光子晶体负折射的计算机仿真研究

在计算机上采用MATLAB编程进行理想透镜和负折射三棱镜的光路仿真,分析光在光子晶体中的成像条件,重点计算一种典型的二维光子晶体:负折射三棱镜光子晶体的色散特性.结果发现,光子晶体负折射成像的条件是晶体两侧的折射率与晶体折射率必须绝对值相等,晶体的厚度必须大于光源到晶体的距离;光线在进入负折射率光子晶体三棱镜时,会存在一个最大偏向角,负折射三棱镜光子晶体可以通过调节光子晶体的结构参数来改变其色散特性.因此,在实际应用中可以利用光子晶体的色散特性,通过调节相关的结构参数来对分光仪和波分复用/解复用器等光学器件进行相关的性能优化.     

一维三元光子晶体的吸收特性

利用特征矩阵描述了光波在三元光子晶体中的传播,得出了光子晶体的能带特性,即：反射波和透射波中均出现光子禁带。在光子晶体材料介质中考虑吸收,分析了吸收对光子晶体能带的影响,发现随着吸收系数的增大,禁带反射率逐渐减小,一级禁带向二级禁带的过渡变得平缓;同时,禁带透射率迅速降低,禁带宽度逐渐增大,边缘变得模糊直到消失,且吸收系数对透射率的影响较反射率的影响要大。     

含色散特性的负折射材料的一维光子晶体偏振特性的研究

研究了一种含色散特性的负折射材料的一维光子晶体的缺陷模特性,分别研究了TE波和TM波的带隙结构,研究表明,两种模的带隙特性随入射角的变化而变化,高频部分的带隙变化很大,为色散特性的负折射材料在实际中的应用提供了理论指导.     

一维光子晶体的禁带特性

利用传输矩阵法计算并分析了垂直入射下光子晶体的禁带特性. 给出一个实际需要的禁带范围设计方法. 通过调节两个介质折射率和厚度可控制禁带范围, 并探讨了当两种介质的光学厚度均为1/4中心波长时, 光子晶体透射谱与中心波长、 两种介质折射率比值等的变化规律.      

二维椭圆形介质柱光子晶体的负折射成像特性

本文利用时域有限差分方法研究了由椭圆形介质柱组成的二维正方晶格光子晶体平板的负折射成像特性.研究表明对于光子晶体第二个能带中的特定频率区域,靠近晶体平板放置的点光源可以经过矩形光子晶体在另一侧形成一个高质量的实像,并且可以实现有效折射率为-1的负折射现象.     

光子晶体新型材料的研究

本文介绍了光子晶体的基本概念,分析了光子晶体的结构特征,给出了几种理论分析方法和制备方法,并对这种材料的应用和前景进行了展望。     

掺杂一维光子晶体透射谱研究

用传输矩阵法计算模拟掺杂（含缺陷）一维光子晶体模型（ABCnAB）m的透射谱,当n=1,（ABCAB）。的透射谱出现了有规律的共振透射带,具有宽带滤波的特性,当m=10时,（ABCAB）10随缺陷层C的折射率以的变化,禁带中心频率处（1．0ω／ω0）出现了一个带宽由大变小变化的透射带,且每个透射带又分裂为恒定透射率的多个透射峰;当m=10,n为奇数时,模型（ABCnAB）10的透射谱出现奇数个透射带,n为偶数时,出现偶数个透射带,且每个透射带均分裂为9个透射峰。这些特性可用于设计可调性多通道滤波器等。     

平面波展开法计算一维光子晶体能带

通过计算光子晶体的特性,寻找符合要求的的光子晶体微结构是制作光子晶体的必要环节。本文利用平面波展开法研究了无限周期一维光子晶体的能带结构。通过一维光子晶体在不同角度传播时的能带结构可以看出,TE模和TM模能带结构随着传播角度的变化趋势却并不相同：在00到450范围内,TE模的第一带隙宽度变化不大主要是位置有些移动;而TM模的除了第一带隙的位置移动外第一带隙的宽度也明显在逐渐减小,尤其在450时第一带隙完全消失,这样在450附近一维光子晶体就会出现明显的偏振现象。这与用特征传输矩阵法所得到的结论是一致的。     

双凹曲面结构光子晶体的聚焦特性及负折射效应

光子晶体由在一块均质电介质板上垂直平行地所钻的空气孔构成,此结构的光子晶体对在其中传播的平面波能高质量地被聚焦,同时显示出很强的远场聚焦.笔者对频率为0.19 Hz(2πc/a)的激发Bloch波模进行模拟,发现在近布里渊区(Brillouin tone)边界附近出现负折射现象.     

一维光子晶体光学传输特性的研究

光子晶体作为一种新型的材料,由于其独特的性能和广泛的应用前景,使得它从1987年提出光子晶体概念到现在的短短十来年时间里,得到飞速的发展.文章主要研究光在一维光子晶体中的传输特性.     

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.     

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。     

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.     

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.     

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。     

光子晶体自准直型光功分器的设计与优化

基于光子晶体的自准直效应,通过在完整光子晶体中引入线缺陷实现光传输方向的改变,并通过改变介质柱的有效折射率设计了一种1×2光功分器。由平面波展开法计算的等频率线图得出自准直光束的传输频率和传输方向。采用有限时域差分法模拟计算器件性能,结果表明所设计的光功分器能有效地实现输入光束能量的均分,且输出能量的比值可通过调节线缺陷介质柱的有效折射率来改变。通过在光场输出位置处引入减反射层有效地使输出效率提高到93.7%。所设计的光功分器体积超微,结构简单,在未来的高集成度的光子集成回路中具有广泛的应用价值。     

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。