含正负介质光子晶体在角度入射情况下的带隙结构变化

采用传输矩阵法研究了在角度入射情况下由PIM/NIM组成的一维光子晶体的透射谱,得到其带隙结构的变化规律:光子晶体的带隙结构会随着入射角的改变而改变,尤其对于色散的NIM与PIM组成的一维光子晶体,在nN≈0附近会产生一个新的带隙,新带隙的中心位置保持不变,但宽度会随着入射角的增大而变宽;第一级Bragg隙的中心位置和隙宽也随着入射角的变化而变化,这为二次谐波效应实现完全相位匹配创造了条件.     

含有缺陷层的异质镜像光子晶体的局域态研究

采用一维介电体系中处理光传播的方法—传输矩阵法,详细推导了含有缺陷层的异质镜像光子晶体(ABCCBA)PD(ABCCBA)Q中透射率的计算公式,并用Matlab编程模拟了异质三周期镜像光子晶体中无缺陷层和引入缺陷层D时,光子带隙的数目和带宽及缺陷模的数目和透射率随缺陷层位置、厚度、介质周期数的变化情况。模拟结果表明:对于此结构的光子晶体,当缺陷层位于中央位置、周期数N=8、10,厚度变化且为某些特定值时,其光子带隙数目、缺陷模数目及透射率有最佳值。这一研究为设计可调谐滤波器、多通道滤波器提供了重要的理论基础。     

含金属层一维三元光子晶体结构的高吸收特性研究

利用传输矩阵理论,分析了含金属层的一维光子 晶体对太阳光谱的吸收特性。通过对一维光子晶体透射谱、 反射谱和吸收谱的分析,分别研究了金属层的消光系数、色散系数、入射角和光子晶体结构 的周期数目变化对吸收率的 影响。结果表明随着消光系数和周期数的增加,吸收率都明显增加,谱线宽度和高吸收带位 置基本保持不变;吸收率随 着色散系数的增加变化规律略有不同,不同吸收带的频谱位置向长波方向移动,谱宽基本保 持不变;吸收率均值随入射 角的增加而减小,而且频谱位置向长波方向移动;一维光子晶体结构周期数增加,各吸收 带的吸收率波动程度减小。 本文结果可用于提高对太阳光辐射的吸收,为光子晶体的设计及其在太阳能利用方面的应用 提供重要依据。     

一维全息光子晶体基本周期对光子禁带的影响

利用由传输矩阵法得到的一维光子晶体的反射率计算公式,针对具体的一维全息光子晶体周期结构,计算了折射率调制周期的改变以及光学厚度的改变对光子禁带结构的影响．结果表明：随着折射率调制周期参数的增大,禁带宽度减小,禁带中心的位置移向短波;随着光学厚度的增大,禁带宽度增大,禁带中心的位置移向长波．在设计光子晶体时,可以根据需要,通过改变光子晶体基本周期结构的参数来实现对光子带隙的控制．     

一维光子晶体传输特性优化设计

本文研究了光子晶体周期堆栈的时候,输入波能够快速的衰减的条件下,一维光子晶体的传输特性。研究表明,当入射角一定时,光子晶体的填充率能够得到最好的禁带带宽和反射率:而随着入射角度的增加,光子晶体的反射率逐渐增大,反射效果更好,同时带隙宽度逐渐变大,而全能反射带宽逐渐变小,并向长波方向移动。与其它结构的光子晶体相比,这种条件下一维光子晶体利用很少的周期数,就可以得到99%以上的反射率和很宽的禁带宽度。     

一维光子晶体透射率的数值模拟

根据光子晶体的电磁特性,求解麦克斯韦方程,应用传输矩阵法求解一维光子晶体中电磁波传播的透射率特性,通过改变构成一维光子晶体的层数、材料折射率和材料厚度,得到层数变化对禁带宽度变化影响不大,折射率差值增大时带隙宽度也逐渐增大,两介质厚度有一定厚度差比厚度一样时形成较宽带隙。     

入射角和杂质吸收对一维光子晶体反射镜的影响

利用复折射率的方法和膜系设计软件TFcalc分别研究了入射角和杂质吸收对一维光子晶体反射镜反射谱和透射谱的影响.结果表明:随着入射角的增大,一维光子晶体反射镜的禁带中心位置蓝移,禁带宽度减小.入射角小于60°时,带隙势阱深度几乎不变,大于60°后带隙势阱深度变化较大.当入射角无限接近90°时,P偏振光的带隙几乎消失,S偏振光的带隙几乎保留.杂质吸收对于一维光子晶体的反射谱和透射谱显著影响时的临界消光系数值分别是0.001和0.0003.高折射率介质层的杂质吸收对光谱的影响较小.     

一维有限周期光子晶体全反射隧穿的多光束干涉理论

为了解释一维有限周期光子晶体全反射隧穿效应的产生原因,利用多光束干涉理论得出了一维有限周期光子晶体的全反射隧穿导带的透射率公式和频率中心公式,成功地解释了一维有限周期光子晶体的全反射隧穿现象的产生原因。利用透射率公式和频率中心公式研究了全反射隧穿导带随周期数、周期光学厚度以及入射角的变化规律。     

多通道可调谐1.55μm光子晶体滤波器

建立了（AB）N型一维光子晶体结构多通道可调谐滤波器模型,其中A层是砷化镓（GaAs）材料,B层是由掺铝的氧化锌层和氧化锌层（AZO/ZnO）交替排列构成的具有人工周期结构的各项异性材料。根据电磁波的传输矩阵理论,推导了光子晶体的透射率公式。数值模拟表明:此结构光子晶体透射中心波长是1.55 m,对应于光子通带;透射峰的数量由光子晶体的周期N决定;B层中填充因子h从2/3增加到11/12,峰值波长蓝移且移动范围超过200 nm;A和B层厚度增加,透射峰中心波长发生红移;而入射角度的增加将使透射峰中心波长蓝移;在各参数的调控范围内,光子晶体均保持较高的透射率不变。这些现象为光通信波段多通道可调谐高性能滤波器的设计提供了理论参考。     

含缺陷一维光子晶体电场分布研究

文章给出了任意入射角时光在一维光子晶体中的透射率及电场分布的解析式,研究了不同的入射角、入射光角频率、缺陷层折射率及光子晶体周期数对含缺陷的一维光子晶体场强分布的影响,同时研究了缺陷层的吸收系数对光子晶体透射率及场强分布的影响,所得到的一些结论为光子晶体的制备及应用提供新的有价值的理论依据。     

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。     

含梯度折射率缺陷的一维光子晶体滤波性能研究

为实现一维光子晶体更优越的滤波特性,引入渐变折射率缺陷层,可以抑制某些特定频率的电磁波,产生光子禁带。利用时域有限差分（FDTD）法,严格求解麦克斯韦方程组。研究了缺陷层的折射率变化为抛物线型时对应的透射率谱线,并分析了周期介质层的折射率比、厚度比及周期数,对滤波性能的影响。研究表明,增加折射率比,含梯度折射率缺陷层的一维光子晶体可以实现更大的滤波带宽;改变厚度比,可以影响透射峰位置;改变周期数,则可以影响透射率。这一研究结果对提高光子晶体滤波器性能具有一定参考价值。     

Angular tuning of defect modes spectra for one dimensional photonic crystal filters with a liquid crystal layer

A tunable photonic crystal filter with a twisted nematic liquid crystal layer is proposed. The defect modes spectra with varying incident angles are discussed in detail by 4×4 matrix method. The results show that the defect modes are mainly decided by the applied voltage when the incident angle is smaller than 8°. As the incident angle further increases, the band gap and the defect modes shift toward the shorter wavelength side, and the changes of the two modes are different. In the lower voltage range, the defect modes can be tuned not only by the applied voltage but also by the incident angle. In the higher voltage range, the defect modes can be further tuned by varying incident angle and the different modes can be separated from each other by a big incident angle.     

含单负材料对称型一维光子晶体隧穿模的特性

构造了由电单负材料A和磁单负材料B组成的(AB)N(BA)N型一维光子晶体,利用传输矩阵法进行了数值计算。结果表明:其带隙中出现了一隧穿模。此隧穿模具有如下特征:入射角增加,隧穿模向短波方向移动,且其半峰全宽变窄,入射角越大,变化越明显;介质层的几何厚增加,隧穿模向长波方向移动,且移动量和介质厚度的增量间存在线性关系;A介质的介电常数A或B介质的磁导率B增加,隧穿模向长波方向移动,移动量与A或B的增量呈非线性关系,但A越大或B越小,隧穿模的半峰全宽度越窄。上述参数变化时,隧穿模的透射率始终保持为1。     

含单负材料光子晶体隧穿模的偏振特性

为探讨含磁单负材料光子晶体的偏振特性,构造了由普通材料A(SiO2)和磁单负材料B组成的(AB)3(BA)3对称型一维光子晶体。数值计算结果表明,垂直入射时,原禁带的1 907 nm处出现了一个十分尖锐的隧穿模。对TE波,入射角增加、B介质的介电常数B或几何厚度减少时,禁带边缘蓝移,宽度变窄,隧穿模的透射率和半峰全宽保持不变,但其位置蓝移。上述3个参数分别变化时,TM波的透射谱及隧穿模的变化规律与TE波的相同,只是入射角增加时,TM波禁带长波边缘的蓝移量小于TE波的。隧穿模的这些偏振特性对高品质滤波器的设计具有指导意义。     

晶格常数对光子晶体量子阱透射谱的影响

为设计高品质光学滤波器、光开关等量子光学器件,用传输矩阵法理论研究晶格常数对一维光量子阱（AB）5（CD）2（BA）5透射谱的影响,结果发现:当A、B介质层的晶格常数偶数倍增加时,禁带中心频率处的窄透射峰变成宽透射带,透射带两侧对称分布着2条透射率为100%的窄透射峰;当A介质层的晶格常数奇数倍增加时,禁带中心频率处出现透射率为100%单条窄透射峰;当B介质层的晶格常数奇数倍增加,或D介质层的晶格常数按整数倍增加时,禁带中心频率处恒定出现3条透射率为100%的窄透射峰,且三者之间距离随着B、D介质层晶格常数的增大而逐步向禁带中心靠拢;当D介质层晶格常数按整数增加时,不仅禁带中心频率处恒定出现3条透射率为100%的窄带透射峰,同时两侧对称出现与晶格常数倍数密切相关的双透射峰结构,且双透射峰的透射率随晶格常数倍数增大而增高。这些特性可实现可调通道光滤波和光开关功能,并为实验制备工作提供理论指导。     

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.