光子带隙结构时域仿真

为了研究光子晶体的能带，利用时域有限差分方法对矩形几何结构的光子晶体进行数值仿真．通过分析光子晶体中电磁场的空间分布和随时间的变化，得到了本征模空间分布与光子能带分布之间的规律．然后通过比较不同波矢和不同能带本征模的空间分布，准确地确定了光子晶体的能带．仿真结果有效地验证了本征模理论，为光子晶体新结构设计提供了重要依据．     

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.     

一维光子晶体的量子透射率

在光的量子波动方程的基础上提出了研究一维光子晶体的量子理论方法,通过在两介质分界面上波函数及其波函数导数连续,即可得到一维光子晶体的量子变换矩阵、量子透射率和量子反射率,分别计算了无缺陷层介质和有缺陷层介质时的量子透射率和量子反射率.把量子理论方法与经典电磁理论方法计算结果进行了比较,发现两者的计算结果是一致的.这说明该量子理论方法也是研究光子晶体的正确方法,该方法还可以进一步研究二维和三维光子晶体的透射特性以及光子晶体的量子Zak相、量子拓扑特性,这些特性包括量子陈数、边缘态和光子的量子霍尔效应等.     

应用平面波展开法计算色散和各向异性二维磁性光子晶体的带隙

磁性光子晶体因其构成材料磁导率不为1且受外加磁场调节,近年来被广泛讨论,对磁性光子晶体能带的计算也随之成为热点.本文首度研究了由色散且各向异性材料构成的二维磁性光子晶体能带的计算方法,从Maxwell方程组推导出具有复杂电磁参数的周期结构能带计算的本征方程,对经典的平面波展开直接求特征值法做出改进,利用寻根方法计算出由Mg-Mn铁氧体圆柱和有机玻璃构成的三角格子二维磁性光子晶体在外加磁场下TM模式的能带结构.计算得到的带隙位置与相同结构的光子晶体全波仿真的传输谱相一致,与实际制备的磁性光子晶体样品的实验测量结果也相当吻合,证明了改进的平面波展开法在色散和各向异性材料构成的光子晶体能带计算中准确性和可靠性,进而肯定了平面波展开法在任意电磁参数特性的光子晶体能带结构计算中的适用性.     

二维光子晶体中负折射现象的研究与仿真

使用光子晶体能带结构和等频面（EFS）方法对二维光子晶体中的负折射现象进了研究和仿真．得到了二维光子晶体中出现负折射率现象的频率范围．使用时域有限差分法（FDTD）对光波在二维光子晶体界面和晶体中的传播进行了数值仿真研究．由仿真结果发现在一定的频率范围内,在二维光子晶体中确实可以发现光波的负折射传播现象．     

强激发二能级原子双光子过程的光子统计特性

该文采用数值计算方法研究了强激发二能级原子双光子过程的光子统计分布特性，得到了光子统计分布的新的量子效应．     

正负折射率材料组成的一维光子晶体的能带及缺陷模

利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的能带结构和缺陷模特性.结果表明,在正入射时,含负折射率材料的光子晶体的带隙要比传统的光子晶体要大得多,并具有狭窄的透射带.计算了含有普通电介质缺陷层和特异介质缺陷层两种情况下的透射谱,发现在正入射时,对于正负折射率材料组成的一维光子晶体引入普通电介质缺陷层时,其缺陷模的个数随着缺陷厚度的增大而增多,这种特性在滤波器方面有重要的应用价值.而对于传统光子晶体中引入特异介质缺陷层时,随着缺陷厚度的增大,新的缺陷模并没有出现.     

一维光子晶体透射特性的量子效应

给出非垂直入射时一维光子晶体的量子透射率,分别研究缺陷层、入射角度、介质层厚度以及介质层折射率对一维光子晶体透射特性的影响,并将所得结果与经典方法所得结果进行比较.结果表明,当光以一定角度入射一维光子晶体时,量子方法与经典方法的结果存在差异,具有一定的量子效应.     

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.     

垂直沉积法自组装胶体光子晶体的研究进展

光子晶体是一类电介质常数非均匀分布的人工材料,由于其折射率的非均匀分布对入射电磁波的调制会产生类似于半导体能带结构的光子带隙特性.自1987年提出光子晶体的概念以来,采用自组装方法制备胶体晶体已成为近年来的光子晶体领域的研究热点.基于垂直沉积的自组装方法因具有设备简单、经济,制备周期短, 晶体层厚可控等优点而受到日益广泛的重视.本文阐述了垂直沉积法自组装的机理、实验方法、缺陷控制、应用研究等方面的最新进展,并对垂直沉积法自组装光子晶体的发展趋势及前景作了介绍.     

缺陷对一维线性函数光子晶体传输特性的影响

采用传输矩阵法计算光在掺杂缺陷的线性函数光子晶体中的传输特性,与不包含缺陷的结构进行比较.研究结果表明,在禁带中形成缺陷模,其强度不仅与缺陷层位置有关,而且与缺陷层折射率的变化有关,并随着缺陷层位置的移动而变弱;缺陷层位置和缺陷折射率影响着场强分布.     

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.       

缺陷模带隙一维光子晶体的简捷制备

提出一种制备具有缺陷模带隙光子晶体实验技术思路.采用激光全息光刻方法,以夹角不同两束干光对感光物质进行两次光刻曝光,在曝光重叠区域可获具有缺陷模带隙一维光子晶体.调节入射光角度可改变缺陷模位置.研究供了简捷制作缺陷模带隙光子晶体一种实验技术思路,对缺陷模低阈值激射具有应用研究价值.     

二维函数光子晶体的点缺陷及本征场分布

用COMSOL Multiphysics仿真软件研究含点缺陷二维函数光子晶体的带隙结构、 缺陷模式及缺陷模式的本征场分布. 介质柱介电常数的线性函数形式： ε(r)=k·r+b, 由电光效应和Kerr效应, 通过对介质柱施加外电场和光场改变其折射率.  计算结果表明, 改变点缺陷介质柱介电常数的参数和点缺陷个数, 均可调节二维函数光子晶体的带隙结构和位置, 以及缺陷模式及缺陷模式的本征场分布.     

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。     

二维正方晶格各向异性光子晶体完全禁带中缺陷模的计算和分析

采用FDTD(时域有限差分法)方法,通过微调中心点缺陷半径Rd以及中心附近对称位置的点缺陷半径Rn,计算了二维正方晶格各向异性碲圆柱光子晶体的点缺陷模.计算结果表明,H极化缺陷模共振频率对于缺陷半径的变化不太敏感,得到了完全禁带中缺陷模频率与点缺陷半径和多点缺陷半径之间的有规律的变化关系.     

镜像对称一维光子晶体带隙特征

为了研究一维镜像对称光子晶体的传输特性,用特征矩阵法计算了其透射谱。由观察透射谱可以发现缺陷模的位置会随着介质的光学厚度和折射率的增加都往长波方向移动,缺陷模的数量会随着缺陷位置与对称轴的距离增加而逐渐由2个减为1个,说明光子晶体的带隙与它的光学厚度的大小和折射率的大小以及缺陷模与对称轴的位置都有密切的关系。     

一维光子晶体的缺陷模式研究

利用传波矩阵方法,计算了电磁波在带有缺陷的一维光子晶体中的传波。数值计算表明,在只有一个缺陷层时,缺陷模式频率与缺陷层在光子晶体中的位置无关,当有两个缺陷层出现时,缺陷模式频率与缺陷层在光子晶体中的位置是有关的。另外,计算也表明,缺陷模式频率对缺陷层材料的折射率变化是非常敏感的。     

一维光子晶体本征模频率

利用传输矩阵法,严格推导出了一维光子晶体中的本征模频率方程,该本征模频率也就是缺陷模频率,它依赖于缺陷材料的光学常数、大小以及缺陷的类型;不同类型的缺陷会导致其相应的能级类型发生变化.     

含复折射率缺陷的一维线性函数光子晶体的电场特性

用传输矩阵法计算光在掺杂金属缺陷的线性函数光子晶体中的电场分布, 考察缺陷层位置、 层数以及光子晶体半周期数对电场分布的影响, 并与不含缺陷的结构进行比较. 结果表明, 有缺陷光子晶体的电场分布强度明显增强.