基于聚苯乙烯模板的二维光子晶体的制备

给出了一种制备聚苯乙烯小球蛋白石结构光子晶体,并运用单层聚苯乙烯小球为模板制备了一系列二维光子晶体的方法,包括α-Fe_2O_3二维碗状光子晶体和ZnO柱二维光子晶体结构,并通过大面积反射谱测量了聚苯乙烯胶体光子晶体的光子带隙.聚苯乙烯小球模板法制备方法简单,成本低,重复性好,而且是大面积生长,为制备各种形貌的二维光子晶体提出了新思路.     

光子晶体光纤在通信网络中的应用分析

光子晶体与光子晶体光纤以其非同一般的特性,在通信系统中将得以广泛应用。本文结合光子晶体光纤的特性,分析了光子晶体光纤在通信网络中的应用价值及应用前景。     

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。     

Matlab模拟干涉光束参数对光子晶体结构的影响

光子晶体作为一种新型人工周期性电介质材料,具有广泛的应用前景.激光全息干涉法是制备光子晶体的最有前途的方法之一,它利用多束相干光束干涉的原理制备光子晶体结构,由于此不同的光学参数对制备的光子晶体结构会产生重要的影响,采用实验研究效率较低,而通过数值模拟可以从理论上确定干涉图案的光强分布,并得到直观的模拟图案,因此先使用计算机进行模拟光学参数影响的研究是十分必要的.本文根据多光束干涉的理论模型,使用Matlab模拟得到了多光束干涉形成的二维光子晶体结构.同时,根据计算机模拟结果,研究了光束的偏振角、方位角、极角、相位等参数对干涉图案的影响.通过模拟发现,方位角影响着干涉结构的对称性;偏振角的改变会引起干涉图案光强极大值和极小值的大小和绝对位置发生改变;相位的改变对干涉结构较小,但在实验中为提高制备的精确性,应该考虑相位的影响;极角影响着光强的空间分布.因此,本文为逆推特殊光子晶体结构的干涉光束参数提供了帮助.     

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.     

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。     

等效折射率模型分析二维光子晶体微谐振腔模态

 采用数值计算方法,利用等效折射率模型研究不同折射率材料制造的二维光子晶体微谐振腔的模态。发现可以通过增加薄膜厚度达到良好的光子局域化。讨论了薄膜层材料折射率分别为n=3.42,2.50,1.80,1.60,薄膜层厚度分别对应为0.1529,0.2182,0.3341,0.4003μm,其等效折射率分别对应于2.81,2.23,1.52,1.38时,达到良好光子局域,说明介质材料与空气折射率差值小的光子晶体微谐振腔结构若要有好的光子局限能力,除了需要靠介质材料本身的全反射效应外,还需有足够厚的膜层厚度。从而找到一个能控制光场分布同时维持单模振荡的机制,揭示微谐振腔体薄膜层厚度对模态影响,为实际研制具有高质量微谐振腔提供了一种较好的预估手段。     

Three-dimensional control of light in a two-dimensional photonic crystal slab

Optoelectronic devices are increasingly important in communication and information technology. To achieve the necessary manipulation of light (which carries information in optoelectronic devices), considerable efforts are directed at the development of photonic crystals--periodic dielectric materials that have so-called photonic bandgaps, which prohibit the propagation of photons having energies within the bandgap region. Straightforward application of the bandgap concept is generally thought to require three-dimensional (3D) photonic crystals; their two-dimensional (2D) counterparts confine light in the crystal plane, but not in the perpendicular z direction, which inevitably leads to diffraction losses. Nonetheless, 2D photonic crystals still attract interest because they are potentially more amenable to fabrication by existing techniques and diffraction losses need not seriously impair utility. Here we report the fabrication of a waveguide-coupled photonic crystal slab (essentially a free-standing 2D photonic crystal) with a strong 2D bandgap at wavelengths of about 1.5 microm, yet which is capable of fully controlling light in all three dimensions. These features confirm theoretical calculations on the possibility of achieving 3D light control using 2D bandgaps, with index guiding providing control in the third dimension, and raise the prospect of being able to realize unusual photonic-crystal devices, such as thresholdless lasers.     

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。     

基于光子晶体技术的光通信器件的研究

光子晶体由于在光学集成方面具有的独特优势,基于光子晶体技术的光通信网络系统成为当今研究的热点。本文简单介绍了光子晶体应用在光纤、光开关等方面最新的光通信器件,对器件原理、功能进行了阐述。文章对这些实现技术的特点进行了详细的分析和比较,最后给出了结论和展望。     

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.     

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.     

二维光子晶体不可约布里渊区及其能带结构的研究

在固体物理中,通常认为对于给定的晶格来说,晶体的不可约布里渊区（IBZ）是给定的,是不变化的.实际上,对于由同样的晶格构成的不同的晶体（晶体=晶格＋基元）而言,由于基元的对称性以及取向和配置等原因,使得晶体的对称性不同于晶格,此时,晶体的IBZ要发生变化.本文通过一个二维光子晶体的具体事例说明,随着基元取向的改变,IBZ也在随着变化.当晶体的对称性低于其晶格的对称性时,晶体的IBZ扩大为整个第一布里渊区.     

孔雀羽毛的纳米结构生色机理及其仿生结构器件的应用初探

孔雀羽毛的绚丽色彩启发人们考虑是否能够将羽毛的结构色和动态色中的光子晶体应用于印刷品、纺织品中。通过采用光学显微镜和扫描电镜等手段对孔雀羽毛的微观结构进行了分析,并参照二维光子晶体结构模型,深入探讨混合色的形成机理及结构变化因素对颜色合成的影响。同时结合纳米仿生制备技术,提出了人工仿生结构生色思路,初步探讨结构生色在印染、纺织等领域的应用前景。     

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.       

垂直沉积法自组装胶体光子晶体的研究进展

光子晶体是一类电介质常数非均匀分布的人工材料,由于其折射率的非均匀分布对入射电磁波的调制会产生类似于半导体能带结构的光子带隙特性.自1987年提出光子晶体的概念以来,采用自组装方法制备胶体晶体已成为近年来的光子晶体领域的研究热点.基于垂直沉积的自组装方法因具有设备简单、经济,制备周期短, 晶体层厚可控等优点而受到日益广泛的重视.本文阐述了垂直沉积法自组装的机理、实验方法、缺陷控制、应用研究等方面的最新进展,并对垂直沉积法自组装光子晶体的发展趋势及前景作了介绍.     

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。     

多光楔板制作大面积光折变光子微结构

提出了一种制作大面积光子微结构的简便方法,利用多光楔板产生大面积的多光束干涉,在光折变晶体中制作出了大面积的周期性光子微结构和准周期性的光子准晶微结构。该方法简便易行,系统稳定性好,无须复杂的调节装置,制作效率高。使用导波强度图像、远场衍射图样、布里渊区光谱成像等方法对制作的大面积光子微结构进行了验证和分析。设计不同的多光楔板,可以制作出多种更复杂的大面积光子微结构。通过适当的处理,制作的大面积光子微结构可以长久地固定在光折变晶体中,也可以擦除后用于制作新的结构,这在集成光学和微纳光子器件领域具有良好的应用前景。     

Trapping and emission of photons by a single defect in a photonic bandgap structure

By introducing artificial defects and/or light-emitters into photonic bandgap structures, it should be possible to manipulate photons. For example, it has been predicted that strong localization (or trapping) of photons should occur in structures with single defects, and that the propagation of photons should be controllable using arrays of defects. But there has been little experimental progress in this regard, with the exception of a laser based on a single-defect photonic crystal. Here we demonstrate photon trapping by a single defect that has been created artificially inside a two-dimensional photonic bandgap structure. Photons propagating through a linear waveguide are trapped by the defect, which then emits them to free space. We envisage that this phenomenon may be used in ultra-small optical devices whose function is to selectively drop (or add) photons with various energies from (or to) optical communication traffic. More generally, our work should facilitate the development of all-optical circuits incorporating photonic bandgap waveguides and resonators.     

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。