电磁波传播中的超光速群速和负群速

分析了产生群速超光速和负群速的条件。讨论了截止波导中消失波条件下的超光速群速和负群速。用模拟同轴光子晶体的结构进行实验,获得了阻带中的超光速群速,Vg=(1.5-2.4)c。     

Superluminal and Negative Group Velocity in the Electromagnetic Wave Propagation

1Introduction　InthestudyoftheEMwavepropagationintheearly 1 9thcentury,thephasevelocityofwavesisbroughtforward ,whichisdefinedasthepropagationvelocityofthephaseofharmonicwavesandcanbewrittenas:Vp =ω β (1 )Whereβisaphaseconstant.In 1 839,W .R .Hamiltonbroughtforwardaconceptofgroupvelocitytoexplainsomeofsuchcomplexphenomenaastwowavesofdifferentfrequen ciespropagatetogetherinonemedium .In 1 877,Rayleighgavethedefinitionofthegroupvelocityinhisfamousbook“TheoryofSound”andthegroupvelocityis…     

用具有负介电常数的模拟光子晶体同轴系统获得负群速

研究由不同阻抗的同轴电缆周期相连组成的同轴光子晶体（coaxial photon crystal，CPC）系统中的反常色散曲线和群速。研究了阻抗的大小，每段同轴线的长度，系统中同轴电缆的节数，和同轴电缆自身的折射率对反常色散曲线和群速的影响；并且得到vg=3．25c的最大群速。最后假定使用具有负介电常数填充物的同轴电缆组成CPC，证明可获得vg=（-5．04c）～（-5．23c）。     

光波在一维光子晶体中传播行为的数值研究

由Kronig-Penney模型导出了光波在一雏光子晶体中传播的群速度的解析表达式，利用传输矩阵法对一维光子晶体的色散关系和群速度分布特征进行了数值研究．结果表明，光波在光子晶体中传播的群速度与光子带隙结构及色散特性有着密切的联系，光子导带内的群速度为有限值，在光子禁带的边缘，群速度迅速减小而趋于0，光的传播具有显著的带边延迟效应．同时，在反常色散区，群速度为负值，光的传播表现出明显的超光速现象．光子晶体的结构参数直接影响光波在光子晶体中的群速度．     

结构功能一体化的高性能陶瓷材料的研究与开发

从当前新材料的开发和材料科学发展向多功能、小型化、复合化、低成本制备等要求出发, 并就现有高性能陶瓷材料的基本性能和材料制备工艺上的优缺点进行了分析；简要介绍了碳化硅(SiC)陶瓷、 添加Nd的钇铝石榴子石(Nd-YAG)陶瓷、掺有稀土的氮化硅(RE-Si3N4)陶瓷等几种具有结构和功能一体化高性能陶瓷材料的优良性能,可能的应用以及目前存在的问题,特别是在基础研究和制备科学上今后应予以关注的方面。     

Investigation on abnormal group velocities in 1D coaxial photonic crystals

Recently, controlling the propagation velocity of electromagnetic wave has been the object of many re- searches because it offers an extra degree of flexibility for processing signals. Reducing the transmission ve- locity, even stopping and storing the mi…     

光子晶体波导中的慢光研究

利用平面波展开法研究了二维光子晶体线缺陷波导中慢光的传输特性.本文探讨了缺陷波导中缺陷处椭圆形介质柱长短轴的变化对缺陷模式所产生的影响.分析表明,调节缺陷处椭圆形介质柱长短轴的尺寸能得到平坦的导模色散曲线图.可得到的群速度最大值低于0.072c,带边群速度最小值仅为0.002c,慢光模式为单模式,对光的局域更强,而且设计简单的慢光波导结构.     

含左手材料的光子晶体

讨论了含左手材料光子晶体中介电常数、磁导率与折射率间的关系,及其电磁学特性,和电磁波在其中的传播的相速度和群速度,得出了相关结论.     

Slow light in tapered slot photonic crystal waveguide

A slotted single-mode photonic crystal waveguide with a linear tapered slot is presented to realize slow light, whose dispersion curve is shifted by changing the slot width. When the slot width is reduced, the band curve shifts in the tapered structure, and the group velocity of light approach zero at the cut-off frequency. Therefore, different frequency components of the guided light are slowed down even localized along the propagation direction inside a tapered slot photonic crystal waveguide. Furthermore, this structure can confine slow light-wave in a narrow slot waveguide, which may effectively enhance the interaction between slow light and the low-index wave-guiding materials filled in the slot. In addition, this tapered slot structure can be used to compensate group velocity dispersion of slow light by modifying the structure, thus opening the opportunity for ultra-wide bandwidth slow light.     

Active control of slow light on a chip with photonic crystal waveguides

It is known that light can be slowed down in dispersive materials near resonances. Dramatic reduction of the light group velocity-and even bringing light pulses to a complete halt-has been demonstrated recently in various atomic and solid state systems, where the material absorption is cancelled via quantum optical coherent effects. Exploitation of slow light phenomena has potential for applications ranging from all-optical storage to all-optical switching. Existing schemes, however, are restricted to the narrow frequency range of the material resonance, which limits the operation frequency, maximum data rate and storage capacity. Moreover, the implementation of external lasers, low pressures and/or low temperatures prevents miniaturization and hinders practical applications. Here we experimentally demonstrate an over 300-fold reduction of the group velocity on a silicon chip via an ultra-compact photonic integrated circuit using low-loss silicon photonic crystal waveguides that can support an optical mode with a submicrometre cross-section. In addition, we show fast (approximately 100 ns) and efficient (2 mW electric power) active control of the group velocity by localized heating of the photonic crystal waveguide with an integrated micro-heater.     

The research and progress of micro-fabrication technologies of two-dimensional photonic crystal

The novel material of photonic crystal makes it possible to control a photon, and the photonic integration will have breakthrough progress due to the application of photonic crystal. It is based on the photonic crystal device that the photonic crystal integration could be realized. Therefore, we should first investigate photonic crystal devices based on the active and the passive semiconductor materials, which may have great potential application in photonic integration. The most practical and important method to fabricate two-dimensional photonic crystal is the micro-manufacture method. In this paper, we summarize and evaluate the fabrication methods of two-dimensional photonic crystal in near-infrared region, including electron beam lithography, selection of mask, dry etching, and some works of ours. This will be beneficial to the study of the photonic crystal in China.     

介质阻挡放电中一维等离子体光子晶体及其带隙特性

在双水电极大气压氩气介质阻挡放电中获得了一维可调等离子体光子晶体.通过类似于量子力学Kronig-Penney模型求解周期势的方法,求解Maxwell方程得到了一维等离子光子晶体的色散关系.结合实验数据,理论模拟了晶格常数、等离子体与介质的厚度比、电子密度等不同参数对等离子体光子晶体带隙的影响.结果表明:等离子体光子晶体晶格常数的增大导致能级位置降低,相速度减小;在相同的晶格常数下,等离子体填充比增大时,带隙位置将略有上升且光子带隙数目增加;当电子密度大于1020 m-3时,等离子体光子晶体具有显著禁带宽度.     

晶体中退耦合晶面的波速与体波速的关系

基于晶格动力学理论,通过分析晶体体波速与原子间相互作用力的关系,在只考虑原子间的短程中心力相互作用下,给出了晶体中退耦合晶面的波速与体波速及晶格结构的关系.其目的是为了建立起位错方程中离散效应修正项系数与实验上可测量的物理量之间的联系.如果考虑原子间的非中心力部分的修正,该关系近似成立.最后由不同的晶格结构验证了该关系的可靠性.     

超快速光子晶体全光开关研究

光子晶体作为一种新型的人造光子学材料,具有独特的光子带隙特性,能有效地控制光子的传输状态,因而是实现全光开关等集成光子器件的重要基础。介绍了基于光子晶体的全光开关的各种实现方法,并详细论述了超快速光子晶体全光开关的实验研究状况。     

NegativeGroupVelocityforWavesinaPlate

ＮｅｇａｔｉｖｅＧｒｏｕｐＶｅｌｏｃｉｔｙｆｏｒＷａｖｅｓｉｎａＰｌａｔｅＣｈｅｎＹｕ（陈宇）ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｏｒｄｅｒｎＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｐｒ...     

光子晶体光纤光栅在传感器系统中应用研究

光子晶体光纤光栅是一种新型的无源器件,可广泛用于光纤通信系统、光脉冲压缩、传感器及滤波装置中.采用耦合模理论对光脉冲在光子晶体光纤光栅中传播进行分析,给出光子晶体光纤光栅的制作方案,提出了光子晶体光纤光栅在压力传感器、折射率传感器、应变传感器和射流传感器等方面的具体应用.光子晶体光纤光栅对温度的敏感性比传统单模光纤传感器要低2至3个数量级,光子晶体光纤光栅传感器系统不需要温度补偿,传感器系统更为简洁而具备充分的优越性.     

一维掺杂光子晶体带隙结构的研究

基于传输矩阵法,数值研究了掺杂一维光子晶体带隙特征。研究表明:一维掺杂光子晶体的带隙是由光子晶体结构决定的,不掺杂时,禁带中心无导带;当掺杂时,禁带中心位置出现一个极窄的导带,并且导带深度随着掺杂位置的不同而变化,当掺杂位置一定时,改变杂质层的折射率,发现随着折射率的变化,禁带中心的导带深度也会随折射率变化而变化,这样我们可以根据晶体的结构,适当选择掺杂位置和杂质折射率,就会在禁带中心出现一个极深的导带,一维光子晶体的这种特性可应用于滤波器件和光学谐振腔的设计。     

基于聚苯乙烯模板的二维光子晶体的制备

给出了一种制备聚苯乙烯小球蛋白石结构光子晶体,并运用单层聚苯乙烯小球为模板制备了一系列二维光子晶体的方法,包括α-Fe_2O_3二维碗状光子晶体和ZnO柱二维光子晶体结构,并通过大面积反射谱测量了聚苯乙烯胶体光子晶体的光子带隙.聚苯乙烯小球模板法制备方法简单,成本低,重复性好,而且是大面积生长,为制备各种形貌的二维光子晶体提出了新思路.     

一维光子晶体禁带宽度对折射率的响应

采用参数调节法研究了折射率对一维光子晶体禁带宽度的调制作用,通过数值计算得到禁带宽度的解析表达式及禁带宽度随光子晶体的折射率比(n1/n2)的增加而增加的结论,说明用调节一维光子晶体的折射率来实现对禁带宽度的调制是十分有效的。     

VTI介质中Thomsen参数对相速度和群速度的影响

相速度和群速度对于研究弹性波在各向异性介质中的传播具有重要意义,同时对合理评价地震资料解释成果也具有一定的指导意义。深入研究Thomsen参数与群、相速度的关系有助于研究复杂地层中波的传播规律以及速度的变化趋势,从而使地震资料解释更加准确。本文首先简要推导了VTI介质中弹性波的群、相速度解析表达式,然后通过编程实现,直观显示了三维速度曲面的变化特征与Thomsen参数的联系,并通过二维及一维速度曲线变化加以验证。实验结果表明：VTI介质中群速度较相速度对Thomsen参数的变化更加敏感,其中随着 (qP波各向异性强度表征参数)与 (描述纵横波相速度的过渡性参数)差值的不断增大,各向异性程度明显增强,群速度剧烈变化,尤其是qSV波;随着 (横波分裂强度表征参数)值的不断增大,SH波群、相速度面的扁率也不断增大。