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.     

瓶刷型嵌段共聚物PS-b-PtBA热压自组装制备一维光子晶体

通过对降冰片烯官能化的聚苯乙烯(NB-PS)和聚丙烯酸叔丁酯(NB-PtBA)大分子单体进行顺序开环易位聚合(ROMP)制备主链聚合度100:100的瓶刷型嵌段共聚物PS-b-PtBA.PS-b-PtBA在加热状态下通过外加压力驱动本体相分离实现快速自组装,形成有序的层状纳米结构,制备一维光子晶体(1D PCs).通过...     

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.     

二维光子晶体波导传输分析

光子晶体是一种新兴的光学结构,其优异的光学特性可以用于制造各类光子晶体器件。本文在完整的光子晶体中引入缺陷,构造出光子晶体波导。将时域有限差分方法应用于二维光子晶体缺陷特性的分析,设计了L型、U型、直线点缺陷型等几种光子晶体波导结构,对其时域能量传输特性进行了分析,其研究结果为光子晶体传输器件的设计和制作提供了一定的理论依据。     

二维光子晶体波导输出端的能量分布

利用惠更斯原理计算了光通过光子晶体波导入射到真空中的能量分布情况.采用的具体模型是二维正方格子旋转正方空气散射子光子晶体波导(PCW),发现传导模在PCW与真空的分界线上能量分布越发散,在真空中能量传播的越远.而加大线缺陷的宽度可以使能量衰减较为缓慢,所以也可以加大能量传播范围.     

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．     

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.     

光子晶体及其应用研究

对光子晶体的性质和应用,如光局域化或光子晶体波导,甚至于是沿着一个很尖锐的弯曲的光子晶体波导能力,以及光子晶体激光器,进行了讨论.在这一技术领域,有许多基础方面的特点被认为是正确的,但却没有给出严格的证明.这是由于下列两方面的原因,第一是这个新领域发展的非常迅速,第二是由于在光子晶体中分析电磁波是很困难的,除了使用计算机去得到定量结果外,没有别的选择.板型的光子晶体(带有一个周期性空洞系统的高折射率板片),对高集成的光电路器件来说,也许是最佳结构.     

缺陷模带隙一维光子晶体的简捷制备

提出一种制备具有缺陷模带隙光子晶体实验技术思路.采用激光全息光刻方法,以夹角不同两束干光对感光物质进行两次光刻曝光,在曝光重叠区域可获具有缺陷模带隙一维光子晶体.调节入射光角度可改变缺陷模位置.研究供了简捷制作缺陷模带隙光子晶体一种实验技术思路,对缺陷模低阈值激射具有应用研究价值.     

一维有限光子晶体中的单个缺陷

在一维有限光子晶体中利用传输矩阵推导了其反射和透射系数,并讨论了单个缺陷位置对透射系数的影响,发现单个缺陷在晶体中不同位置具有相同的缺陷模频率,但其透射峰具有不同的高度,同时当缺陷在晶体中心时,其透射峰最高。     

利用FDTD计算三维光子晶体缺陷中电磁波的传输特点

采用时域有限差分方法,将麦氏方程转变为差分方程,并以三维光子晶体的点缺陷和面缺陷为例,分析了电磁波在缺陷中的传输特点。结果表明,缺陷球粒的大小,缺陷层的厚度,相对介电常数的大小均对电磁波的传输产生影响。     

改进的图像增强直方图统计方法

为了在不增加图像增强算法复杂度, 便于硬件实现的同时得到更加清晰自然的图像, 提出了一种新的直方图统计方法。给出了改进的直方图统计和分布调整算法, 将亮度控制与直方图分区域均衡相结合, 对直方图整体分布进行修正, 以改进亮度饱和问题; 采用固定的直方图分割点分区域均衡直方图, 通过均衡后的直方图映射出增强后的图像。实验结果表明, 该方法在计算量增加较少的情况下图像具有较好的增强效果, 既避免了图像亮度出现过饱和的现象, 又突出了图像细节, 视觉效果明显优于传统方法。     

二维内嵌结构式光子晶体带隙特性研究

针对正方晶格光子晶体因带隙特性较差而使其应用受到一定限制的问题, 设计一种新型内嵌结构式二维光子晶体, 即在普通正方晶格光子晶体内部嵌入同类晶格的光子晶体。同时对介质柱型和空气孔型光子晶体分别进行了仿真实验。结果表明, 采用内嵌结构式光子晶体后, 无论是介质柱型还是空气孔型光子晶体, 都较普通正方晶格光子晶体的带隙条数增加2～10条, 带隙率也均有了显著提升。该方法是进一步寻求完全禁带正方晶格光子晶体结构的有效方法。     

一维类梳状波导光子晶体的频率带隙宽度

一维类梳状波导是由在一维主链上周期性接枝而形成的光子晶体,利用界面响应理论可导出波导的色散关系,据此分别讨论了这种光子晶体的带隙宽度与波导接枝参数之间的关系,接枝的介电常数和长度的变化将会使对带隙的宽度发生改变,通过数值计算发现,对于不同类型的接枝,参数变化引起的带隙宽度的变化趋势基本相同,而不同的参数产生的影响则有很大差别。特别的,当参数变化至某些特定点时带隙将会消失,这和其他类型的光子晶体完全不同,带隙的消失不是因为缺陷而仅仅是因为参数改变的影响。     

由正负折射率材料构成的Thue-Morse序列光子晶体的共振光传输

讨论了由正折射率材料和负折射率材料构成的Thue-Morse序列光子晶体的共振光传输特性。利用传输矩阵法，得到传输矩阵元的逆推关系式及透射率。数值计算结果表明，类似于普通材料构成的TM序列光子晶体，含负折射率材料的此种多层系统的完全透射态也存在自相似排列。     

在乙醇介质中制备SiO2光子晶体及其表征

以乙醇为介质,用二氧化硅球沉降法制备有序性较好的人工欧泊(Opal),并对二氧化硅球排布进行了显微形貌及透射谱表征.结果显示二氧化硅微球有序堆积,其结构为类面心立方晶型,与目前的理论研究结果符合得很好.     

光子晶体的制备及其应用

介绍了光子晶体的基本概念、主要特征及其制备方法和应用前景。     

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。