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.     

二维正方形介质柱Square格子光子晶体的能带研究

利用平面波展开法计算了两种不同介质材料(GaAs,Ge)构建的二维正方形介质柱Square格子光子晶体的能带结构,研究了介质柱旋转角度、填充比及介质折射率对二维光子晶体禁带结构的影响。结果发现,介质柱旋转角度为0°时,完全光子禁带最大;由不同折射率材料构建的该结构光子晶体,在折射率n=2.57时,即有完全光子禁带产生,为实现用较低折射率材料构建完全禁带光子晶体提供了便利;n=4.10时,完全光子禁带达到最大,禁带宽度Δ=0.048(ωa/2πc)。该研究结果为二维光子晶体应用提供了理论依据。     

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。     

介质折射率对一维光子晶体禁带的影响

利用传输矩阵法推导一维二元周期性光子晶体的色散关系,并进一步推导出禁带宽度与介质折射率之间的数值关系.在设定入射角后,用matlab软件模拟并计算出禁带宽度与介质折射率之间的图象关系.光子晶体的禁带宽度随折射率比值n1/n2在0~1之间迅速衰减,但在大于1的范围间缓慢增大.为了光子晶体禁带宽度的可控调制,可以通过限制入射角后调整两种介质的折射率来实现.为获得最大禁带宽度只能在技术可操作性的条件下尽可能增大n1/n2的值.     

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。     

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.     

二维硅基蜂窝状空气环型光子晶体禁带特性研究

构建了二维硅基蜂窝状空气环型光子晶体.采用平面波展开方法,得到了硅基蜂窝状空气环型光子晶体的能带结构,分析了空气孔半径及介质柱半径对完全禁带宽度的影响,发现硅基空气环型光子晶体结构的完全禁带宽度值很小,无法优于传统硅基空气孔型光子晶体结构.为了有效增大硅基蜂窝状空气环型光子晶体的完全禁带,本文将内芯介质柱替换为高折射率或各向异性的材料.当引入高折射率的介质柱材料时,空气环型光子晶体完全禁带宽度明显增大,最大可达15.59%;进一步引入各向异性材料Te作为介质柱材料,蜂窝状空气环型光子晶体明显优于传统蜂窝状空气孔型光子晶体,最大完全禁带宽度值达到16.889%.     

用等效膜理论分析一维光子晶体的禁带特征

论述了等效膜理论和等效折射率概念，并通过数值计算得出了有限周期一维光子晶体的等效折射率随频率的变化。结果表明：在光子禁带等效折射率不存在，在光子禁带两边等效折射率分别趋于无穷大或零；在光子透射带，等效折射率是有限值。此外，还用等效折射率的不连续特点，讨论了在不同结构的一维光子晶体中禁带发生位置的变化。     

一维光子晶体的禁带特性

利用传输矩阵法计算并分析了垂直入射下光子晶体的禁带特性. 给出一个实际需要的禁带范围设计方法. 通过调节两个介质折射率和厚度可控制禁带范围, 并探讨了当两种介质的光学厚度均为1/4中心波长时, 光子晶体透射谱与中心波长、 两种介质折射率比值等的变化规律.      

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.     

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.     

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。     

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。     

光子晶体的Smith-Purcell效应研究

光子晶体是一种具有光子能带和能隙的一种新型材料,其典型结构为一个折射率周期变化的物体,周期为光波长量级. 光子在这类材料中的作用类似于电子在凝聚态物质中的作用,应用前景极为广泛,将是新一代的光子器件的基础. 而太赫兹也是近年来大家关注的波段,本文就研究光子晶体的Smith-Purcell效应出发,看其辐射频率,探求能否通过这种效应制作太赫兹源,并从Magic模拟得出了一些数据,说明可行.     

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.     

光子晶体制备研究及应用

叙述了一维、二维和三维光子晶体的物理机理,制作方法,并对光子晶体的应用前景进行了展望。     

光子带隙谐振腔回旋管研究的评述

对光子带隙谐振腔回旋管这一新型管型的研究进行了全面的综述与评论.文中集中展示了光子晶体结构的主要物理特性,指出理解和掌握这些物理特性对于开拓新型微波器件应用所具有的重要意义.在此基础上,对光子晶体谐振腔回旋管的主要工作特性和国际、国内的相关研究工作进行了介绍,并结合目前的研究现状对以后的发展方向和所需要解决的一些关键性问题进行了分析.文章最后对光子带隙谐振腔回旋管的研究给出了一些新的思路和建议,以促进其相关的研究和发展.     

一维有限光子晶体中的单个缺陷

在一维有限光子晶体中利用传输矩阵推导了其反射和透射系数,并讨论了单个缺陷位置对透射系数的影响,发现单个缺陷在晶体中不同位置具有相同的缺陷模频率,但其透射峰具有不同的高度,同时当缺陷在晶体中心时,其透射峰最高。