一维光子晶体传输性能的分析

光子晶体具有不同介电常数的物质在空间周期性排列而成的人工微结构,是一种能承载电磁波传播的新型光学材料,具有光子带隙、抑制自发辐射、光子局域、偏振特性等性能.利用传输矩阵方法导出光波在一维光子晶体中传播的反射系数和透射系数,分析了不同参数对应的光子带隙,发现介质折射率对光子带隙有着明显的影响.     

光在一维全息光子晶体中的传播

利用传输矩阵法数值计算了折射率渐变的一维全息光子晶体的带隙结构,分析了针对记录材料重铬酸盐明胶,在这种光折变介质中存在光子带隙,继而讨论了光线正入射时,折射率、折射率调制度、以及周期数目对光子带隙的影响.     

介电常数呈阶跃型分布的一维光子晶体带结构

借助加速器概念和矩阵转移方法对介电常数呈阶跃型分布的一维光子晶体进行了研究,自动呈现出了光子晶体的带结构,禁带宽度由公式△ω=c/ηx0[π-2/[1＋l/（2x0）]^1/2]给出.结果表明,禁带宽度与宽度比l/x0有关.宽度比l/x0越大,禁带越宽.     

转移矩阵方法与一维光子晶体带结构和反射谱特征

利用转移矩阵方法研究了一维光子晶体的带结构和反射谱特征,并用数值分析进行了仿真。稳定性和反射谱分析表明,晶体出现了带结构。而光子晶体的带结构与它的具体参数有关,只需适当选择这些参数,就可以有效地调节光子晶体的带结构,并按需要得到不同光学性能的光子晶体。     

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．     

含左手材料一维光子晶体的反射相特性

通过传输矩阵法,理论研究了含左手材料的一维光子晶体零均值折射带隙中波的反射相特性,结果表明,零均值折射带隙中波的反射相值,受入射角、偏振模式的影响,而不受晶格比例缩放的影响。这些特性的研究为制作光子晶体相位补偿器和色散补偿器方面提供理论依据。     

光波在一维光子晶体中传播行为的数值研究

由Kronig-Penney模型导出了光波在一雏光子晶体中传播的群速度的解析表达式，利用传输矩阵法对一维光子晶体的色散关系和群速度分布特征进行了数值研究．结果表明，光波在光子晶体中传播的群速度与光子带隙结构及色散特性有着密切的联系，光子导带内的群速度为有限值，在光子禁带的边缘，群速度迅速减小而趋于0，光的传播具有显著的带边延迟效应．同时，在反常色散区，群速度为负值，光的传播表现出明显的超光速现象．光子晶体的结构参数直接影响光波在光子晶体中的群速度．     

掺杂一维光子晶体透射谱研究

用传输矩阵法计算模拟掺杂（含缺陷）一维光子晶体模型（ABCnAB）m的透射谱,当n=1,（ABCAB）。的透射谱出现了有规律的共振透射带,具有宽带滤波的特性,当m=10时,（ABCAB）10随缺陷层C的折射率以的变化,禁带中心频率处（1．0ω／ω0）出现了一个带宽由大变小变化的透射带,且每个透射带又分裂为恒定透射率的多个透射峰;当m=10,n为奇数时,模型（ABCnAB）10的透射谱出现奇数个透射带,n为偶数时,出现偶数个透射带,且每个透射带均分裂为9个透射峰。这些特性可用于设计可调性多通道滤波器等。     

一维三元光子晶体的偏振特性

利用特征矩阵法讨论了一维三元光子晶体的偏振特性。结果表明,在一级禁带内,光子晶体对S偏振光形成了全方位光子带隙;对P偏振光,禁带宽度随入射角的增大而减小,且只在禁带短波区域形成全方位光子带隙,而在禁带长波区域,随着入射角的变化将出现透射峰,存在明显的"广义布儒斯特角",各波长对应的"广义布儒斯特角"随波长增大而减小,透射峰半角宽度增大,透射峰个数逐渐增加。     

光脉冲在含色散缺陷一维光子晶体中的传播

应用传输矩阵方法推导了光脉冲在一维光子晶体中的动力演化.若在结构中引入非色散的缺陷时,超光速传播将变成慢光速;若引入含二能级原子色散缺陷时,慢光速又将变成超光速.最后指出,尽管群速度比真空中光速c大,甚至为负,但能量传播速度一定不会超过光速c,光脉冲在光子晶体中的此种现象是布喇格反射波相干叠加的结果.     

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.      

光子晶体波导中的慢光研究

利用平面波展开法研究了二维光子晶体线缺陷波导中慢光的传输特性.本文探讨了缺陷波导中缺陷处椭圆形介质柱长短轴的变化对缺陷模式所产生的影响.分析表明,调节缺陷处椭圆形介质柱长短轴的尺寸能得到平坦的导模色散曲线图.可得到的群速度最大值低于0.072c,带边群速度最小值仅为0.002c,慢光模式为单模式,对光的局域更强,而且设计简单的慢光波导结构.     

一维有限周期方形光子晶体波导的偏振特性

利用光波在一维有限周期方形光子晶体波导中横向受限的条件,推导出TE波和TM波两种偏振光在一维有限周期方形光子晶体波导中各个传输模式满足的关系式;计算出TE波和TM波传输各模式的禁带随周期数、模式量子数、边长的变化规律。     

光子晶体耦合腔波导低色散慢光的研究

设计一种由4孔微腔组成的二维三角晶格光子晶体耦合腔波导,应用时域有限差分法(FDTD)模拟计算TE偏振光的透射谱,获得波长在1.55941μm处最大群折射率ng=1460.31、群速度vg=c/1460.31的慢光.该光子晶体耦合腔波导传输光的群折射率随波长(ng-λ)变化关系呈现"U"型结构,在"U"型底部出现中心波长1.55917μm、平均群折射率～ng=721.92、带宽Δλ=0.35nm、平坦率σ=0.02%的低色散慢光。进一步研究表明,移动耦合腔波导第一排空气柱的位置不仅可以在"U"型底部区域产生中心波长1.60412μm、带宽Δλ=6.67nm、平均群折射率ng=41.05的低色散慢光,而且可以在波长1.56177μm处获得最大群折射率ng=2173.12、群速度vg=c/2173.12的慢光.     

二维光子晶体波导输出端的能量分布

利用惠更斯原理计算了光通过光子晶体波导入射到真空中的能量分布情况.采用的具体模型是二维正方格子旋转正方空气散射子光子晶体波导(PCW),发现传导模在PCW与真空的分界线上能量分布越发散,在真空中能量传播的越远.而加大线缺陷的宽度可以使能量衰减较为缓慢,所以也可以加大能量传播范围.     

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.     

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.     

Novel 1-D Sandwich Photonic Bandgap Structure

A sandwich photonic bandgap (PBG) structure is a novel PBG structure whose periodic lattice is buried in the middle of a substrate. Neither drilling nor suspending the substrate is required, and the integrity of the ground plane is maintained. This paper presents several modification techniques for sandwich PBG structure fabrication. The forbidden gap can be improved by adopting the chirping technique, applying the tapering technique, enlarging the periodic elements, adjusting the location of the periodic lattice in the substrate, and using different dielectric media H-shape elements. A finite difference time domain method is applied to analyze the structures. Deep and wide stopbands can be obtained using the modified sandwich structures. Experimental measurement results agree well with the theoretical analysis.     

用转移矩阵方法计算一维光子晶体的禁带结构

该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．利用此方法计算了不同介电常量、不同几何结构的晶体的禁带特征,并讨论了掺杂后的一维光子晶体光子禁带的变化情况．