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.     

一维函数光子晶体的光透射特性研究

提出了一种阶梯型一维函数光子晶体,即介质折射率不是常数,而是呈阶梯型变化.由经典电磁场理论,即电场和磁场在介质分界面连续的性质,并结合费马原理,给出了光在一维函数光子晶体中的传播方程,再经过详细理论推导,给出了一维函数光子晶体的传输矩阵、色散关系、透射率及电场分布的解析表达式.在此基础上,研究了不同入射角和不同介质厚度...     

光脉冲通过一维光子晶体的时空行为

应用传输矩阵推导出了光脉冲通过一维光子晶体时电、磁场时空的分布函数;同时以Gaussian脉冲为例,指出任意空间位置,电场和磁场随时间变化大体上均保持为高斯分布;从入射端到出射端电,磁场的幅度逐渐衰减,而且电场的节点处正对应着磁场的峰值处。     

一维光子晶体传输性能的分析

光子晶体具有不同介电常数的物质在空间周期性排列而成的人工微结构,是一种能承载电磁波传播的新型光学材料,具有光子带隙、抑制自发辐射、光子局域、偏振特性等性能.利用传输矩阵方法导出光波在一维光子晶体中传播的反射系数和透射系数,分析了不同参数对应的光子带隙,发现介质折射率对光子带隙有着明显的影响.     

一维光子晶体的折射特性研究

利用光子晶体的完全色散关系，研究了一维光子晶体中折射角与入射角之间的关系．结果表明，对于一雏光子晶体，在第一能带内，存在反常折射现象．当频率越接近能带边缘，且入射角越接近敏感区时，折射角对入射角和频率的变化越敏感．而且，敏感区随频率的增大有向小角度移动的趋势．     

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。     

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。     

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.     

一维光子晶体禁带的特性与加宽

分析了一维光子晶体禁带的特性,讨论了影响一维光子晶体相对带宽的主要因素.在此基础上,以两个晶体的叠加为例,对扩展一维光子晶体的相对带宽作了进一步的讨论,对光子晶体在可见光波段的应用进行了更好的探索,为设计制造一维光子晶体提供了一种较好的办法.     

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.     

光在一维全息光子晶体中的传播

利用传输矩阵法数值计算了折射率渐变的一维全息光子晶体的带隙结构,分析了针对记录材料重铬酸盐明胶,在这种光折变介质中存在光子带隙,继而讨论了光线正入射时,折射率、折射率调制度、以及周期数目对光子带隙的影响.     

硅基一维光子晶体微腔光发射特性的调制

利用一维光子晶体带隙结构对光发射特性进行调制，采用掺杂光子晶体微腔限制电磁场从而控制材料中的光传输。采用不同组分的氢化非晶氮化硅（a-SiNx：H）薄膜作为介质层和发光层，由等离子体化学气相淀积（PECVD）方法制备出一维全a-SiNx：H光子晶体微腔。观察到微腔对于发光层a-SiNx：H薄膜光致荧光显著的调制作用，发光峰的半高宽从原始的208nm强烈的窄化为11nm，峰值强度提高了2个数量级。品质因子为69。通过透射谱测量，清晰地观察到710nm处的谐振峰出现在一维光子晶体带隙中，进一步证实了微腔的选模特性。     

一维光子晶体的电场分布特性

推导出任意角度的入射光在一维光子晶体中传播的电场分布公式,分析一维光子晶体的电场分布特性.数值分析表明,入射光角度、光子晶体介质层排列方式、缺陷层和缺陷层折射率均对一维光子晶体电场分布特性产生不同的影响.     

一维光子晶体中的光场特性

通过给出任意角度入射光在一维光子晶体中传播的透射率、 反射率及场强分布解析式, 研究入射光为不同角频率时在光子晶体内部的场强分布, 及入射光角度、 光子晶体周期数和光子晶体光学厚度对场强分布的影响.     

一维三元光子晶体的偏振特性

利用特征矩阵法讨论了一维三元光子晶体的偏振特性。结果表明,在一级禁带内,光子晶体对S偏振光形成了全方位光子带隙;对P偏振光,禁带宽度随入射角的增大而减小,且只在禁带短波区域形成全方位光子带隙,而在禁带长波区域,随着入射角的变化将出现透射峰,存在明显的"广义布儒斯特角",各波长对应的"广义布儒斯特角"随波长增大而减小,透射峰半角宽度增大,透射峰个数逐渐增加。     

一维光子晶体的量子透射特性

用光的量子理论方法研究一维光子晶体的量子透射特性,先给出一维光子晶体的量子转移矩阵和量子透射率,再计算缺陷层数目、厚度及折射率变化对一维光子晶体量子透射特性的影响.结果表明,缺陷层参数的变化对禁带位置、缺陷模位置和强度均产生影响.     

光束在一维光子晶体中的古-汉位移特性

根据传输矩阵法,研究光束在一维光子晶体中的古斯-汉森位移.结果表明,光子晶体结构的随机误差能够增强光子禁带中的古斯-汉森位移.该位移与光子晶体材料的折射率、光子晶体的周期数,以及光束的入射角有关.研究结果还表明,在掺杂的一维光子晶体中,结构的随机误差会降低缺陷态附近的古斯-汉森位移,同时在禁带的其他地方,位移得到增强.     

一维变频光子晶体的透射特性

提出一种新的一维变频光子晶体,并给出其传输矩阵及电场分布表达式.在此基础上,计算一维变频光子晶体的透射率和电场分布,并研究变频函数、变频介质折射率、厚度、周期数及缺陷层对变频光子晶体透射率与电场分布的影响.结果表明,变频光子晶体比常规光子晶体的禁带更宽.     

一维光子晶体的光子禁带结及其计算

本文提出了一种利用转移矩阵来计算一维光子晶体的光子禁带结构的新方法，并讨论光子晶体的光子禁带位置，禁带宽度和结构与构成光子晶体的材料厚度，折射率之间的相互关系．     

一维函数光子晶体的禁带特性理论

提出了一种新型函数光子晶体,其折射率是一个空间位置函数.在费马原理的基础上,利用传输矩阵理论研究了光子晶体介质层的折射率、周期数、入射角等对光子晶体带隙变化的影响.为灵活实现某特定带隙的光子晶体的制备提供了理论依据.