一维磁流体掺杂光子晶体缺陷模的磁控可调特性

磁流体的有效介电常数 与磁性粒子体积分数P和外加磁场因子 有关。本文首先计算了水基MnFe2O4磁流体的有效折射率随纳米磁性粒子体积分数P和外加磁场强度因子 的变化关系,发现通过调节外加磁场因子 的大小可实现不同纳米磁性粒子体积分数P的磁流体具有相同的有效折射率。然后,应用传输矩阵法,数值模拟了水基MnFe2O4磁流体中的纳米磁性粒子体积分数P=0.745时结构为(AB)8C(BA)8的一维磁流体掺杂光子晶体的透射谱。结果表明：缺陷模随着磁流体有效折射率nc的增大出现红移现象,即缺陷模中心波长随着随有效折射率nc的增大而变长,最大改变量为36.6nm。最后讨论了缺陷模品质因子 ,发现缺陷模半峰值带宽 不变,缺陷模品质因子 与缺陷模波长 随磁流体有效折射率nc的变化具有相同的线性变化特性,即品质因子 随有效折射率nc的增大而增大。     

一维液晶缺陷光子晶体温度传感器的研究

将向列相液晶作为缺陷层引入一维光子晶体中,利用液晶折射率对温度变化敏感特性,设计了一维液晶缺陷光子晶体温度传感器。用传输矩阵法研究了传感器的温度特性,并用Matlab编程进行了模拟计算。结果表明,当温度升高时,液晶排列沿平行介质表面的传感器,缺陷峰波长向长波长方向漂移,缺陷模透射峰的宽度减小;而液晶排列沿介质表面法向的传感器,缺陷峰波长则向短波长方向漂移,缺陷模透射峰的宽度增大;传感器的温度灵敏度大于普通材料缺陷的光子晶体,与液晶材料和温度有关,温度接近液晶相变点而增大迅速;传感器缺陷峰波长的漂移与温度成非线性关系。设计了温度传感器探头结构和实验测量系统,测量结果与理论计算值符合。     

基于一维缺陷光子晶体的角度测量仪的设计

提出用一维缺陷光子晶体来测量角度特别是小的角度变化的设计方案。用Si薄膜和SiO2薄膜组成一维缺陷光子晶体,用特征矩阵法研究该光子晶体的禁带中的缺陷模的波长和强度随入射角缓慢变化而变化的规律,由此提出根据缺陷模的波长、强度、偏振性与入射角的关系进行角度测量的原理。本设计特别适用于极小的角度变化的测量。     

基于SPR效应和缺陷耦合的光子晶体光纤高灵敏度磁场与温度传感器

设计了一种基于表面等离子体共振(SPR)效应以及缺陷耦合机理的新型光子晶体光纤传感器。该传感器结构中光子晶体光纤包层的一个特定空气孔内表层被镀上金属薄膜,通过改变另一空气孔直径以形成缺陷,并在这两个空气孔中填充磁流体材料。通过分析磁流体的折射率与温度、磁场的关系,实现了对温度和磁场的同时测量。实验结果表明,耦合谐振峰与SPR损耗峰在温度升高时均产生蓝移,磁场增强时均产生红移。耦合谐振峰与SPR损耗峰的温度灵敏度分别可达到-1.338 nm/℃和-1.575 nm/℃,磁场灵敏度分别为4.333μm/T和2.816μm/T。该传感器不仅具有高灵敏度,而且实现了磁场和温度的精确测量。     

1维镜像磁光光子晶体中的缺陷模分裂

为了研究镜像磁光光子晶体在外磁场中透射谱的变化,采用44传输矩阵法进行了理论分析和模拟计算。模拟结果显示,当外磁场存在的情况下,镜像光子晶体中存在的缺陷模会受到外磁场和光子晶体层数的影响,分裂成两个模式,这两个模式分别对应于原线性偏振光中的左旋光和右旋光,且左旋光和右旋光之间的频率差会随着外加磁场的增强而增大;只有当光子晶体结构多于7层时,缺陷模才会具有较高的Q值,这时模式的分裂现象才能被清晰地观察到。结果表明,磁光光子晶体的这种可调谐性可以应用到新型的滤波器设计当中。     

基于光学Tamm态的磁流体磁场传感器研究

磁场的传感测量在相关领域具有重要应用。利用磁流体的磁光效应,提出了一种基于光学Tamm态的磁场传感结构。该结构由加载了金属层和电介质层的一维磁流体光子晶体构成。数值研究了该结构的结构参数对传感性能的影响。结果表明,磁流体层越厚,探测灵敏度就越高。金属层和电介质层的厚度均存在一个最佳值,使得传感器具有较高的探测精度。结果还表明,该传感结构的探测灵敏度优于已报道的采用光子晶体缺陷结构实现的磁场传感器。研究结果为基于光学Tamm态的磁流体磁场传感器的设计制备提供了参考。     

一维缺陷光子晶体多个禁带中的窄带缺陷模

用特征矩阵法研究了一维缺陷光子晶体的透射谱。结果发现:在一维缺陷光子晶体的透射谱中的多个禁带内都有窄带缺陷模,窄带缺陷模的波长越大,其宽度越大;当入射角增大后,波长越长的窄带缺陷模的强度变化越小,位置向短波方向移动越多,且S偏振光与P偏振光的窄带缺陷模的分离越大;增大一维缺陷光子晶体中周期性介质的厚度,窄带缺陷模的波长和移动的范围都增大。本研究对一维缺陷光子晶体的窄带缺陷模的选择使用具有重要意义。     

含双缺陷光子晶体的缺陷模特性及应用

利用传输矩阵法,计算了含双缺陷的一维准周期光子晶体的透射谱,并分析了缺陷模的特征。结果表明:当两缺陷层的折射率为1时,该光子晶体的透射谱有一包含可见光所有波长的带隙。而当两缺陷层的折射率为1.1时,原带隙中产生了一缺陷模,且此缺陷模的位置和透射峰值都随两缺陷层折射率不同而变化。折射率越大,缺陷模位置对应的波长越长,缺陷模的峰值也越大。利用缺陷模的这一特性,可以设计一种微型的烟雾传感器。     

一维光子晶体的应变测量

采用ZnSe和Na3AlF6两种经典介质材料构造一维光子晶体,缺陷层介质为Na3AlF6。利用传输矩阵法对带有缺陷的一维光子晶体的传光特性进行了理论分析,并得到其带隙特性。分别数值研究了参考光子晶体以及应变前后测量光子晶体的透射谱,分析结果表明光子晶体所受的纵向应变与其缺陷峰波长之间呈线性关系,根据这种对应关系提出了一种新的测量应变的方法。由于粘贴光子晶体的基底与光子晶体的线膨胀系数不同,且温度变化也会引起构成光子晶体材料折射率的变化,导致光子晶体透射谱缺陷峰波长的漂移。为了消除温度误差,在测量光路中设置了与测量光子晶体结构相同的参考光子晶体,对温度的影响进行了补偿。实验表明,测量系统的灵敏度为6×10-4nm/με,测量范围为0～2000με。     

基于磁流体的LPFG磁场传感器的温度特性

对基于磁流体的长周期光纤光栅磁场传感方案的温度特性进行了理论研究和数值模拟。仿真结果表明,外界温度的变化会使长周期光纤光栅耦合的谐振波长发生漂移,同时改变磁流体的折射率,进而影响磁场测量的精度,对基于磁流体的长周期光纤光栅磁场传感器的实际应用方面有一定的意义。     

Roles of wave impedance and refractive index in photonic crystalswith magnetic and dielectric properties

We investigated the roles of wave impedance and refractive index in photonic crystals by means of analytical expressions for edges frequencies of a photonic bandgap (PBG) in a one-dimensional photonic crystal with magnetic and dielectric properties. The analytical expressions were derived when the optical thicknesses of layers are the same. The wave impedance governs the formation of PBG's and the intensity of defect modes. Meanwhile, the position of PBG's and the creation of defect modes are related to the refractive index     

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。     

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.     

峰值折射率对正弦型函数光子晶体缺陷模的影响

为了分析峰值折射率对1维正弦型函数光子晶体缺陷模的影响,首先对折射率按正弦规律变化的介质进行离散化,然后应用传输矩阵法计算了1维光子晶体(AB)mC(BA)m的透射谱,分析了各介质层的折射率峰值对该结构1维正弦型函数光子晶体缺陷模的影响。结果表明,随着峰值折射率的增大,缺陷模红移,且频率越高缺陷模红移现象越明显;低折射率介质的峰值折射率对缺陷模频移的影响比较显著。这一结果对光子晶体的设计有一定的参考价值。     

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.     

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。     

光在双缺陷一维光子晶体中的传播特性

利用转移矩阵法分析具有缺陷层的一维光子晶体的传递函数并进行了数值模拟.由于缺陷模之间的相互作用,其传递函数受到缺陷层折射率的影响,定义了缺陷模之间相互作用的关联甬数以及缺陷模的相对折射率函数,进而分析了关联函数和缺陷模折射率的关系.通过模拟仿真,确定了光在双缺陷一维光子晶体中的传播特性.     

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。