二维周期复合介质构成的光子晶体能带结构

用平面波展开法计算复合介质构成的二维光子晶体的能带,计算结果表明当光的波长比介质的非均匀性尺度小很多时,出现较明显的带隙, 在低频段即长波段该种复合介质的光子晶体可以用一等效的单层介电晶体代替.     

三角格子式二维光子晶体的光子带结构研究

本对二维光子晶体的电磁波理论及周期介质中的Bloch波解做了详细的推导，给出了光子晶体中的禁带存在的理论依据，同时以三角格子晶格的两维光子晶体为例，验证了空气圆柱在电介质中的排列存在E偏振和H偏振的光子带隙重叠区，称为绝对光子带隙，最后着重阐述了二维光子晶体在实际应用中的最新成果。     

光子晶体的能带理论

光子晶体具有光子能带,并且光子能带可能存在光子禁带。我们通过运用光子晶体的能带和禁带理论.就能够控制光在晶体中的传播。光子晶体对光子有着特殊的物理性质,它在光传输和光学器件有着广泛的用途。本文主要概述了光子晶体的概念、能带理论、性质,及光子晶体和半导体的区别和联系。     

二维三角晶格介质柱光子晶体的完全光子禁带

本文利用时域有限差分方法研究了由各种形状介质柱体组成的三角晶格光子晶体的完全光子禁带.研究表明对于由正方形或三角形锗柱排列在空气中组成的三角晶格光子晶体,TM偏振和TE偏振的光子禁带存在重叠,因而具有完全禁带.     

基于时域伪谱法的二维光子带隙结构的能带研究

根据Bloth定理推导了伪周期电磁场的麦克斯韦方程,采用时域伪谱(PSTD)法分析二维光子带隙结构(PBG)的能带,对空间的微分进行付里叶变换离散而不作差分近似离散,使空域变换成伪谱域.计算结果与平面波展开法的结论相一致.分析了不同截面形状在不同的典型点阵结构中的物理特性.     

圆形光子晶体光纤能带结构的一维近似

利用等效介质结构,将圆形光子晶体光纤的二维光子晶体结构近似为一维结构,应用平面波法得到其能带结构.考虑实际Bragg光纤与圆形光子晶体光纤的共同之处,同样将其近似为一维光子晶体,得到能带结构,结果与以前直接的一维平面波法得到的能带结构存在细微差异.     

二维芯壳异质结构光子晶体禁带特性分析

研究了一种新的二维芯壳型异质结构光子晶体,即介质纳米柱外被覆盖一薄层材料.针对正方排列及三角排列两种方式,利用平面波方法,比较了在折射率为2的介质纳米柱外表面涂覆折射率为3.5的薄层后,其能带曲线的变化,发现光子晶体的禁带明显变宽,且三角排列比正方排列更易形成较宽的光子禁带.     

光子晶体中光子的波动方程与光子能带

在矢量波的理论框架上,从麦克斯韦方程组出发推导了光子晶体中光子的波动方程,发现其在形式上与自然晶体中电子的薛定谔方程十分相似.因此,光子晶体中光子的运动将类似于周期性势场中电子的运动,会产生类似的电磁波或光波的"能带"结构,也可以借用固体能带理论的基本方法来研究光子晶体的带隙.     

二维光子晶体的能带分析

光子晶体是一种介电常数空间周期性变化、具有光子带隙结构,能控制光子传播状态的新型材料.根据横截面上介质柱构成的多边形边数n和数目m满足一定关系.介绍了三种二维光子晶体的结构.利用平面波展开法(PWE)计算并仿真了三种光子晶体的TE和TM偏振模式的禁带结构分布,得出了介质柱排列方式对禁带带隙的影响.为进一步光子晶体的实验制备和实际应用提供了理论依据.     

斜入射时二维空气孔结构三角形光子晶体的带隙结构

利用平面波展开法推导出光在光子晶体中传播时本征方程的矩阵表达形式,数值求解计算了圆形空气孔结构的正方形光子晶体和三角形结构光子晶体在正入射时的色散曲线及三角形结构光子晶体在斜入射时的色散曲线.这些研究结果对设计和制作光子晶体功能器件具有指导意义和应用价值.计算弁析发现,与正方形结构光子晶体类似,对于二维三角形结构光子晶体,正入射时E波和H波在<10>方向和<11>方向也都会出现带隙,但是带隙宽度比对应的正方形结构的宽许多.二维三角形结构光子晶体在斜入射时,三角形结构光子晶体的色散曲线随着入射角的增大而上升,带隙中心频率也随之增大,但带隙的宽度却随之减小,直至消失.本文研究了斜入射情况下三角形光子晶体的带隙结构和色散特性,所得结论对设计和制作光子晶体功能器件有重要的指导意义和应用价值.     

woodpile结构中完全带隙的研究

介电常数沿不同方向周期性变化的woodpile结构三维光子晶体存在完全带隙,可以实现立体空间中对光的控制传输。鉴于此,采用时域有限差分方法研究了椭圆截面和长方形截面介质柱形成的光子晶体的完全带隙。结果发现,这两种情况都存在很好的完全带隙,且带隙的宽度受到介质柱不同截面形状的有效调节。     

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.     

一维光子晶体的光子带隙研究

通过改变一维光子晶体的周期排列常数、两种介质的折射率比观察了电磁波在光子晶体中的光子带隙(PBG)行为.当两种介质的排列周期常数a:b=1:1和1:2时,发现光子晶体在可见光区存在一个很宽的频率截止带,即光子带隙区.另外,当两种介质的介电常数比εα:εb小于1:5,在可见光区无光子带隙存在;而当该比率大于1:5时则出现一个很宽的光子带隙.说明两种介质的介电常数比对光子带隙的影响很大,该比例越大,越容易获得光子带隙.     

非圆形空气孔型二维光子晶体带隙率模拟

采用平面波展开法对两类晶格(三角晶格和正方晶格)及圆形空气孔或两种非圆形空气孔(正方形和六边形)构成的二维光子晶体带隙率进行了数值研究,分析了填充比f对带隙率ωR的影响.结果表明,晶格对称结构和空气孔形状对带隙大小有影响.给定晶格对称结构,选择具有相同对称形状的空气孔能得到较大的绝对光子带隙.在这3种空气孔当中,三角晶格对应六边形空气孔有最大带隙率,当填充比f=0.8时,带隙率ωR=23.3%;正方晶格对应正方形空气孔有最大带隙率,当填充比f=0.67时,带隙率ωR=14.7%.     

二维光子晶体结构和缺陷对光子禁带的影响

利用时域有限差分法研究了二维光子晶体的光子禁带特性。通过改变二维光子晶体的结构、介电常数配比及缺陷时,得到了相应的数值模拟结果,并作出了分析。这些结果对于设计光子晶体器件有着指导作用。     

Silica photonic crystals with quasi-full band gap in the visible region prepared in ethanol

Monodisperse silica spheres of 252 nm with a standard deviation of 5.7% are prepared by Stber method. By compari-son of both of media, ethanol instead of water is used to assemble opal, and the artiflcial opal has been prepared by the sedimentation inethanol of silica spheres. The structure of the opal prepared has been examined and discussed. The results show that the artificial opal hasa structure similar to the face-centered cubic (fcc) type packed system with silica spheres. Transmission measurements of the artificial opalhave been conducted, which shows that the artificial opal is quasi-full band gap silica photonic crystals in the visible region.     

一种新型二维像素型光子晶体的能带结构

运用快速平面波展开法计算了一种新型二维正方结构像素型光子晶体的能带结构,通过参数优化,在低频区,该光子晶体具有最大绝对禁带宽度Δω为0 0522ωe,(ωe=2πc/a,a为晶格常数,c为光速),中心频率ωmid为0 7184ωe,Δω/ωmid=7 266%.     

一维光子晶体的缺陷模

从传输矩阵出发,详细推导了一维光子晶体的缺陷模,得出了光子晶体的缺陷模位置、数目和组成光子晶体缺陷层的光学厚度,缺陷层数目的关系。     

Negative refraction in two-dimensional photonic crystals

Recent progress made in research on negative refraction in two-dimensional photonic crystals is reviewed. Special attentions are paid to the research results of our group. We explore the underlying mechanism governing the occurrence of negative refraction in periodic and quasiperiodic photonic crystals. These results may be useful references for the application of photonic crystals. The perspectives of future research on negative refraction are briefly predicted．     

Influence of deposition time on the morphology and optical properties of SiO<Subscript>2</Subscript>-ZnO composite photonic crystals

SiO2 photonic crystal were successfully prepared by vertical deposition and then used as a template to fabricate SiO2-ZnO composite photonic crystals on ITO substrates by electrodeposition and subsequent calcination. A number of different deposition times were used. The morphologies of the silica opals and SiO2-ZnO composite photonic crystals were investigated by scanning electron microscopy. It was found that ZnO particles grew randomly on the surfaces of the silica spheres when the deposition time was short. As the deposition time was increased, the ZnO particles grew evenly on the surfaces of the silica spheres so that the interstitial space of the silica template was filled with ZnO particles. Reflectance spectra of the SiO2-ZnO composite crystals revealed that all of the fabricated photonic crystals exhibit a photonic band gap in the normal direction.