掺杂一维光子晶体的杂质态

阐述了无缺陷光子晶体与掺杂光子晶体的结构,用光学特征矩阵方法,通过数值模拟计算具体讨论了一维光子晶体的一个实例。计算结果表明,掺杂光子晶体的禁带出现了极窄的、高透射率的尖峰,即光子杂质态,类似于半导体材料中的杂质能级。杂质层的引入增宽了原来光子禁带的宽度,杂质态的特征与杂质层的光学厚度、折射率及在晶体中的位置等因素有关。     

含负折射率材料的一维光子晶体掺杂后的滤波特性

利用转移矩阵法，研究了含负折射率材料的一维光子晶体掺杂后的滤波性质。结果表明，这种结构可以同时实现窄带滤波和大范围宽带滤波的双重功能，宽带滤波的频率范围可以通过改变材料的折射率进行调节。研究还发现，结构的透射谱对入射角的变化很敏感，入射角增大时，通带向高频区移动；当负折射率材料具有色散时，宽通带的高度降低。     

准周期结构一维光子晶体的缺陷模研究

利用传输矩阵方法,研究了光波在包含掺杂缺陷和替代缺陷的厚度渐变准周期结构一维光子晶体中的传播规律.研究结果表明,类似于传统的周期结构一维光子晶体,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,并且两种缺陷所引起的缺陷模的性质基本一致;缺陷模的出现使带隙有了一定程度的加宽,而缺陷模的位置和强度与缺陷层所处的位置和缺陷层的光学厚度有关;随着缺陷层光学厚度的增大,缺陷模向长波方向移动.     

双掺Mg：Fe：LN晶体中构造光子晶格的实验研究

为了提高光子晶格的衍射效率,加快晶格写入时间,尝试在掺Fe浓度相同的双掺Mg：Fe：LN晶体（ Fe：0.03 wt.%, Mg：2.0 mol）和Fe：LN晶体（ Fe：0.03 wt.%）中分别用λ为488 nm半导体激光器和532 nm Nd：YGA固体激光器写入一维光子晶格,对比研究了两晶体内光子晶格最大衍射效率η和时间t的关系。实验结果表明,在双掺Mg：Fe：LN晶体内写入光子晶格时间比Fe：LN晶体所需时间短、衍射效率高。     

一维掺杂光子晶体缺陷模的全貌特征

通过一维掺杂光子晶体缺陷模的三个不同角度的立体图以及它们对应的俯视切面图,全面地研究了缺陷模随杂质光学厚度、杂质折射率以及光子晶体折射率的变化关系,得出了一维掺杂光子晶体缺陷模的全貌特征,并得到以下重要结论:缺陷模透射峰随杂质光学厚度变化呈周期性的出现,在同一周期上缺陷模的波长随杂质光学厚度呈线性变化;缺陷模透射峰的半高宽度随杂质折射率的增加而减小,但陷模透射峰的高度不受杂质折射率变化的影响;光子晶体的折射率对缺陷模透射峰的峰高和半高宽度都有显著的影响.     

含负折射率材料一维掺杂光子晶体的缺陷模特性研究

采用光学传输矩阵给出了含负折射率材料一维掺杂光子晶体的特征矩阵,研究了缺陷模的相关特性,经数值模拟计算得出：改变负折射率的大小、杂质的吸收系数和厚度,缺陷模的中心频率位置不变,缺陷模透射率随负折射率的减小而降低,透射谱的频率宽度也逐渐减小,同时缺陷模的半高宽度随消光系数和杂质厚度增大而增宽。光子晶体的这些特性将为光的传输控制、全反射镜和滤波器的设计等提供理论依据。     

1维掺杂光子晶体宽窄双重滤波器的理论研究

为了研究了1维掺杂光子晶体宽窄双重滤波器的特性,采用光学传输矩阵方法,计算了双重滤波透射峰的峰值和半峰全宽。当杂质层折射率增加时,窄滤波透射峰峰值保持不变,其半峰全宽逐渐增加,宽滤波透射带中心波长两边的透射率逐渐增加,其半峰全宽逐渐减小;当杂质的消光系数增加时,窄滤波透射峰的峰值迅速减小,宽滤波透射峰的峰值先快速减小随后缓慢减小,两个滤波的半峰全宽都随着消光系数的增加而增大。结果表明,在设计宽窄双重滤波器时,可根据不同的要求选取不同材料的杂质层,同时还必须考虑杂质吸收这一重要因素。     

基于掺杂电光材料一维光子晶体的光开关

设计了新型的光开关器件,该器件建立在掺杂电光材料的一维光子晶体上.运用传输矩阵法研究掺杂电光材料的一维光子晶体的传输特性.结果发现对特定缺陷模频率的光波,可以通过加在掺杂电光材料的电场来控制光信号的通断.当外加交变电场时,一维光子晶体周期性地输出脉冲.输出脉冲的间隔周期是外加电场的一半.     

基于Berreman矩阵研究一维掺有各向异性材料缺陷的光子晶体偏振特性

为了研究具有各向异性材料缺陷层的光子晶体禁带特性,构造了具有各向异性材料缺陷层（AB）10F（BA）10 型一维光子晶体,利用Berreman 传输矩阵进行了数值计算。研究发现,随着缺陷层F 厚度d的增加,在700~1 000 nm 禁带中出现的两个缺陷模发生红移,缺陷模透射系数呈阶段性变化。改变缺陷层内单轴晶体方位角 ,X偏振光产生的缺陷模往长波方向移动,透射系数在一定波长范围内规律变化,而Y偏振光产生的缺陷模始终不变。另方位角在0~90范围内变化,则该禁带内产生新的缺陷模。缺陷模的这些特征对全方位过滤器的设计有一定价值。     

Measurements of electrophysical characteristics of semiconductor structures with the use of microwave photonic crystals

A method is proposed for the measurement of the electrophysical characteristics of semiconductor structures: the electrical conductivity of the n layer, which plays the role of substrate for a semiconductor structure, and the thickness and electrical conductivity of the strongly doped epitaxial n ⁺ layer. The method is based on the use of a one-dimensional microwave photonic crystal with a violation of periodicity containing the semiconductor structure under investigation. The characteristics of epitaxial gallium-arsenide structures consisting of an epitaxial layer and the semi-insulating substrate measured by this method are presented.     

一维光子晶体传感器在液体测量方面的应用研究

运用传输矩阵法推导了电磁波在一维周期性光子晶体中的传输特性,给出了光子晶体的色散关系和反射特性曲线,分析了其反射特性与结构参数的关系。并且利用计算机数值模拟了缺陷型一维光子晶体的反射谱及带隙变化规律,给出了光子晶体传感器在液体的高度测量和折射率测量方面的模拟计算,为一维缺陷态光子晶体传感器在液位测量和液体折射率测量方面的实际应用奠定了理论基础。     

传输矩阵法分析一维光子晶体传输特性及其应用

利用传输矩阵法,设计了一维光子晶体滤波器,主要分析了缺陷层为F,结构为A(BA)~NF(AB)~MA的一维光子晶体的透过率的两个因素:A与B的厚度比和中间缺陷层.对A与B的厚度比和中间缺陷层对透射率的影响进行了计算机仿真研究,给出了一维光子晶体滤波器的设计方法.利用一维光子晶体中TM模与TE模的本征方程,针对光通信中常用的波长做了光子晶体全反射镜的设计和优化,并将一维光子晶体器件应用在卡塞格伦光学天线系统中,设计制作出一套空间光通信系统.     

周期层数及入射角对一维光子晶体带隙的影响

一维光子晶体基本周期的介质折射率取n2=1.5和n3=2.5,采用传输矩阵法,通过For-tran编程进行数值计算,分别得到了不同周期层数(N)及不同入射角度(θ1)下的一维光子晶体透射谱;从光子带隙频宽、带隙中心位置及带隙中心的透射率值等方面,分析并讨论了周期层数及入射角对一维光子晶体带隙特性的影响。结果表明,随着N值的增加,带隙中心的透射率值迅速减小,当N增至16层时,一维光子晶体基本形成;此外,在0°～85°内,随着入射角度的增加,带隙低频值向左移动,高频值向右移动,带隙宽度呈增加的趋势,入射角不影响光子带隙的中心位置。     

一维掺杂光子晶体的缺陷模和偏振特性研究

利用特征矩阵法研究了两种偏振光通过一维掺杂光子晶体的缺陷模特征和偏振特性,结果表明:S偏振光的缺陷模对应的入射角随着入射波长的增大而增大,而P偏振光的缺陷模对应的入射角却随着入射波长的增大而减小;P偏振光存在明显的"广义布儒斯特角"对应的允许带,其"广义布儒斯特角"随着入射波长的增大而减小,S偏振光不存在"广义布儒斯特角".     

负折射率缺陷层光子晶体的缺陷模和光学增强

研究了缺陷层为负折射率材料的一维光子晶体的带隙结构.研究结果表明：与缺陷层为正折射率材料的同类型结构相比,负折射率材料缺陷模的宽度变宽,且随着缺陷层厚度的增加,缺陷模向高频（短波）方向移动,缺陷模的移动速度也大.同时研究了负折射率缺陷层位置的不同对光子晶体透射特性的影响以及光学增强效应.     

Properties of defect mode and optical enhancement of 1D photonic crystals with a defect layer of negative refractive index material

The band gap properties of one-dimensional photonic crystals with a defect layer of negative refractive index materials are studied. The defect mode width is bigger than that of conventional one-dimensional photonic crystals with a defect layer of positive refractive index materials. The defect mode of the former is different from that of the latter, shifts towards the direction of high frequency （short wavelength）, and has a bigger shifting velocity. Furthermore the effects on the transmission properties of the former photonic crystals caused by change in the position of the defect layer of negative refractive index are investigated. Finally the optical enhancement of the former photonic crystals is also investigated.     

光子晶体隐身应用分析

激光隐身和红外隐身的兼容是现代战场的迫切需求,但是二者对材料的要求是相互制约的,利用掺杂光子晶体的缺陷能级形成的“光谱挖孔”结构可以很好地解决这一难题。利用薄膜光学理论中的特征矩阵法计算了设计的掺杂ZnSe的CdSe/SiO2光子晶体薄膜的反射、透射和吸收光谱,计算结果表明掺杂光子晶体能够很好的满足热红外与1.06μm或10.6μm激光隐身兼容的要求。指出掺杂光子晶体的缺陷能级是由高透射引起的低反射,并不满足激光隐身的实际要求,解决方法是在光子晶体薄膜的基底中引入吸收材料,从而把缺陷能级透过的激光吸收掉。     

一维函数型光子晶体的光学传输特性

研究了一维正弦函数型光子晶体的透射特性和缺陷层对透射特性的影响,同时分析了光在正弦函数型光子晶体中的光学传输特性,即电场在正弦函数型光子晶体中的分布。对正弦函数型光子晶体,在缺陷层处的场强既可局域增强,也可局域减弱。这与缺陷层介质的折射率大小有关。当缺陷层对场强的作用是增强或减弱时,缺陷层位置越靠前,它对其后场强的增强或减弱作用越大。这些结论对光子晶体的设计与应用具有一定指导意义。     

掺杂二维三角圆柱光子晶体传输特性研究

为了研究掺杂对二维光子晶体传输特性的影响,应用时域有限差分方法数值模拟了各种掺杂情况下二维三角圆柱光子晶体的透射率即光传输函数随频率的变化。数值结果表明,对于一定的入射方向,光子晶体中的带隙的宽度、中心位置都受到掺杂所处的位置、掺杂物的折射率、掺杂柱的粗细不同程度的影响。该结论为该类光子晶体的应用提供了理论依据。     

碱金属碱土金属对Yb3+掺杂硅酸盐激光玻璃的物理和光学特性影响

高功率掺杂光子晶体光纤激光器受到国内外研究者的广泛关注,应用于掺杂光子晶体光纤纤芯的掺杂玻璃制备成为自主拉制掺杂光子晶体光纤,进而实现高功率激光器的国产化基础问题之一。通过高温熔融工艺制备了Yb3+掺杂浓度相同、基质碱金属和碱土金属成分不同的硅酸盐玻璃,计算并分析了碱金属、碱土金属对玻璃样品的物理性质、光谱性质和激光特性的影响。结果表明:Yb3+-SiO2-Li2O-MgO-CaO-BaO-Al2O3多组分硅酸盐玻璃是优质的Yb3+掺杂光子晶体光纤的纤芯材料之一,为后期制备双包层Yb3+掺杂光子晶体光纤激光器的纤芯材料提了供理论和实验依据。