二维三组元局域共振磁振子晶体带隙结构的优化

采用平面波展开法,数值计算了二维三组元磁振子晶体的带结构、磁化强度场分布以及自旋波的态密度.研究表明,磁振子晶体带隙的产生机制为局域共振机制,而非布拉格散射机制,通过调节单散射体的共振结构,不仅能够使自旋波在低频范围内产生完全带隙,而且可实现自旋波带隙的优化.     

体积填充率对二维磁振子晶体带隙结构的影响

采用平面波展开法,数值计算了铁圆柱正方排列在氧化铕基底材料中组成的二维磁振子晶体带结构,讨论了体积填充率f对带隙结构的影响,第1带隙在f=0.6处最大.最大宽度△Ω=2.366,第2带隙在f=0.7处最大.最大宽度△Ω=7.153.所得结果与已有文献中的结果存在一定的差异,收敛性检验表明,这主要是由于该文献的数值计算结果收敛程度不够好所造成的.     

二维嵌套复式三角晶格磁振子晶体的带隙结构

首先构造了二维嵌套复式三角晶格的磁振子晶体模型,其散射体由2个相切的大小相同的铁磁材料圆柱体构成,它们按照一定晶格常数三角排列在另一种铁磁材料基底中;其次,发展了可用于数值计算研究自旋波在嵌套复式三角晶格磁振子晶体中本征性质的平面波展开法.以2个相切的铁圆柱代替原来简单三角晶格中的1个铁圆柱,再以三角点阵排列在氧化铕基底材料中构成的二维嵌套复式三角晶格磁振子晶体为研究对象,通过数值计算自旋波在其中的带结构,研究了带隙宽随体积填充的变化行为,并与简单三角晶格的带隙结构进行比较.结果表明,嵌套复式三角晶格的磁振子晶体可以在更低的体积填充率下产生带隙,并且能够在更高频的情况下产生较宽的带隙,从而达到带隙优化的目的,为实现自旋波的可控操作提供了一种方案.     

二维二组元磁振子晶体薄板带结构的计算

采用平面波展开法,数值计算了由钴(Co)方柱正方排列于坡莫合金(Py)中构成的二维二组元磁振子晶体薄板的自旋波能带结构,其中外加磁场方向平行于薄板平面.计算结果表明,自旋波的传播强烈依赖于外加磁场的方向,可分为向后体静磁体波和类Damon-Eshbach波2种情况.在所考虑的磁振子晶体薄板结构中没有完全带隙产生,但沿外磁场方向传播的向后体波有部分带隙打开.     

二维Honeycomb-kagome结构磁振子晶体中的狄拉克点与平带

在蜂窝(Honeycomb)结构磁振子晶体模型的基础上,提出了Honeycomb-kagome结构的二维磁振子晶体模型,它是由铁(Fe)圆柱按照Honeycomb-kagome结构排列在氧化铕(EuO)基底材料内构成的一种二维周期结构磁性复合材料系统。利用课题组提出的改进平面波展开法,数值计算研究了该系统里的磁振子带结构。结果表明,只要满足散射体密排即各Fe圆柱边缘相切的条件,在布里渊区K点处就会产生磁振子狄拉克点,通过调节不同密排圆柱体的半径比可以实现间接调控狄拉克点频率位置的目的。此外,在相切圆柱半径比相差较大情况下,会有磁振子平带现象的出现,这是不同于晶体中杂质态的一种拓扑局域态,是自旋波在Honeycomb-kagome结构中高度干涉叠加而形成。本文对磁振子狄拉克点的产生、调控和拓扑平带的研究,不仅拓展了凝聚态拓扑物理的研究内容,同时可为人工磁振子晶体应用于自旋波拓扑器件制作材料领域提供理论依据和一个平台。     

填充率对类石墨烯结构磁振子晶体狄拉克点的影响

提出了类石墨烯结构的磁振子晶体模型,它是由铁(Fe)圆柱按照石墨烯结构(蜂窝状结构)排列在氧化铕(EuO)基底材料中构成的一种二维周期结构磁性复合材料系统。接着利用本课题组提出的改进平面波展开法,数值计算研究了磁振子带结构。结果表明,在一定的体积填充率下会有自旋波带隙的出现,同时由于类石墨烯结构的对称性,在布里渊区K点处出现了磁振子狄拉克点。磁振子是不同于光子和声子的又一种玻色子,人工磁振子晶体中狄拉克点的发现不仅丰富了凝聚态拓扑物理学的研究内容,同时有望为微波领域内的自旋波拓扑器件的制作提供思路和理论基础。     

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。     

一维光子晶体带隙结构研究

光子晶体材料的介电常数在空间中呈周期分布，这种材料存在光子带隙，引入缺陷对光有局域效应，为更好地控制光和利用光提供了新的方法。文章利用传输矩阵法计算了一维光子晶体不同结构的带隙特征，计算表明光子带隙的宽度受到材料介电常数及介质层厚度的影响。随材料介电常数及介质层厚度的增加，光子带隙宽度存在一个极大值，对于确定材料构成的光子晶体，两介质等厚时带隙最宽。     

一维掺杂光子晶体的带隙结构及特征的研究

基于传输矩阵法,数值模研究了光子晶体带隙特征与光子晶体结构参量的关系。研究表明:一维光子晶体的带隙是由光子晶体结构决定的,单个基本周期结构的光子晶体不具有带隙结构,随着周期数的增加,光子带隙结构逐渐形成,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,并且导带深度随着杂质层折射率的增大而逐渐变浅,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。     

二维弯曲型线缺陷磁振子晶体的缺陷态性质

在磁振子晶体中首次引入弯曲型的线缺陷结构,利用超原胞近似下的平面波展开法,数值计算了由铁(Fe)圆柱正方排列于氧化铕(EuO)基底材料中构成的二维弯曲型线缺陷磁振子晶体的带结构和缺陷模的磁化强度场分布,研究了磁振子晶体中弯曲线缺陷结构的缺陷态性质.     

一维准周期结构声子晶体带隙特性的研究

提出一种层厚递变式一维准周期结构声子晶体模型,数值计算了弹性波通过该一维准周期结构声子晶体的透射系数,并与周期结构声子晶体的透射系数进行了比较.计算发现,利用准周期排列的特殊结构可以有效地调节声子晶体的带隙宽度和所在的频率范围.     

声子晶体导线的振动带隙特性

为了解决超、特高压输电线路的舞动问题,提出了一种由导线、间隔棒、弹簧振子组成的声子晶体导线。基于导线的振动微分方程与Bloch理论,建立了计算声子晶体导线振动能带结构的传递矩阵法,进而通过计算发现声子晶体导线在舞动常发的频率范围内具有局域共振型带隙特性。为了验证该带隙特性,以四分裂导线为例,应用有限元法计算了有限周期声子晶体导线的振幅和频率响应特性。结果表明,在带隙的频率范围内导线振动响应具有明显衰减,为输电线路减振防舞提供一种新思路。     

二维电磁晶体带隙结构的PWE法分析

针对常见的电磁晶体带隙分析方法存在耗时、不易理解等问题,推导了二维电磁晶体的平面波展开法(Plane Wave Expansion,PWE)模型,并采用平面波展开法分析了不同形状填充单元二维方格子电磁晶体的带隙结构。将电场(或磁场)、介电常数(或其倒数)展开为双重傅里叶级数,然后将其代入所满足的标量波动方程中,经过运算整理得出二维电磁晶体的本征方程,求解该方程,就可得到电磁晶体的带隙结构。计算结果表明,填充单元尺寸和相对介电常数均对带隙结构存在影响。最后,采用周期延拓,得出了两种电磁晶体的等效结构。通过结构等效,无需再推导相应电磁晶体的结构系数,利用本文的平面波展开法模型即可实现其带隙结构的求解,因而实现了简化分析。仿真数据与文献中的实验数据对比,验证了本方法的有效性。     

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。     

二维正方晶格函数光子晶体带隙结构研究

采用平面波展开法研究二维正方晶格函数光子晶体,分别计算TE波和TM波的带结构。二维正方晶格函数光子晶体介质柱折射率是空间坐标函数,而不是定值(二维正方晶格常规光子晶体)。二维正方晶格函数光子晶体可通过Kerr效应或电光效应来制备,可调节性灵活。本文研究了函数系数k对二维正方晶格函数光子晶体带结构的影响。在TE波情况下,函数系数k增加时,带隙数目变多且带宽变宽。与二维常规光子晶体比较,函数光子晶体有较宽的带隙结构,这将为光学器件的设计提供新的理论依据和重要的设计方法。     

二维非对称复式磁振子晶体带隙结构

提出一种非对称结构复式磁振子晶体模型,采用两种尺寸不同的柱状铁圆柱排列在氧化铕基底中.通过对第二个铁圆柱体(B)位于基底位置的调节,打破其在以往研究中对称排列结构,使其非对称填充在基底材料中.因这种不对称构型在第一布里渊区不可约,有必要在全部第一布里渊区内对带隙结构进行计算,研究非对称结构对磁振子晶体带隙结构的影响.同时,与未填充这个铁圆柱(B)时单圆柱方晶格的带隙结构进行比较.结果表明,在非对称度越高的位置填充铁圆柱体(B)将会有越多的带隙被打开,进而达到带隙优化的目的.     

一维花岗岩/丁腈橡胶声子晶体的带隙及其应用

 采用集中质量法计算了一维花岗岩/丁腈橡胶声子晶体的振动带隙,研究了集中质量数、晶格常数、组分比及丁腈橡胶的粘弹性对带隙的影响.结果表明,增加集中质量数能提高带隙精度,晶格常数及组分比对带隙结构有较大影响,而丁腈橡胶的粘弹性能增大带隙宽度.根据以上结论,对声子晶体的材料参数和结构参数进行了优化,设计出1种能屏蔽人耳最敏感的1.5~2.5 kHz噪声的一维声子晶体.     

零温下二维绝缘铁磁体的磁振子软化

在二维正方绝缘铁磁系统基础上建立了一个磁振子-声子相互作用模型·利用格林函数方法研究了磁振子-声子相互作用下的二维绝缘铁磁体的磁振子谱,计算了布里渊区的主要对称点线上的磁振子色散曲线·发现在布里渊区边界区域磁振子谱的软化和磁振子谱线增宽最明显·比较了纵向声子与横向声子对磁振子谱的软化与磁振子谱线增宽的影响,也讨论了各项参数的变化对磁振子谱的软化与磁振子谱线增宽的影响·     

光子带隙型光子晶体光纤的带隙

采用平面波展开法,通过模拟分析带隙型光子晶体光纤空气填充率和介电常数对带隙的影响,对光纤的平面内和平面外带隙特性进行了研究与讨论.