振动熵对YPO_4晶体本征点缺陷形成能的影响.由本征点缺陷形成能的计算结果得知氧空位和氧的弗伦克尔缺陷在晶体中相对容易形成.     

二维函数光子晶体波导带隙和电场分布的调制

在二维函数光子晶体波导中, 研究介质柱介电常数对带隙结构的调制, 以及波导中加入点缺陷时, 点缺陷介质柱介电常数对电场分布和光传播方向的调制. 结果表明： 当二维函数光子晶体波导中不含点缺陷时, 改变波导中介质柱介电常数的参数b和k值, 可调节波导的禁带数目、 禁带位置、 缺陷模的数目和位置;  当二维函数光子晶体波导中含点缺陷时, 改变点缺陷介质柱介电常数的参数b和k值, 可改变电场分布和光的传播方向.       

有旋转六角洞的光子晶体的最大绝对带隙和缺陷模

研究有旋转六角洞的三角点阵二维光子晶体的带结构,探索单元核几何对称性减少对绝对带隙值和局域缺陷模频率值的影响。对洞的中等旋转角,我们揭示此结构的最大绝对带隙可以获得,且该角依赖于洞的半径和背景材料的折射指数。我们也研究了由洞的缺失产生的缺陷模的特点,讨论了此结构模的可调性。     

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。     

立方晶体中点缺陷振动表示模与偏振喇曼强度的对应关系

推出了立方晶体中随机分布的点缺陷分别经历Ｃ２［１００］，Ｄ４［１００］和Ｄ３［１１１］取向操作前后１１个不同偏振喇曼强度的相对分布与点缺陷振动表示模的对应关系．结果显示，Ｔ，Ｃ２［１００］操作组合可将２５种表示模分为１４类，其功能接近理论极限．因而Ｔ，Ｃ２［１００］操作组合提供了一种直接根据偏振喇曼数据确定立方晶体中点缺陷振动表示模的优化方法．     

复折射率介质一维光子晶体的透射特性

设计一种缺陷层为复折射率介质的一维光子晶体,并利用量子传输矩阵计算光波的透射率.结果表明:缺陷层为复折射率介质结构的光子晶体,其缺陷模个数随缺陷层厚度的增加而增加,缺陷模位置随常规介质厚度的增加向波长较小的方向移动.     

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式研究

利用传波矩阵方法,计算了电磁波在带有缺陷的一维光子晶体中的传波。数值计算表明,在只有一个缺陷层时,缺陷模式频率与缺陷层在光子晶体中的位置无关,当有两个缺陷层出现时,缺陷模式频率与缺陷层在光子晶体中的位置是有关的。另外,计算也表明,缺陷模式频率对缺陷层材料的折射率变化是非常敏感的。     

缺陷对周期螺旋波动力学行为的影响

在改进F itzHugh-N agum o模型基础上得到缺陷对周期螺旋波动力学行为影响的研究模型,对缺陷影响周期螺旋波动力学的模型进行数值模拟,研究缺陷影响后周期螺旋波的演化。结果发现,当缺陷的中心位置不动且离波头中心足够远时,半径比较小的缺陷对波头没有影响;随着缺陷半径的增大,波头会小幅度地远离原位置;如果缺陷半径继续增大,则会出现波头大幅度地远离原位置及波头消失的现象;缺陷影响前后螺旋波波头的周期不变。     

非线性光子晶体缺陷对单向透射特性研究

采用基于时域有限差分技术的数值模拟计算和时间耦合模理论,研究了引入Kerr非线性的光子晶体缺陷对的非对称透射特性,侧重于找到提高缺陷对的最大透射率及透射对比度的方法.结果表明,这种由2个不同尺寸但具有相同谐振频率的缺陷对组成的结构具有单向透射特性,理论分析也验证了数值模拟结果,并且适当错开两缺陷共振频率的位置,可以使缺陷对结构的最大透射率及透射对比度都有很大的提高.     

一维光子晶体本征模频率

利用传输矩阵法,严格推导出了一维光子晶体中的本征模频率方程,该本征模频率也就是缺陷模频率,它依赖于缺陷材料的光学常数、大小以及缺陷的类型;不同类型的缺陷会导致其相应的能级类型发生变化.