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，     

含PZN-0.07PT压电单晶缺陷层的一维光子晶体可调带隙特性研究

把具有高电光系数的单畴极化压电单晶0.93铌锌酸铅-0.07钛酸铅(PZN-0.07PT)引入到光子晶体中,利用传输矩阵方法计算含有PZN-0.07PT单晶缺陷层的光子晶体透过谱,研究窄透过带的可调特性。理论计算表明,PZN-PT相较于传统的电光材料,能够在较低的电压下实现大的窄透过带调节,更适用于制作光子晶体可调窄带滤波器。     

光在一维金属/电介质光子晶体中的传播特性

用转移矩阵方法从理论上研究了光波在一维金属/电介质光子晶体中的传播特性.通常可见光在金属中的趋肤深度只有十几nm,所以在几十nm以上厚度的金属中是不能传播的.但可见光在由金属和电介质构成的一维光子晶体中传播时,即使金属的总厚度远远超过趋肤深度,仍然能够通过.单层金属膜的厚度越大,透射率越小,透射谱线的峰宽越窄.随电介质层的厚度增大,光子带隙向长波长移动.结构的周期数越大,透射率越小.但周期数并不能影响带隙的位置和宽度.     

含缺陷模一维光子晶体的超窄带滤波特性分析

利用传输矩阵方法,计算含缺陷模的一维光子晶体中缺陷模产生的窄透过带的滤波特性。结果得出,缺陷模介质的折射率越小,产生的超窄滤波带滤波性能越好;一维光子晶体的两基元介质折射率比值越大,产生的透过带越窄;缺陷插入一维光子晶体正中间产生的滤波效果最好。     

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.     

一维光子晶体滤波器滤波性能的影响因素研究

利用光学传输矩阵法研究了一维光子晶体滤波器滤波性能的影响因素,研究结果表明:光子晶体单元周期数对滤波器品质因数和滤波波长透过率均有重要影响,是光子晶体滤波器设计的关键因素;光子晶体单元厚度增加将使滤波波长红移,与光子晶体禁带中心波长并不重合,禁带中心波长相对于滤波波长蓝移;入射波角度对滤波性能也有影响,随入射角增大,滤波波长的透过率逐渐增大,垂直入射时达最大值.     

光子晶体中紫外波段的异常透射

采用时域有限差分法(FDTD)对三种不同材料(金属Al、半导体Ga₂O₃和绝缘体SiO₂)的矩型结构光子晶体进行了模拟计算,研究空气柱孔径变化对光子晶体光学传输特性及带隙宽度的影响。数值计算结果表明,晶格常数不变,空气柱孔径增大时,三种材料光子晶体在紫外光区及可见光区的透过率增大,反射率减小。Al光子晶体的孔径增大时,可见光区禁带宽度减小;Ga₂O₃光子晶体孔径增大时,禁带宽度增大;SiO₂的TE模和TM模光子禁带较宽,孔径增大,禁带宽度亦增大。三种材料光子晶体带隙的波长范围几乎都处于可见光波段,进入紫外光波段的波长范围很短。     

一维光子晶体带隙结构研究

光子晶体材料的介电常数在空间中呈周期分布，这种材料存在光子带隙，引入缺陷对光有局域效应，为更好地控制光和利用光提供了新的方法。文章利用传输矩阵法计算了一维光子晶体不同结构的带隙特征，计算表明光子带隙的宽度受到材料介电常数及介质层厚度的影响。随材料介电常数及介质层厚度的增加，光子带隙宽度存在一个极大值，对于确定材料构成的光子晶体，两介质等厚时带隙最宽。     

光学厚度对一维光子晶体禁带宽度的调制

采用参数调节法研究了光学厚度对一维光子晶体禁带宽度的调制作用,通过计算得到禁带宽度的解析表达式及禁带宽度随两层光子晶体光学厚度的变化规律。当两层光子晶体的光学厚度都等于λ0/4时,禁带宽度达到最大,说明用调节一维光子晶体的光学厚度来实现对禁带宽度的调制是有效的。     

周期数对多周期一维光子晶体透射谱的影响

用传输矩阵法研究多周期一维光子晶体（CgAlCm）n的透射谱,结果发现：在2 200 nm（频率-波长）位置出现一条宽的透射带,透射带两边对称分布着两组相同特点的透射峰,各组透射峰的条数均等于n-1条;随着周期数n的增大,宽透射带上端出现振荡,并产生数目与n-1值对应的振荡峰,随n的增大,两组透射峰数目分别随n-1值增加的同时宽度会越来狭窄;随着周期数g、m的增大,透射带和左右两侧的两组透射峰均向右移动,且透射带和透射峰会越来越窄;随着周期数l或g、l、m或g、l、m、n的增大,透射带和左右两侧的两组透射峰所分布的频率范围均扩大,并向长波（低频）方向移动,同时透射带上端的振荡加剧,振荡峰数目与各周期数有关,当移动和振荡到一种程度后,透射带与两侧透射峰合并成单组透射峰,而且当g、l、m、n同时增大时合并现象最明显。多周期一维光子晶体透射谱随周期数变化的这些特性,为光子晶体设计可调性多通道宽带、窄带光学滤波器件提供指导。     

一维ZnO/MgF2光子晶体带隙的仿真研究

利用光学传输矩阵理论对一维ZnO/MgF₂光子晶体的光子带隙进行了研究。文中给出了一个由ZnO和MgF₂组成的一维光子晶体模型,并在此基础上详细讨论了光子晶体的周期数,对光子带隙的形状及震荡频率的影响,以及薄膜的厚度对光子带隙的带隙宽度、中心波长等的影响。讨论了在保持光子带隙的中心波长不变的情况下,通过改变两种薄膜的厚度使得带隙宽度达到最大值的条件,并且从物理机制上给出了相应的解释。当两种薄膜的折射率和厚度的乘积相等时,所获得的光子带隙最大,当这个乘积等于93 nm时,所获得的光子带隙的中心波长在385.05 nm处,带隙宽度为138.7 nm。     

烟囱性状对立式集热板太阳能热气流电站系统性能的影响

在传统太阳能热气流电站基础上,设计了一种应用于城市的立式集热板太阳能热气流发电系统,并利用FLUENT软件对立式集热板太阳能热气流电站系统进行数值模拟,在不同集热板高度、宽度和空气层厚度下的模拟结果表明:随着集热板高度、宽度和空气层厚度的增加,系统通风量和系统最大功率都是增大的,增大幅度越来越慢,甚至减小;系统最大能量转换效率随高度的增加而增加,集热板高度和空气层厚度对其影响较小;集热板宽度与宽度之间存在一个最佳比值为15～25,使得在此比值范围内,系统通风量最大;考虑到城市建筑形象和空气层厚度对系统通风量的影响,空气层最佳厚度为0.2～0.4 m.     

基于角度调谐的光子晶体滤波特性研究

提出一种含CaF2缺陷层的一维光子晶体结构,可用于光通信波段的可调谐滤波。通过传输矩阵理论对滤波器透射特性进行分析,结果表明:随着周期数目的增加,光子晶体禁带截止度增强,缺陷模半高宽逐渐变窄,同时缺陷层厚度增加使缺陷峰的位置均匀红移;正入射时,所设计滤波器结构的光子禁带范围是1 170~2 150nm;当入射角增大至掠入射过程中,TE模式全角度光子禁带为1 170~2 035nm,TM模式全角度光子禁带为1 170~1 640nm,表明TM模式禁带对入射角度的变化较敏感。研究发现,选取较大的入射角度或增加光子晶体周期数可以使TM,TE模式透射峰完全分离,通过角度调谐方式可实现光通信S波段两种模式的滤波。该光子晶体滤波器具有高透射率,窄半高宽,宽调谐范围的滤波特性,可有效提高传统滤波器的滤波性能。     

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.     

微波波段二维光子晶体带隙影响因素的分析与研究

应用平面波展开法和时域有限差分(FDTD)法分析计算了二维方形光子晶体微波波段带隙范围,并重点分析了影响微波波段二维方形光子晶体带隙的因素。通过改变二维方形光子晶体的介电常数、截面半径,得出了带隙范围随这两种因素变化的规律,从而为微波传播的二维光子晶体器件的设计提供理论基础。     

介质层光学厚度为非λ0/4的一维光子晶体透射谱研究

采用光学传输矩阵方法,模拟研究了当一维光子晶体的介质层光学厚度不为λ0/4时,光子晶体的光学传输特性,详细计算并分析了这类光子晶体的透射谱.结果表明,在这种常常被研究者们所忽视的介质层光学厚度为非λ0/4情况下,仅通过适当调节介质层的实际厚度就能够产生一个或多个近完全透射带,这将为光子晶体滤波器的制作提供一种简单的方法.     

用于光通信的超窄带光子晶体滤波器的设计及特性研究

把G=3,N=3的Cantor序列一维光子晶体看作是由光学厚度均为λ0/4的两种介质按分形Cantor序列堆砌27层而成。用5层光学厚度0λ/5的第3种介质替换晶体中第10~15层的低折射率介质后,得到一种新结构的光子晶体。用传输矩阵法研究新结构光子晶体的能带特性,结果表明,新结构光子晶体有更宽的带隙,并在中心波长处出现了一个超窄透射窗口,透射率几乎为100%,当λ0=1 550 nm时,透射窗口的半高宽仅为0.2 nm。晶体的这一特性可用来制作超窄带光子晶体滤波器,在光通信和光学精密测量等技术中有一定的应用价值。     

一维光子晶体镜像缺陷的模式特性研究

通过传输矩阵方法计算了一种新缺陷模式——镜像缺陷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;如果在该基本模型两端均加入相同折射率且与基本结构单元光学厚度相同的介质时,其带隙结构则出现多通道滤波性能;当两端加入的介质折射率不同,光学厚度与基本结构单元的光学厚度相同时,可得到0～2000nm大范围的禁带结构,具有全波段宽带阻波作用,这是设计优异理想宽带阻波一直所希望应具备的性能。     

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.     

介质层光学厚度为非λ0／4的-维光子晶体透射谱研究

采用光学传输矩阵方法，模拟研究了当一维光子晶体的介质层光学厚度不为λ/4时，光子晶体的光学传输特性。详细计算并分析了这类光子晶体的透射谱．结果表明。在这种常常被研究者们所忽视的介质层光学厚度为非λ/4情况下，仅通过适当调节介质层的实际厚度就能够产生一个或多个近完全透射带，这将为光子晶体滤波器的制作提供一种简单的方法．