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。     

厚度递变结构一维光子晶体的缺陷模研究

光子晶体的许多应用与缺陷模相关,研究缺陷模可为光子器件的设计提供参考.利用传输矩阵法,研究了光波在包含掺杂缺陷的厚度渐变准周期结构一维光子晶体中的传播规律,分析了缺陷层的位置和光学厚度对缺陷模的影响.结果表明,在准周期结构光子晶体引入缺陷,光子晶体禁带中也产生了缺陷模;随着掺杂缺陷层位置和光学厚度的变化,缺陷模的位置和共振透射峰也随之变化.     

复折射率介质一维光子晶体的透射特性

设计一种缺陷层为复折射率介质的一维光子晶体,并利用量子传输矩阵计算光波的透射率.结果表明:缺陷层为复折射率介质结构的光子晶体,其缺陷模个数随缺陷层厚度的增加而增加,缺陷模位置随常规介质厚度的增加向波长较小的方向移动.     

含单负材料的光子晶体的缺陷模和透射谱

用传榆矩阵法分析了由2类单负材料组成的含缺陷一维光子晶体的缺陷模及透射谱。结果表明：当缺陷为一层单负材料时。零有效相位带隙中出现2个缺陷模,且缺陷模的频率可通过缺陷层的厚度和2种单负材料的厚度比来调节。当缺陷为1组单负磁导率材料和单负介电材料组成的双缺陷时,通过选取合适的参数满足平均磁导率和平均介电常数都为零时,带隙中未出现缺陷模,而且带宽保持不变,带边电场也随着双缺陷厚度的增加而被强烈的局域。     

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.     

液晶缺陷阶梯型Fibonacci第七代结构的特性研究

设计了一种向列相液晶染料缺陷一维阶梯型Fibonacci第七代光子晶体结构,利用传输矩阵法数值仿真了该结构的电场方向及增益特性。计算了引入缺陷前后的透射谱,分析了有增益和无增益时,缺陷模随外加电场方向的夹角θ的变化关系和增益系数对缺陷模透射率大小的影响。结果表明:引入缺陷后,该结构的光子禁带范围变宽,并且在禁带区域两端的波长分别向短波和长波方向移动。引入增益系数后,当夹角θ的变大时,缺陷模的空间位置会向短波方向一侧偏移,但是,缺陷模波长的空间位置并没有发生改变,仅仅改变了其大小;在夹角θ为(0°⁹0°)时,该结构缺陷模波长的空间位置的变化量为13.1nm。当增益系数Co变大时,不同缺陷模波长对应的透射率大小都是先增大后减小的过程。     

缺陷光学厚度对对称结构一维光子晶体透射谱的影响

在A层为双正和双负介质情况下,用传输矩阵法理论研究缺陷层的光学厚度对对称结构一维光子晶体（AB）mC（BA）m透射谱的影响,结果发现：在无缺陷情况下,不论A层是双正还是双负介质,禁带中心均出现超窄频带单透射峰,具有传统对称结构光子晶体透射谱的特征;当中间插入光学厚度等于四分之一中心波长的双正缺陷C后,两者的单透射峰一分为二,且双负情况下两透射峰之间的距离较大;当缺陷C的光学厚度为二分之一中心波长时,双正情况下禁带中心出现单透射峰,双负情况下则出现三条透射峰;当缺陷C的光学厚度等于中心波长时,双正情况下出现三条透射峰,而双负情况下则出现五条透射峰。对称结构光子晶体的透射谱随缺陷光学厚度变化的规律,可用以设计可调性超窄带滤波器。     

含负折射率光子晶体缺陷模的吸收特性

 为了研究含负折射率光子晶体缺陷模的吸收特性,引入复折射率的概念,并采用光学特征矩阵方法,分析了各缺陷模的峰值和带宽随消光系数以及杂质厚度的变化.分析结果表明:杂质的消光系数对各缺陷模的中心波长没有影响,随着消光系数的增加,各缺陷模峰值逐渐减小,而带宽逐渐增加,且各缺陷模峰值和带宽的增减速度不同;当消光系数不变,随着杂质层光学厚度的增加,缺陷模的峰值和带宽都随之减小.因此在设计相关光学器件时,应充分考虑杂质吸收对缺陷模特性的影响.     

含负折射率介质层的一维光子晶体缺陷模的特性

利用转移矩阵给出了在正常材料中加入双负介质结构的色散关系和缺陷模的本征频率方程.根据本征方程计算了当缺陷层的折射率和光学厚度改变时缺陷模频率的变化.     

含三元合金缺陷层有限超晶格中的界面声子-极化激元模

采用转移矩阵方法,研究了含三元合金缺陷层(AlxGa1-xAs)有限超晶格(GaAs/AlAs)中的界面声子-极化激元模性质.结果表明,这种有限超晶格中的声子-极化激元模在剩余射线区[ωTO,ωLO ] 的分布依赖于缺陷层含Al的浓度x,部分类 GaAs(AlAs)声子-极化激元模随着浓度x的增加向低(高)频区移动.此外,而且还可以清晰地看到它们在局域模、表面模和扩展模之间的演变.还发现声子-极化激元模的分布随着组份层和缺陷层厚度的改变,其局域位置和特性发生显著变化.     

基于双面金属包覆介质波导灵敏度的研究

通过对双面金属包覆介质波导色散方程的微扰近似,得到当波导层为亚毫米量级时有N→0超高阶导模与偏振无关的特性.并定义了灵敏度,同时得到了灵敏度与有效折射率、厚度、波长和介电常数的关系,当有效折射率趋于零时,超高阶导模具有极高的灵敏度.     

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.     

复介电缺陷对称一维三元光子晶体传输特性的研究

利用传输矩阵法,研究了具有复数电常数缺陷对称一维三元光子晶体的透射谱和增益特性.结果显示,无论加入奇数个还是偶数个缺陷,在第一禁带和第二禁带中分别出现了透射峰A和透射峰B.在缺陷层介电常数的虚部为负值时,缺陷模B表现出良好的增益效果;在缺陷层介电常数的虚部为正值时,缺陷模A表现出一定的增益特性,含6缺陷的增益效果比较明显.     

基于双面金属包覆介质波导灵敏度的研究

利用双面金属包覆介质波导色散方程,通过微扰近似,当波导层为亚毫米量级时有N→0的特性,得到超高阶导模与偏振无关.定义了灵敏度,得到了灵敏度与有效折射率、厚度、波长和介电常数的关系,当有效折射率趋于零时,超高阶导模具有极高的灵敏度.该理论在制备生物传感器、光电子器件中具有指导意义.     

基于缺陷对光子晶体滤波特性的研究

提出Ag-ITO一维光子晶体结构,研究Ag、ITO薄膜厚度、缺陷层厚度及入射角度等参量变化对光子晶体滤波特性的影响。结果表明缺陷层厚度的改变会影响其光波透射性,同时透射峰的位置会随ITO膜厚度增加呈现出周期性的变化,但不受入射角度的影响。缺陷对一维光子晶体滤波性能的影响规律,可为相关新型光学滤波器件及设计提供理论参考。     

含负折射率材料的一维光子晶体中的全向缺陷模

发现由正、负折射率材料交替堆叠构成的一维光子晶体中的零平均折射率(zero-n)带隙中的缺陷模具有3种类型的角度色散,分别为正色散、负色散和近零色散。利用近零色散特性可实现全向缺陷模,此缺陷模的频率在任意角度下均保持不变。研究了具有近零色散的缺陷模与光子晶体的结构参数之间的关系。通过改变光子晶体的结构参数,对缺陷模的近零色散进行优化,实现了分别对应TE波或TM波的单偏振全向缺陷模。此外,发现全向缺陷模的频率不对应光子晶体平均折射率为零的频率,全向缺陷模为光子晶体器件(如全向滤光片)的设计提供了新的思路。     

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。     

含Kerr缺陷函数型光子晶体低阈值双稳态的对比研究

运用非线性传输矩阵法对比研究含Kerr缺陷余弦函数型和Sinc函数型光子晶体的光学双稳态.结果表明,选取中心层为Kerr缺陷层的对称结构可以大大降低双稳态阈值;在缺陷层光学厚度不变的前提下,减小中心缺陷层线性折射率而增大两侧介质层周期数均可以实现更低双稳态阈值;研究还表明,在介质层光学厚度相同的前提下,介质层折射率分布函数选取余弦函数形式较Sinc函数形式能够实现更低阈值.     

多层掺杂对一维光子晶体缺陷模的影响

采用特征矩阵法计算了一层掺杂、双层掺杂和三层掺杂情况下缺陷模的变化特征,得到了掺杂层数的变化对缺陷模的数目、峰高和半高宽都有明显的影响。一层掺杂时,只出现一个中心缺陷模;双层掺杂和三层掺杂时除了出现中心缺陷模外,在中心缺陷模的两侧还出现了两个对称缺陷模,中心缺陷模的半高宽随掺杂层数的增加而减小。对称缺陷模的峰高和半高宽都随掺杂层数的增加而减小;对称缺陷模的位置随掺杂层数的增加而向中心缺陷模移动。     

光子晶体形变传感器原理

当光子晶体材料承受外载荷时,必然会引起形变,并改变其组成材料的空间排列方式,从而导致其光带隙性能的改变。而外载荷与光带隙性能之间的对应关系,计算表明,压力的大小与禁带起始波长、截止波长和禁带宽之间呈简单的线性对应关系,通过测量光带隙性能而制造出感知外载荷的传感器。外载荷也可以是温度载荷,对含耦合缺陷的不对称结构光子晶体的研究发现,其缺陷模频率附近的反射率接近于1,而缺陷模频率附近反射光的相移随频率迅速改变;当缺陷层为折射率的温度敏感材料时,温度的极微小变化就能使处于缺陷模频率的反射光相移发生很显著变化。根据这一原理,设计了高灵敏高分辨率的相位温度传感器。