具有复介电常量对称结构一维三元光子晶体透射谱的研究

利用传输矩阵法理论,研究含复介电常量对称结构一维三元光子晶体的光传输特性。结果表明：当各层介质的介电常量均为实数时,在较宽的禁带范围内出现一条透射率为100%的透射峰;当介质介电常量含正虚部时,禁带中的透射峰出现透射衰减现象,若含有负虚部时,透射峰则出现透射增益现象;随着复介电正虚部的增大,透射峰出现单调衰减,而随着复介电负虚部绝对值的增大,透射增益达到一极大值,随后减小;在不同介质层引入复介电常量引起透射峰的透射率衰减或增益强度不同。这些特性对设计光放大器、衰减器等新型光学器件有一定的参考价值。     

光子晶体势阱中的共振透射模

引入简单镜像对称的一维二元光子晶体结构模型,应用传输矩阵方法研究在该镜像对称的一维二元光子晶体结构模型两端加入高折射率介质时的光子带隙结构.结果表明,加入较高的折射率介质时,光子晶体原来的带隙结构中存在的窄的共振透射峰变宽,且随着势垒的不断增加,分裂的共振峰变得越来越细,中间的共振峰透过率一直保持在100%,而两侧的峰高则有所降低;当两端加入的介质折射率进一步提高,这时共振透射峰分裂为3个窄的共振透射峰,同时还在其他波长处出现多个窄的透射峰.这种带隙结构可以用来设计优异理想窄带滤波器.     

含双负介质一维光子晶体的量子阱结构研究

采用传输矩阵法研究一维光子晶体(AB)m(ACABACA)n(BA)m的透射谱,结果发现:无论C层为双正介质还是含双负介质,在归一化频率1.0ω/ω0处均构成对称分布的光子晶体量子阱结构,并在光量子阱透射谱的相应频率位置出现对称分布的共振透射峰,呈现明显的量子化效应.当C层为双正介质时,透射峰数目等于n+1且位置可调;当C层为双负介质时,出现数目与n的奇偶性相关的透射峰.     

实现双系多通道光滤波功能的双周期光子晶体结构

用传输矩阵理论,研究了双周期一维光子晶体结构模型（AnBn）m的光传输特性。结果发现：当光正入射通过光子晶体时,光予禁带内有两个区域出现多条窄带透射峰,其透射率均为100％,两区域的透射峰数目可单独由周期数M来控制,且与M-1数值对应,可实现双系多通道光滤波功能;随着周期Ⅳ的增大双系出现互相靠拢的趋势,同时双系透射峰会越来越锋锐,即周期数Ⅳ的增大起到提高光滤波品质的作用;随着介质折射率的增大,双系透射峰带宽均变宽,而且透射峰劈裂变为振荡峰。双周期结构光子晶体的光传输特性,对设计双系多通道滤波器具有指导意义。     

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.     

复介电缺陷对称一维三元光子晶体传输特性的研究

利用传输矩阵法,研究了具有复数电常数缺陷对称一维三元光子晶体的透射谱和增益特性.结果显示,无论加入奇数个还是偶数个缺陷,在第一禁带和第二禁带中分别出现了透射峰A和透射峰B.在缺陷层介电常数的虚部为负值时,缺陷模B表现出良好的增益效果;在缺陷层介电常数的虚部为正值时,缺陷模A表现出一定的增益特性,含6缺陷的增益效果比较明显.     

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。     

介质光学厚度对光子晶体透射峰带宽的影响

利用传输矩阵法理论,研究介质光学厚度对一维光子晶体（CBA）,（ABC）,透射峰带宽的影响,结果发现：介质光学厚度对光禁带中的透射峰带宽的影响规律明显,当A层介质的光学厚度增大时,透射峰带宽变宽;当分别增大B或者c层介质光学厚度时,透射峰带宽却均变窄;透射峰带宽对各介质光学厚度的响应灵敏度不同,尤其是对c层介质光学厚度的响应最为灵敏,而对A和B层光学厚度的响应灵敏度相当。介质光学厚度对透射峰带宽的这种影响规律,可为光子晶体设计不同频率范围的高品质光学滤波器和光开关等提供理论指导。     

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．     

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.     

分形光子晶体频谱的自相似特性及应用

研究了分形康托结构光子晶体频谱的自相似特性,用光传输矩阵方法计算光的传输和反射系数.结果表明,分形康托多层结构频谱具有明显的自相似特性,这种频谱的自相似特性是由于结构的自相似性引起的.和普通光子晶体不同的是分形光子晶体同时具有阻带和缺陷的功能,即在阻带的中间产生了缺陷模.并研究了影响阻带特性的因素及这种结构的应用.     

一维光子晶体的光子带隙研究

通过改变一维光子晶体的周期排列常数、两种介质的折射率比观察了电磁波在光子晶体中的光子带隙(PBG)行为.当两种介质的排列周期常数a:b=1:1和1:2时,发现光子晶体在可见光区存在一个很宽的频率截止带,即光子带隙区.另外,当两种介质的介电常数比εα:εb小于1:5,在可见光区无光子带隙存在;而当该比率大于1:5时则出现一个很宽的光子带隙.说明两种介质的介电常数比对光子带隙的影响很大,该比例越大,越容易获得光子带隙.     

机械可调一维光子晶体

设计了机械可调的一维光子晶体，它由沉浸在空气中的多层高折射率介质构成．通过数值计算验证了这种晶体的可调性．计算结果表明，均匀改变介质层之间的距离，会使带隙的位置发生变化；如果改变某空气层的厚度，会在光带隙中产生缺陷态，缺陷态的位置随该空气层的厚度的改变而改变．这种调节方法具有快速、非破坏性、连续调节等优点，     

Novel 1-D Sandwich Photonic Bandgap Structure

A sandwich photonic bandgap (PBG) structure is a novel PBG structure whose periodic lattice is buried in the middle of a substrate. Neither drilling nor suspending the substrate is required, and the integrity of the ground plane is maintained. This paper presents several modification techniques for sandwich PBG structure fabrication. The forbidden gap can be improved by adopting the chirping technique, applying the tapering technique, enlarging the periodic elements, adjusting the location of the periodic lattice in the substrate, and using different dielectric media H-shape elements. A finite difference time domain method is applied to analyze the structures. Deep and wide stopbands can be obtained using the modified sandwich structures. Experimental measurement results agree well with the theoretical analysis.     

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.     

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。     

三维有序光子晶体制备及其光学表征

利用重力自组装方式获得了聚苯乙烯(Polystyrene,PS)微球三维有序结构的光子晶体模板.借助毛细管力作用,将BPS(B2O3-P2O5-SiO2)溶胶填充到PS蛋白石模板,制备出层数可控的PS蛋白石及网状BPS反蛋白石模板.吸收及透射光谱表明,光子带隙位置因PS固化时收缩而表现出较大幅度的蓝移.XRD衍射图表明BPS在烧结过程中,随温度升高,BPO4晶相增加,将影响BPS骨架结构的介电常数.     

一种新型的光子晶体压力传感器

通过研究带缺陷的一维光子晶体受压力后光带隙性能的变化，提出了改进型光子晶体压力传感器的理论模型．计算表明，压力的大小与透射光的波长之间有简单的线性对应关系，这样，就可以通过测量光子晶体的光带隙性能来判断压力的大小，也可以通过施加载荷来调制透射光的波长。