含负折射率光子晶体缺陷模偏振态的吸收特性

为了研究含负折射率掺杂光子晶体各缺陷模偏振态的吸收特性,引入复折射率并利用光学特征矩阵法进行分析,结果表明：杂质的消光系数对TE波和TM波的缺陷模均有影响,但对TE波的影响更为明显;当消光系数一定时,对TE波而言,中心波长相对较大的两个缺陷模透射峰值均随入射角的增加而迅速减小,而TM波的三个缺陷模透射峰均随入射角的增加而增加。利用这一特性可以设计双（多）通道光子晶体偏振滤波器。     

含一缺陷层的一维液晶填充光子晶体缺陷模电场和温度调控特性

基于液晶折射率对温度和电场的特性,采用传输矩阵法,研究了含一缺陷层一维液晶填充光子晶体缺陷模的电场和温度调控特性。研究结果表明：当温度T在（273k,340k）内一定时,随着垂直入射光与电场方向间夹角θ在（0,π/2）内增大,缺陷模波长向短波方向漂移,最大调控波长为373?。当夹角θ在（0,π/2）内一定时,随着外界温度T在（273k,340k）内升高,缺陷模波长发生改变,变化量先负后正,最大调控波长为219?。当θ= 0.7505时,不管外界温度T在（273k,340k）内如何变化,缺陷模波长保持不变。温度对缺陷模波长的影响比垂直入射光与电场方向间夹角θ对缺陷模波长的影响更弱。     

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".     

光子晶体缺陷模的偏振特性研究

为了了解光波在一维光子晶体的传输特性,利用传输矩阵方法进行了数值模拟,并研究了缺陷层厚度对缺陷模偏振特性的影响.结果表明,入射角的变化对光子晶体的禁带及缺陷模影响较大,它们都随入射角的增大向高频(短波)方向移动,s偏振的禁带宽度逐渐增宽而p偏振的禁带宽度变化不明显,p偏振的缺陷模频移较s偏振的稍大.随着入射角的增大,s偏振的缺陷模越来越细、品质因子逐渐增大,而p偏振的缺陷模变化趋势则刚好相反.     

含负折射率材料一维三元光子晶体的特性研究

运用光学传输矩阵理论，研究了含负折射率材料一维三元光子晶体的禁带特性和局域模特性，发现了一种新型全方位光子带隙。与传统的Bragg带隙相比，这种新型全方位光子带隙的中心频率和带宽对入射角的变化不敏感。引入缺陷后，全方位光子带隙中出现缺陷模，它的位置对入射角不敏感，而且当各层介质厚度做一定比例的缩放时也几乎保持不变。     

各向异性矩形掺杂光子晶体的缺陷模及量子效应

为了研究1维各向异性矩形掺杂光子晶体中缺陷模及量子效应,采用特征矩阵法研究了光波在其中出现的模式量子效应,并计算了TE波和TM波各模式缺陷模的变化规律,得出了1维各向异性矩形掺杂光子晶体缺陷模的新结构.结果表明,缺陷模的频率和透射角都随模式量子数的增加而增大,同一模式缺陷模的频率随矩形边长的增加而减小.     

液晶染料填充一维光子晶体局域模的电场调控及其光激发特性研究

基于液晶的电场调控特性及激光染料作为增益介质的增益模型,通过传输矩阵法理论研究了液晶染料填充一维光子晶体局域模的电场调控及其光激发特性。数值结果表明:随着垂直入射光和电场方向的夹角θ的增大,局域模波长向短波方向移动;当角度θ在(0°,90°)范围内变化时,局域模波长最大调控量达56.7nm;激光染料泵浦后不改变局域模的位置,但局域模的透射率变大了;随着增益系数的增大,局域模透射率先增大后减小,不同局域模对应不同的泵浦阈值,并且随着夹角θ的增大局域模对应的泵浦阈值将减小。     

掺杂缺陷层的异质双周期光子晶体的磁光效应

通过在掺杂缺陷层的异质双周期光子晶体的表面添加一层具有Voigt效应的磁光半导体层,使该光子晶体结构的缺陷模透过率对外磁场产生响应。首先研究磁光半导体层的介电常数（折射率）随外磁场的变化规律,进而利用传输矩阵法研究该结构缺陷模的透射率随外磁场的变化规律。研究结果表明:在选取合适的材料参数和结构参数条件下,可实现缺陷模透射率与磁场的相关性,获得受磁场调控的缺陷模透射率,从而该结构可以应用于窄带滤波器的磁控开关。     

一维光子晶体缺陷模光场分布的色散效应

利用特征矩阵的方法推导出光在一维掺杂光子晶体中光场的分布公式,利用光场的分布公式和材料的色散公式研究了杂质色散对一维掺杂光子晶体缺陷模和禁带光场分布的影响。研究表明:杂质色散对一维掺杂光子晶体缺陷模的光场的分布会产生明显的影响,杂质色散会使缺陷模的光场的峰值明显降低,会使光场分布的半高宽明显减小。     

采用含掺杂半导体光子晶体的太赫兹梳状滤波器

用a 介质（n 型掺杂GaAs）和b 介质（TiO2）组成一含缺陷层的光子晶体。数值计算表明:此光子晶体在3.0~4.5 THz 范围内出现了5 个透射率为1 的缺陷模，这些缺陷模有如下特征:当n型掺杂GaAs 的掺杂浓度n由1017/cm3 增加到1019/cm3 时，缺陷模的中心、半峰全宽度和透射率均保持不变，但若n增至1020/cm3，则缺陷模的透射率开始下降。入射角增加，缺陷模的透射率保持不变，但其中心发生蓝移，移动率为变量，且半峰全宽度变窄。a、b 两介质或缺陷层c 的几何厚度分别增加时，缺陷模的透射率和半峰全宽度分别保持不变，中心位置红移。这些现象为此类光子晶体实现太赫兹频段的梳状滤波提供了理论指导。     

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。     

含有多缺陷的光子晶体中的局域缺陷模

采用紧束缚法,研究含有缺陷的光子晶体中的缺陷模,导出了缺陷模频率方程。作为特例,采用转移矩阵法,数值计算了含有三个缺陷的一维光子晶体的透射谱和与光子带隙中缺陷模频率对应的光场强度分布,讨论了缺陷间的相互作用对缺陷模的影响。结果表明:当光通过含有多个半波缺陷的光子晶体时,在透射谱的禁带中出现缺陷模,缺陷模的数目与半波缺陷数目相同,而缺陷模频率的间隔随着半波缺陷间隔层数的增加而减小,最后形成一个缺陷模通带;与缺陷模频率对应的光场分布为局域状态,并发现局域光场峰值出现在缺陷邻近层。     

杂质吸收对光子晶体缺陷模偏振态的影响

引入复折射率并利用特征矩阵法,研究了杂质的吸收对TE波和TM波缺陷模透射峰的影响.得出:杂质的消光系数对TE波和TM波的缺陷模透射峰都有显著的影响,但对TE波缺陷模的影响比对TM波缺陷模的影响更为明显.当消光系数一定时,TE波的缺陷模透射峰随入射角的增大而迅速减小,而TM波的缺陷模透射峰随入射角的增大而增大.利用这一特性可以设计光子晶体偏振滤波器.     

光子晶体缺陷模随缺陷结构变化规律及其双模特性的数值研究

本文利用光学传输矩阵理论,对一维光子晶体缺陷层存在和不存在时光子晶体缺陷模进行了研究。计算表明:在计算模型中缺陷层存在与否,都可以产生缺陷模,并从产生机理上给予了解释。计算了不同周期厚度与光的入射角对光子晶体缺陷模的影响,得到了单缺陷层时,双模产生的条件及随缺陷层光学厚度变化的规律,得到的一些结论将有助于我们更好的理解和进一步开发光子晶体的应用。     

1维石墨烯光子晶体的电磁吸收特性

为了研究1维石墨烯光子晶体在可见光波段的吸收特性,采用传输矩阵的方法进行了理论分析和数值仿真,得到了1维石墨烯吸收特性与石墨烯层数、缺陷层介质厚度、电磁波模式有关的结果。结果表明,增加石墨烯层数时,对波长为556nm左右的绿光的吸收作用明显增强;缺陷层介质厚度增加时会引起吸收峰的增加;在TE模式下,入射角对石墨烯光子晶体吸收特性影响较小。该研究结果为1维石墨烯光子晶体吸收器的设计提供了理论依据。     

对称双缺陷光子晶体的缺陷模规律

为了了解对称双缺陷光子晶体的传输特性,采用传输矩阵法进行了数值模拟研究。当两缺陷层中间的介质层数目大于缺陷两外侧介质层总数时,在禁带中只出现单一的缺陷模,且其透射率随它们的差异的增大而迅速减小;但当中间的介质层数目小于两外侧介质层总数时,在禁带中将会出现两个透射率为1的缺陷模,且两缺陷模的间距随它们的差异的增大而增大。结果表明,缺陷层的位置对缺陷模的影响较大,要使缺陷层中的局域电场得到有效提高,必须使缺陷层靠近光子晶体的正中心。     

一维光子晶体中光场局域态特性的研究

给出了任意入射角的一维光子晶体透射率及场强分布解析式,分别研究了缺陷层的吸收系数对光子晶体透射率、场强分布的影响,同时研究了不同的入射角、缺陷层折射率、光子晶体周期数及光子晶体结构形式对场强分布的影响。得到了一些新的有价值的结论,为光子晶体的制备及应用提供了理论依据。     

正方形具有缺陷结构二维光子晶体结构参数对本征模的影响

由于正方形二维光子晶体具有光子禁带,所以在光子晶体缺陷处可形成对光子束缚的缺陷本征模.本征模的频率应在光子禁带频率范围内,而光子禁带频率又取决于光子晶体的结构参数.通过有限元法数值计算得到并图示了正方形具有缺陷结构二维光子晶体本征频率和介质柱半径、晶格常数以及介质柱介电常数之间的关系.利用这些关系当增大介质柱半径而相应减小介质柱介电常数时,本征频率将会保持不变.此外由于光子晶体结构参数的不同,本征模对应的电磁场在晶体中的分布也不同,文中图示了电场强度的大小在一些结构中的分布.     

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.     

Polarization sensitive performance of one dimensional photonic crystal filters with a liquid crystal layer

A tunable photonic crystal (PC) filter is proposed with the twisted nematic (TN) liquid crystal (LC) as a defect layer. The polarization sensitive performance and the eigenmodes are analyzed. The results show that there are two kinds of transmission modes, namely o and e, when the voltage is low. The different modes can be selected by rotating the filter axially. The e mode shifts toward the shorter wavelength side as the applied voltage increases. Then the peaks of two modes merge into each other and the polarization sensitive performance disappears. The photonic band gap is insensitive to the voltage. The tunable range of the filter is 53 nm.