含负折射率材料的光子晶体异质结构的能带

构造了(AnBm)s型正负折射率材料交替生成的一维异质结构光子晶体.由于传输矩阵法具有方法简单、计算量低和精确度好等优点,本文利用传输矩阵法来研究电磁波在这种结构中的传输特性.由透射谱可以看出,该结构的光子晶体具有宽窄不同的通带,且整个能带结构不敏感于周期数的变化,而敏感于晶格厚度和入射角的改变:随着晶格厚度的减小,禁带逐渐变宽,在原来的通带区逐渐形成多个禁带,通带区震荡的剧烈程度逐渐减弱;随着入射角的增加,在原来的通带区也会逐渐出现多个禁带,其中在低频区逐渐出现的禁带都比较窄,而在高频区则逐渐出现一个很宽的禁带,并且这个禁带随着入射角的增加而变宽,同时透射峰随入射角的增加而逐渐向低频移动.由此可以看出,这种光子晶体可以同时实现窄带滤波和宽带滤波的双重滤波功能.     

波分复用各向异性光子晶体滤波器

从光子晶体的光子频率禁带特性出发，提出了用两个或两个以上的各向异性周期结构光子晶体叠加在一起，形成叠层结构光子晶体，以获得窄带滤波特性的设想；利用光学传输矩阵法研究了这种结构的光子晶体，分析了在不同入射角和折射率条件下，该周期结构的透射和偏振的光学特性。分析表明，各向异性光子晶体在折射率比值较大或与高折射率各向同性介质结合使用，可以获得较窄的通带，从而实现滤波。数值模拟的结果也证实了上述构思的正确性。     

负折射激活介质一维光子晶体超窄带滤波器研究

把一维时域有限差分方法用于可见光区一维光子晶体超窄带滤波设计研究,首先适当选择完整的一维二元光子晶体参数找到可见光区中的禁带,然后在完整一维光子晶体中间引入缺陷层可得到在某一波长出现超窄通带.进一步研究缺陷层参数物理厚度、折射率对超窄带的位置、透过率的调节,数值结果表明当缺陷层用无损介质时超窄通带的中心波长与缺陷层物理厚度、折射率有很大关系,透过率与它们关系不大.当介质是有损或激活介质时超窄通带的中心波长与介质折射率虚部消光系数、激活系数大小无关,消光系数越大透过率越小,激活系数与透过率没有线性关系但有最大值出现,当缺陷层介质是负折射材料时折射率数值在一定范围内取值同样会出现窄带滤波特性,折射率数值绝对值较大时在可见光区禁带中会出现多个透过峰.     

含超材料AZO/ZnO光子晶体近红外滤波特性的研究

基于电磁波的传输矩阵理论,对一维光子晶体在近 红外波段0.85－2.30 μm滤波特性进行了分析研究。由MoS₂和半导体超材料AZO/ZnO构成(AB)N型光子晶体,其中AZO/Zn O是掺铝氧化锌层和氧化锌层交替形成的具有人 工周期结构的各项异性材料,在部分近红外波段具有负的折射率。数值分析表明:此结构光 子晶体在0.85－2.30 μm波 段具有四个光子通带;带隙随B层中填充因子h的增大发生蓝移;光子晶体透射 峰的数量由光子晶体周期N决定, 即周期为N时,每个通带透射峰的数量为N－1;通过改变膜层厚 度能实现对透射波长的调控,如增加A层或B层厚 度,透射波中心波长发生红移;而光波入射角度的增加将使透射波中心波长发生蓝移。由超 材料AZO/ZnO构成的光 子晶体的滤波特性为光通信波段多通道可调谐高性能滤波器的设计提供理论参考。     

复周期光子晶体的理想多通道滤波特性

利用光学传输矩阵法，引入理想因子，研究了3单元复周期结构光子晶体存在理想多通道滤波特性的参数条件。研究发现，其它参数固定时，晶体的高低折射率介质光学厚度比值离1越远，则多通道滤波特性越理想；波的入射角越大，则多通道滤波特性越理想；在适当的参数条件下，可以获得非常理想的多通道滤波特性，对应的理想因子值在10^-4以下。     

基于表面等离子体型波导能否实现负折射率材料？ 表面等离子体三维几何结构的研究

本文对能够实现正折射率和负折射率模式的平面等离子体波导结构进行了理论分析,重点研究了可见与近红外频率的金属-绝缘体-金属（MIM）、绝缘体-金属-绝缘体（IMI）、绝缘体-绝缘体-金属（IIM）等几种几何模型的模式。结果表明,这3种等离子体结构在可见频率的有限范围内都表现出负折射性能,品质因数接近20。通过有限差分时域模拟,证实了可见光从自由空间传输至这些波导时,表现出负折射特性。给出了波长为350～850nm、波导芯尺寸在5～50nm范围变化、基于Ag/GaP和Ag/Si3N4材料的波导结构的折射率和品质因数。该结果为可见频率范围内的负折射率材料和二维波导结构提供了设计依据。这些几何结构可以作为三维负折射率材料的基础元素。     

含负折射率材料一维光子晶体异质结构的吸收特性研究

利用传输矩阵理论,研究了含负折射率材料一维光子晶体异质结构的吸收特性。发现光子晶体异质结构某些带隙内出现单向吸收峰。结果表明异质结构带隙内单向吸收峰的频率范围由构成异质结构的两个光子晶体各自的能带结构决定。另外发现异质结构在带隙单向吸收带内的吸收普遍高于其在通带内的吸收。该研究结果可用于制造单向吸收光学器件和提高光子晶体对光波的吸收。     

对称和非对称结构1维光子晶体的滤波特性

为了得到1维光子晶体新的滤波特性,并把这种特性应用到滤波器的设计中,采用传输矩阵法计算了对称和非对称结构1维光子晶体的滤波特性,同时还分析了不同的折射率比对两种结构1维光子晶体滤波特性的影响。结果表明,对称结构1维光子晶体可实现窄带滤波功能,该结构的滤波器对入射角的选取是有限制的,不适于微弱信号的检测;且当多层膜系外层为高折射率时,透射带宽要窄些。非对称结构光子晶体则具有带阻滤波特性,与对称结构1维光子晶体最大的不同是改变膜系中高低折射率材料的顺序,其滤波特性没有变化。理论分析和数值模拟结果为设计窄带滤波器和带阻滤波器提供了依据。     

无限周期正负折射率光子晶体的全反射隧穿效应

为了研究一维无限周期正负折射率交替结构光子晶体中光的全反射隧穿效应,利用色散法计算了TE波和TM波在大于全反射角入射一维无限周期正负折射率交替结构光子晶体的色散函数。得出了一维无限周期正负折射率交替结构光子晶体中TE波和TM波的全反射隧穿导带的频率随入射角的变化特性、全反射隧穿导带的频率随负折射材料厚度的变化特性。     

三层单负材料为周期单元对称型一维光子晶体的频率特性

应用传输矩阵法研究了以三层单负材料为周期单元对称型一维光子晶体(ABC)M(CBA)M。结果表明,其带隙结构对入射角的敏感程度与光波的偏振性有关,TE波的高频通带会随着入射角的增大向中心频率移动,而TM波的带隙结构对入射角的变化不敏感。研究还发现各介质层厚度的变化对能带结构的影响规律不相同。当保持各介质层厚度比不变,成倍增大各介质层厚度,高、低频通带变窄并向中心频率移动,低频区通带首先消失。当改变各介质层厚度比时,若保持A、C层厚度不变,减小B层厚度,高、低频通带分别向两侧移动同时收缩变窄;若保持B层厚度不变,增大A、C层厚度,高、低频区通带同样变窄,低频区通带首先消失,带隙同样变宽。最后研究了该光子晶体的零有效相位带隙结构,发现其通带随晶格常数的增大逐渐向中心频率移动同时收缩变窄,这一特性可以用来设计单通道窄带零有效相位延迟滤波器。     

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。     

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.     

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。     

一维多层介质光子晶体的禁带特征及其在滤波中的应用

利用光学传输矩阵法,研究了一维多层介质光子晶体的禁带特征.分析讨论了介质层排列、折射率及几何厚度等因素对光子晶体禁带的影响,进一步数值计算研究表明四层介质以上的光子晶体会因介质层排列顺序不同而产生不同的光子禁带,利用这一特点设计了一种新型的光子晶体滤波器,并研究了其窄带滤波特性.     

Characteristics of tunable micro-cavity based on one-dimensional photonic crystal doping KTP as defect layer

The tunable micro-cavity based on one-dimensional(1D) photonic crystal doped by KTP is designed.The optical transmission properties in the doped one-dimensional defect photonic crystals are analyzed using transfer matrix method(TMM).According to the electro-optic effect,the refractive index ellipsoid equation is established with the applied alternating current at both coordinate axes,and the characteristics of temperature-optics and modulation are studied.Numerical calculations and experimental results show that the tuning range is ～40 nm.     

可调谐双通道光子晶体滤波器的设计

通过对设计出的一维掺杂光子晶体的数值计算和理论分析,得出:双通道透射峰的波长随杂质光学厚度呈线性变化和双通道透射峰的半高宽随光子晶体折射率n2的增加而减小.以此为基础,设计出可调波长范围达140 nm、滤波通道半高宽的可调范围在1～5 nm、滤波通道透射峰值大于0.98的一维光子晶体双通道可调谐滤波器.     

一种新型可调谐光子晶体滤波器的理论研究

建立了可调谐光子晶体滤波器的设计标准,作为设计的依据.通过数值计算和理论分析,得出了一维掺杂光子晶体的缺陷模随杂质光学厚度L和光子晶体折射率n2的变化特征.设计出的可调谐一维光子晶体滤波器在理论上能很好地满足设计标准,滤波通道的半高宽(FWHM)可调范围在1～4 nm间,波长λ可调范围达300 nm,透射率峰值大于0.95.     

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。     

基于磁流体的一维光子晶体磁场传感器的研究

基于磁流体的折射率对外加变化磁场的敏感特性,提出将磁流体作为缺陷层引入到一维光子晶体中实现磁场传感。由于缺陷的存在,使得光子晶体的透射谱中产生缺陷峰。该传感器可通过测量磁场变化时光子晶体缺陷模波长的移动对相应的磁场进行测量。利用传输矩阵法对不同结构参数下,缺陷模波长随在外加磁场的变化进行了模拟计算,为实际磁场传感器的设计提供了理论参考。