光子带隙结构时域仿真

为了研究光子晶体的能带，利用时域有限差分方法对矩形几何结构的光子晶体进行数值仿真．通过分析光子晶体中电磁场的空间分布和随时间的变化，得到了本征模空间分布与光子能带分布之间的规律．然后通过比较不同波矢和不同能带本征模的空间分布，准确地确定了光子晶体的能带．仿真结果有效地验证了本征模理论，为光子晶体新结构设计提供了重要依据．     

时域多分辨率法分析二维光子带隙结构的色散特性

采用时域多分辨率法分析计算了在TM波情形下二维介质光子带隙结构的色散曲线．分别在介质柱的相对介电常数εr＝10．2，20．2的算例中选取较粗网格(约为细网格的3倍)，其计算结果在精度上与采用细网格的时域有限差分法相同，但均明显地节省了计算内存和时间。     

三角格子式二维光子晶体的光子带结构研究

本对二维光子晶体的电磁波理论及周期介质中的Bloch波解做了详细的推导，给出了光子晶体中的禁带存在的理论依据，同时以三角格子晶格的两维光子晶体为例，验证了空气圆柱在电介质中的排列存在E偏振和H偏振的光子带隙重叠区，称为绝对光子带隙，最后着重阐述了二维光子晶体在实际应用中的最新成果。     

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。     

二维光子晶体完全光子带隙的优化设计

应用平面波展开法推导二维光子晶体横磁场模式和横电场模式主方程,得到两种模式下的二维光子晶体完全带隙,并研究二维光子晶体完全带隙宽度及中心频率位置随填充比和背景介质介电常数的变化规律,从而实现二维光子晶体完全光子带隙的优化.     

斜入射时二维空气孔结构三角形光子晶体的带隙结构

利用平面波展开法推导出光在光子晶体中传播时本征方程的矩阵表达形式,数值求解计算了圆形空气孔结构的正方形光子晶体和三角形结构光子晶体在正入射时的色散曲线及三角形结构光子晶体在斜入射时的色散曲线.这些研究结果对设计和制作光子晶体功能器件具有指导意义和应用价值.计算弁析发现,与正方形结构光子晶体类似,对于二维三角形结构光子晶体,正入射时E波和H波在<10>方向和<11>方向也都会出现带隙,但是带隙宽度比对应的正方形结构的宽许多.二维三角形结构光子晶体在斜入射时,三角形结构光子晶体的色散曲线随着入射角的增大而上升,带隙中心频率也随之增大,但带隙的宽度却随之减小,直至消失.本文研究了斜入射情况下三角形光子晶体的带隙结构和色散特性,所得结论对设计和制作光子晶体功能器件有重要的指导意义和应用价值.     

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。     

二维周期复合介质构成的光子晶体能带结构

用平面波展开法计算复合介质构成的二维光子晶体的能带,计算结果表明当光的波长比介质的非均匀性尺度小很多时,出现较明显的带隙, 在低频段即长波段该种复合介质的光子晶体可以用一等效的单层介电晶体代替.     

二维正方圆柱光子晶体带隙的FDTD模拟

利用时域有限差分方法研究二维光子晶体传输函数理论,计算了各种情况下二维正方圆柱光子晶体的透射率即光传输函数随频率的变化.计算结果表明,对于一定的入射方向,某些频率的光不能在光子晶体中传播即出现所谓的带隙,带隙的宽度与入射光的偏振、圆柱的折射率、有无缺陷等因素有关.     

一维掺杂光子晶体结构参数对带隙结构影响

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：一维掺杂光晶体禁带中心位置出现一个极窄的导带,当杂质前半部分层数给定时,后半部分总存在一个层数,使得禁带中心导带的深度达到最大,在此基础上通过改变基本层厚度发现,禁带中心的导带深度仍然最大,我们可以通过改变基本层厚度厚度,让特定波长的光顺利通过。     

基于介质圆柱结构的复式二维光子晶体禁带研究

为提高二维光子晶体禁带带宽或产生完全禁带, 利用平面波展开法对二维正方排列介质圆柱和三角排列介质圆柱结构以及改变其晶胞形成的复式结构进行了禁带研究。研究结果表明, 对于介质柱结构, 实现禁带中心频率低频化的方式有两种, 即增大介质柱半径和增加介质柱折射率。当采用复式结构时, 一般可形成较大的TM(Transverse Magnetic)禁带, 同时为TE(Transverse Electric)禁带和完全禁带的形成提供了可能。通过改变晶胞结构, 破坏结构对称性是实现完全禁带的一种可行方法。     

用转移矩阵方法计算一维光子晶体的禁带结构

该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．利用此方法计算了不同介电常量、不同几何结构的晶体的禁带特征,并讨论了掺杂后的一维光子晶体光子禁带的变化情况．     

光子带隙型光子晶体光纤的带隙

采用平面波展开法,通过模拟分析带隙型光子晶体光纤空气填充率和介电常数对带隙的影响,对光纤的平面内和平面外带隙特性进行了研究与讨论.     

三角形结构复合二维光子晶体的透射谱

选择3种不同介质柱半径的光子晶体构造复合二维光子晶体,采用时域有限差分方法（FDTD）,计算3种二维光子晶体和复合二维光子晶体的透射谱．结果表明：复合二维光子晶体的禁带宽度近似等于3种光子晶体带隙的叠加结果,结果还表明,随着介质柱半径的增大,光子晶体的带隙向长波方向移动．     

温度对超导光子晶体带隙的影响研究

利用传输矩阵法研究了温度对一维超导光子晶体带隙的影响。计算中同时考虑到材料的热光效应和热膨胀效应。结果表明,低频带隙、第一带隙和第二带隙的带隙宽度均随着温度的升高而降低。各带隙边带随着温度的升高均向低频方向偏移,但各带隙的边带对温度变化的敏感程度各不相同。与不考虑热效应时的带隙情况相比较,考虑材料的热效应后,各带隙的边带均向低频方向偏移。进一步的研究表明,在所研究的温度变化范围内,热光效应对光子晶体带隙结构有较明显的影响,而热膨胀效应对光子晶体带隙的影响相对较小。     

光子晶体中光子的波动方程与光子能带

在矢量波的理论框架上,从麦克斯韦方程组出发推导了光子晶体中光子的波动方程,发现其在形式上与自然晶体中电子的薛定谔方程十分相似.因此,光子晶体中光子的运动将类似于周期性势场中电子的运动,会产生类似的电磁波或光波的"能带"结构,也可以借用固体能带理论的基本方法来研究光子晶体的带隙.     

介电常数呈阶跃型分布的一维光子晶体带结构

借助加速器概念和矩阵转移方法对介电常数呈阶跃型分布的一维光子晶体进行了研究,自动呈现出了光子晶体的带结构,禁带宽度由公式△ω=c/ηx0[π-2/[1＋l/（2x0）]^1/2]给出.结果表明,禁带宽度与宽度比l/x0有关.宽度比l/x0越大,禁带越宽.