金属-石墨烯光子晶体复合结构多带光吸收器设计中金属材料的选择

研究表明,具有金属-石墨烯光子晶体-金属结构的光吸收器可实现多带吸收。这种光吸收器是在由石墨烯和介质材料构成的石墨烯光子晶体两侧加载金属层构成。所加载的金属材料的光学特性对多带吸收特性具有很大的影响。采用金属介电常数的Drude-Lorentz色散模型和传输矩阵法,比较分析了七种金属材料在可见光波段对光吸收器多带吸收特性的影响。发现金属银适合做光吸收器入射空间一侧的金属层材料,而金属铝、银、金和铜适合做衬底层材料。进一步的计算发现,只使用银做加载金属材料可实现一致性好、制作容差大、吸收带宽窄的多带光吸收器。研究结果对实际多带光吸收器的设计提供了参考。     

基于全反射的二维光子晶体异质结的光波单向传输研究

基于全反射原理,设计出一种实现光波单向传输的二维光子晶体异质结构。该异质结由两种结构相同、材料分布不同的二维四方晶格光子晶体叠加而成。文章分析了异质结接触面角度对光波单向传输的影响和光子晶体晶格常数对光波调节范围的影响。研究发现:光子晶体异质结接触面在满足全反射条件的基础上,即使两种光子晶体在所研究波段都是导带,光波亦可实现单向传输,降低了对结构的要求。并且,对于所选材料及结构,当异质结接触面与水平方向夹角为45°,单向传输效果最好。此外,光波单向传输范围随着晶格常数的增加向长波方向移动。     

填充率对类石墨烯结构磁振子晶体狄拉克点的影响

提出了类石墨烯结构的磁振子晶体模型,它是由铁(Fe)圆柱按照石墨烯结构(蜂窝状结构)排列在氧化铕(EuO)基底材料中构成的一种二维周期结构磁性复合材料系统。接着利用本课题组提出的改进平面波展开法,数值计算研究了磁振子带结构。结果表明,在一定的体积填充率下会有自旋波带隙的出现,同时由于类石墨烯结构的对称性,在布里渊区K点处出现了磁振子狄拉克点。磁振子是不同于光子和声子的又一种玻色子,人工磁振子晶体中狄拉克点的发现不仅丰富了凝聚态拓扑物理学的研究内容,同时有望为微波领域内的自旋波拓扑器件的制作提供思路和理论基础。     

一维光子晶体的吸收特性与电场分布

考虑一维光子晶体的吸收特性与电场分布,分析了吸收介质和激活介质缺陷对光子晶体吸收率的影响,并分别计算了有缺陷和无缺陷时的电场分布.     

考虑损耗时拉曼放大泵浦光的偏振效应

利用高非线性和较大吸收损耗的光子晶体光纤制作光纤拉曼放大器,是当前的一种趋势,这导致泵浦光非线性旋转效应明显增强.本文在考虑吸收损耗条件下,研究了泵浦光的非线性旋转问题,首次得出了连续光条件下的解析解.结果表明,输入线偏振光与圆偏振光都不会产生非线性旋转,只有椭圆偏振光才有非线性旋转.旋转是绕着邦加球的纬线进行,s_3保持不变.随着吸收损耗的增加,有效长度变小,相对的旋转速度变慢.这表明,如果光纤对于泵浦光的吸收越强,越有利于拉曼放大.     

实现双偏振光波信号单向传输的二维光子晶体异质结构设计

将全反射引入到异质结交界面,设计了一种双偏振态下可以实现光信号单向传输的二维四方晶格固固光子晶体异质构。该异质结构是由硅柱嵌入二氧化硅背景材料的光子晶体和二氧化硅柱嵌入硅背景材料的光子晶体叠加而成。该结构实现了光通信中心波长1 550nm附近的双偏振态光波信号单向传输。分析了不同偏振态下的能带结构,结果表明:由于在异质结交界面处的全反射耦合作用,该异质结构不再受到方向能带的束缚,实现了光波信号的单向传输。此外,还优化了结构周期和输出波导宽度,使得TM和TE偏振的单向传输效果得以增强,对比度提高,并且拓宽了单向传输范围。     

含氧空位的CaMoO4晶体电子结构和光学性质的研究

用CASTEP软件包对含氧空位的CaMoO4(CMO)晶体进行了结构优化,计算了含氧空位的CaMoO4(CMO)晶体和完整CMO晶体偏振光的电子结构、介电函数和吸收光谱.计算表明,CMO晶体光学性质表现出各向异性,且其对称性与晶格结构几何对称性一致.计算得到的吸收光谱表明,完整的CMO晶体在可见光和近紫外线范围内不出现吸收带,而含氧空位的CMO晶体的吸收光谱却在1.84 eV(673 nm)处出现一个峰.CMO晶体中680 nm的吸收带的出现与CMO晶体中氧空位的存在相关.     

含单负材料的一维光子晶体异质结构的缺陷模分裂

由两种单负（负介电常数或负磁导率）材料交替堆叠而成的一维光子晶体异质结的周期结构中,发现了缺陷模的孪生分裂现象。在此异质结中,仅有一光子晶体存在零有效位相（zero-φeff）带隙。计算结果显示,随着异质结的周期数增加,（zero-φeff）带隙内的缺陷模将发生分裂,分裂后的缺陷模对称地分布在带隙中央的两侧。当异质结的周期数为偶数时,总能在（zero-φeff）带隙中找到两缺陷模,其频率与异质结的周期数为2时的缺陷模相同;对应这两缺陷模频率的电场在异质结构中传播时,呈周期的丛生状分布。     

近红外光区一维光子晶体高反射镜的设计

研究设计了适用于近红外光区(1 000～2 000nm)且具有异质结构的一维光子晶体宽禁带高反射镜.选取TiO2和SiO2两种常见材料构造一维光子晶体的异质结构,采用传输矩阵的方法计算光子晶体的反射率;并通过数值模拟分析横磁波(TM)和横电波(TE)从空气介质中入射时光子晶体的反射谱.结果表明:设计的具有异质结构的一维光子晶体对TM波在0°～20°和TE波在0°～25°均有较高的反射率(大于0.999 98).设计的宽禁带高反射镜是为了适应可调红外气体激光器和半导体红外可调器谐振腔激光技术发展的需要,也可代替带宽窄、反射率低的传统反射镜应用于各种近红外光谱仪.     

转移矩阵方法与一维光子晶体带结构和反射谱特征

利用转移矩阵方法研究了一维光子晶体的带结构和反射谱特征,并用数值分析进行了仿真。稳定性和反射谱分析表明,晶体出现了带结构。而光子晶体的带结构与它的具体参数有关,只需适当选择这些参数,就可以有效地调节光子晶体的带结构,并按需要得到不同光学性能的光子晶体。     

基于缺陷磁流体光子晶体的磁场传感器研究

基于磁流体的折射率可随外磁场的变化而变化,提出利用传统的电介质材料和磁流体构成含缺陷的光子晶体结构来实现磁场传感。光子晶体缺陷层可以是传统的电介质,也可以是磁流体。利用传输矩阵法比较研究了两种情况下的磁场传感特性。计算结果表明,两种结构的缺陷模特性随光子晶体结构参数的变化规律基本相同,但以磁流体为缺陷层的缺陷光子晶体结构具有相对较高的探测灵敏度。研究结果为实际磁场传感器的设计、制备提供了参考。     

交换场和非共振光对单层MoS2能带结构的调控

基于紧束缚近似下的低能有效哈密顿模型,研究了外部磁近邻交换场和非共振圆偏振光对单层二硫化钼（MoS₂）电子能带结构的调控.研究结果表明,磁近邻交换场能有效调控导带和价带的自旋劈裂,单层MoS₂ K谷附近能隙随着非共振圆偏振光引起的有效能的增大而增大,K′谷附近能隙随着非共振圆偏振光引起的有效能的增大先减小后增大,实现半导体-金属-半导体转变.因而,可以利用磁近邻交换场和非共振圆偏振光将单层MoS₂调制成自旋和光电特性优异的新带隙材料.     

光子晶体光纤超连续谱的产生与偏振特性

通过研究飞秒脉冲在双折射光子晶体光纤反常色散区传输时的偏振特性及对超连续谱展宽的影响,发现在偏振方向与光纤快轴或慢轴重合时,其输出的超连续谱具很好的线偏振.当偏振方向与快轴夹角为45 °时,其输出基本上是圆偏振.由于高的双折射光子晶体光纤有高的非线性和三阶色散,所以可产生高偏振性的超连续谱.脉冲偏振方向与光纤快轴不同夹...     

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.       

周期磁场中运动的电子与光辐射交换能量的机制

电子在右圆极化静磁场中作螺旋线运动。这种运动的电子与光辐射光波相互作用,有可能使电子获得能量,也有可能使电子失去能量。电子能量的得失可以由作用在电子上的力来计算。根据能量守恒,失去的能量由光波吸收,从而实现了激光放大。这就是自由电子激光中激光介质与光辐射能量交换的基本物理机制。     

反铁磁质中右旋和左旋的园偏振波

计算在反铁磁性中沿垂直外磁场方向同时传播的右旋和左旋的园偏振波的磁导率，分析右旋和左旋的园偏振波的磁导率及其色散关系，并计算和讨论在垂直外磁场下，反铁磁质中的法拉第旋转效应。     

一维磁控光子晶体

利用传输矩阵研究结构为(AB)ⁿD(BA)ⁿ和(AB)ⁿDF(BA)ⁿ的一维光子晶体透射特性, 其中D和F层均为旋磁材料, 通过改变其外加磁场, 分析其对透射率的影响. 结果表明： 随着外加磁场强度的变化, 可产生和消灭缺陷模, 且缺陷模的位置、 数目以及缺陷模的光谱宽度均发生变化. 表明通过改变外加磁场强度可实现光子晶体透射的可调节性.