二维光子晶体带隙结构的研究

利用时域有限差分法模拟了二维光子晶体的带隙结构。通过改变二维光子晶体的结构、介电常数配比及存在缺陷时，在光频范围内模拟了二维光子晶体带隙结构的变化。     

二维复周期光子晶体的带隙结构

提出了由二维六边形结构和三角结构叠合构成的复周期光子晶体 ,利用平面波展开法计算了由空气中的介质圆柱棒组成的该复周期光子晶体的带结构。结果表明二维六边形结构和三角结构叠合构成的复周期结构的光子晶体可以形成很宽的TE波光子带隙 ,并且具有较宽的TE波和TM波带隙重叠的绝对光子带隙     

太赫兹波在二维三角晶格光子晶体中的传播特性

用平面波展开法研究了太赫兹波在二维三角晶格光子晶体中的传播特性。数值计算了以硅为背景的空气圆柱构成的二维三角晶格光子晶体的能带结构和态密度,计算表明r=0.50a和r=0.46a时,E偏振和H偏振分别出现最大光子带隙,带隙宽度分别0.1097THz和0.1935THz,在r=0.48a出现最大完全光子带隙,带隙宽度为0.0759THz,光子晶体态密度的分布也表明了存在光子带隙的范围,研究结果为太赫兹器件的开发提供了理论依据。     

二维圆形三角晶格光子晶体带隙

利用平面波展开法计算了二维各向同性的不同介质圆柱组成的三角晶格光子晶体的带隙,并比较了以介质为背景空气圆柱组成的光子晶体和以空气为背景介质圆柱组成的光子晶体带隙的大小,发现以空气为背景的光子晶体带隙很小,而以介质为背景的光子晶体,其介电常数越大,在相同的填充率的前提下所产生的带隙就越大,带隙数目也越多.     

复合型二维光子晶体的带隙展宽特性

选用时域有限分方法(FDTD)分析光子晶体带隙结构.选择两种不同晶格常数的二维光子晶体构成复合型二维光子晶体,计算了复合型光子晶体和组合光子晶体在近红外频段的带隙结构,结果表明,复合型二维光子晶体在近红外波频段的禁带宽度明显大于组合光子晶体禁带宽度.通过改变复合光子晶体的介电常数,实现其禁带向高频区或低频区移动.     

等离子体填充二维金属光子晶体色散特性研究

 提出了等离子体填充的二维金属光子晶体模型,采用时域有限差分法研究了等离子体填充的二维正方晶格和三角晶格金属光子晶体的色散和带隙特性.对比分析了两种结构中等离子体密度对TM及TE模式传播特性的影响规律.研究发现,由于背景等离子体的引入,二维金属光子晶体的色散曲线明显往高频方向移动,等离子体密度的改变可同时控制TE和TM模的带隙位置和禁带宽度.这些特性使得二维等离子体金属光子晶体在设计可调谐光子晶体器件方面具有潜在的应用价值.     

结构参数对二维光子晶体完全带隙影响的研究

完全带隙的分布决定了二维光子晶体特性,采用平面波展开法对三角形结构二维光子晶体的带隙随结构参数的变化进行了研究,计算结果表明：对于空气孔型二维光子晶体,当介质比εb/εa=13时,最佳归一化半径为r/a=0.48,此时完全带隙底宽度最大,最大完全带隙的宽度△ωa/2πc=0.0902;当归一化半径固定时,完全带隙的宽度随介质比的变大而增加.     

结构参数对二维光子晶体完全带隙影响的研究

完全带隙的分布决定了二维光子晶体特性,采用平面波展开法对三角形结构二维光子晶体的带隙随结构参数的变化进行了研究,计算结果表明:对于空气孔型二维光子晶体,当介质比εb/εa=13时,最佳归一化半径为r/a=0.48,此时完全带隙底宽度最大,最大完全带隙的宽度△(?)a/2πc=0.0902;当归一化半径固定时, 完全带隙的宽度随介质比的变大而增加。     

光子带隙型光子晶体光纤的研究

实验证明,空心的空气-石英光子晶体光纤的纤芯可以局域光,并在理论的基础上,得到光子带隙存在的条件,特定的波带受到限制并沿光纤传导;与每一个波带相对应的光子晶体包层中出现一个完全的二维光子带隙,随着空气填充率的增加,光子带隙的相对大小也会随之变大,而且当减小空气孔尺寸时,光子带隙将被抑制。采用透射谱法在红外波段对带隙型光子晶体光纤进行测量,通过比较光纤的透过谱与光源的光谱,确定是否存在光子带隙。     

用平面波展开法计算二维方形光子晶体的带隙结构

用平面波展开法计算二维正方晶格光子晶体的带隙结构,对二维光子晶体的电磁波理论及周期介质中的Bloch波解进行了详细的推导,得出TE模和TM模下无缺陷时光子晶体的色散曲线,并设计了低频区域内具有较大带隙宽度的两种二维光子晶体的空间周期结构.经过大量的计算,发现硅中的空气柱型光子晶体在红外波段TE模和TM模存在重叠的绝对光子带隙,并分别研究了空气中的硅介质柱和硅中的空气柱的TM模带隙宽度随空气柱半径和填充比变化的规律.     

用平面波展开法计算二维方形光子晶体的带隙结构

用平面波展开法计算二维正方晶格光子晶体的带隙结构,对二维光子晶体的电磁波理论及周期介质中的Bloch波解进行了详细的推导,得出TE模和TM模下无缺陷时光子晶体的色散曲线,并设计了低频区域内具有较大带隙宽度的两种二维光子晶体的空间周期结构.经过大量的计算,发现硅中的空气柱型光子晶体在红外波段TE模和TM模存在重叠的绝对光子带隙,并分别研究了空气中的硅介质柱和硅中的空气柱的TM模带隙宽度随空气柱半径和填充比变化的规律.     

用平面波展开法计算二维方形光子晶体的带隙结构

用平面波展开法计算二维正方晶格光子晶体的带隙结构，对二维光子晶体的电磁波理论及周期介质中的Bloch波解进行了详细的推导，得出TE模和TM模下无缺陷时光子晶体的色散曲线，并设计了低频区域内具有较大带隙宽度的两种二维光子晶体的空间周期结构. 经过大量的计算，发现硅中的空气柱型光子晶体在红外波段TE模和TM模存在重叠的绝对光子带隙，并分别研究了空气中的硅介质柱和硅中的空气柱的TM模带隙宽度随空气柱半径和填充比变化的规律.     

蜂巢晶格光子晶体带隙特性研究

为了得到蜂巢晶格光子晶体带隙特性,本文基于电磁传播规律的时域有限差分法,数值模拟得到不同半导体材料构成蜂巢晶格二维光子晶体对应的第一带隙宽度,结果显示随着介电常数的增加,模拟得到第一带隙上下边界频率向低频方向移动,带隙宽度逐渐增加,对于高介电常数的PbS、PbSe和PbTe构成蜂巢晶格二维光子晶体情况反之。研究结论为不同材料构成光子晶体材料的特性提供依据。     

Δd、Δa对微波光子晶体带结构的影响

针对二维三角形微波光子晶体的结构,应用平面波展开法,从理论上得出光子带隙,并讨论了光子晶体非严格排列(Δa)及玻璃棒直径大小的分散性(Δd)对光子晶体带结构的影响.发现Δd和Δa并不影响整个带隙形状和中心频率,只是引起带隙边缘的变化.(PG6)     

Ge基二维三角晶格光子晶体的光子带隙

导出了二维三角晶格光子晶体的填充系数与正多边形散射子外接圆半径的普适关系,并利用平面波展开法计算了Ge基二维三角晶格光子晶体的光子带隙.计算表明:Ge圆柱置于空气背景中时,可产生TM、TE带隙,TM带隙占优势;随着Ge填充系数的增大,光子带隙的宽度先增大后减小,其中心频率由高频向低频移动;TM模第一带隙宽度在半径为0.14a处达峰值.空气圆柱置于Ge背景中时,可产生TM、TE及完全带隙,TE带隙占优势;随着空气填充系数的增大,光子带隙的宽度先增大后减小,其中心频率由低频向高频移动;TE模第一带隙宽度和最大完全带隙宽度分别在半径为0.46a和0.49a处达峰值.     

光子晶体带隙法在溶液浓度测量中的应用

本文从光子晶体带隙理论出发,分析了相对带隙宽度与测量溶液浓度的之间的对应关系,提出了采用光子晶体平面波展开法测定牛奶浓度的新方案。通过研究以硅半导体材料为背景介质周期性排列空气孔圆柱构成的光子晶体,发现在高频率区域,二维三角晶格结构各向同性光子晶体的光子带隙随待测溶液百分浓度不同而单调变化的。这对浓度测量和高血糖患者的临床应用有一定的指导作用。     

Ⅲ-Ⅴ族半导体材料组成光子晶体能态密度特性

基于平面波展开法,以Ⅲ-Ⅴ族半导体材料AIP、AIAs、AISb和GaP构成二维方形格子光子晶体,并对其光子晶体能态密度特性进行了数值模拟。结果表明,Ⅲ-Ⅴ族半导体材料构成二维方形格子光子晶体具有较好的光子带隙,形成的最大带隙随介电常数差值的增大而增大,f=0.2a时归一化频率达到最大光子带隙,AISb具有较宽的光子禁带。该研究结果为光子晶体器件的研究提供理论依据。     

基于光子晶体的物质的量浓度测量研究

采用平面波展开法模拟graphite格子二维光子晶体的禁带结构,研究了三种溶液温度和质量摩尔浓度分别对光子带隙的影响。其中半乳糖、木糖和核糖溶液分别为graphite格子二维光子晶体的空气孔介质材料。结果表明,当质量摩尔浓度恒定而温度变化,光子带隙随其发生变化;而当溶液温度恒定时,光子带隙随溶液质量摩尔浓度发生变化。较高质量摩尔浓度和较高温度的溶液更容易形成光子带隙。在某些情况下,核糖溶液比半乳糖和木糖溶液更容易实现光子带隙。     

正方晶格光子晶体第一带隙特性研究

由于光子晶体的禁带特性具有重要的应用,基于电磁波传输理论,应用MATLAB数值仿真二维正方晶格光子晶体TE模第一带隙特性,数值计算了介电常数变化、填充率变化对第一带隙宽度及形成带隙个数的影响,结果得到随着介电常数的增加第一带隙宽度增加,随着填充率的增加,第一带隙宽度逐渐减小。研究结论为光子晶体器件的制作提供参考。     

太赫兹波段二维光子晶体传输器件的设计

应用平面波展开法研究了太赫兹波段二维光子晶体的传输特性,设计了一种新型的太赫兹波段传输器件,即由正方柱组成的正方晶格光子晶体.研究了它形成的最大TE模、TM模和完全带隙,并与由圆柱组成的正方晶格二维光子晶体的最大TE模、TM模和完全带隙进行比较,发现正方柱组成的正方晶格二维光子晶体形成的TE模较大.结果表明,正方柱组成的正方晶格二维光子晶体适合制作H极化片,可以制作太赫兹波段的传输器件.