色散缺陷对Sinc函数型光子晶体带隙的影响

利用传输矩阵法及对色散缺陷层采用洛伦兹振子模型,研究了一维含色散缺陷的Sinc函数型光子晶体的光子禁带和色散缺陷模,计算了该周期结构的复有效折射率。结果表明,加入缺陷层后可获得宽阔的光子禁带;缺陷层引入色散后在中心圆频率附近色散缺陷模出现;随着振子强度的增大,增益性缺陷模圆频率发生阶跃式移动,其透射率显著增大,而吸收性缺陷模的透射率显著减小,此时缺陷模处的色散曲线有一个近乎垂直的斜率,此处的群速度将大大降低;增益性缺陷层基底折射率对缺陷模频率影响显著;缺陷层位于周期结构中心层时缺陷模频率最低、透射率最大。增大入射角使得缺陷模红移,增益性缺陷模在特殊入射角处透射率会出现千倍增益。     

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sinc函数型光子晶体塔姆态的带隙研究

应用传输矩阵法推导得到横磁波(TM)波斜入射到一维sinc函数型光子晶体时的反射系数、透射系数和电场、磁场表示式,在此基础上对由两个半有限光子晶体组成的异质结进行了细致全面的数值计算与分析,结果表明该异质结两侧的半有限光子晶体相当于负介电常数材料与负磁导率材料,满足匹配条件时塔姆态出现;通过减小两种介质层的光学厚度之比可以显著加宽横磁波(TM波)和横电波(TE波)的第一禁带宽度,同时第一禁带位置蓝移;当两种介质层折射率以相同倍率增大时,TM波和TE波的第一禁带宽度变化趋势相反,前者逐渐变宽,后者收缩变窄,第一禁带位置均发生红移;周期数和入射角对该异质结透射谱也有显著影响。     

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．     

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.     

材料色散对1维光子晶体缺陷模影响的研究

为了分析材料色散对缺陷模的影响,对色散材料采用洛伦兹振子模型,利用传输矩阵法计算了含缺陷1维光子晶体的透射谱,分析了各层的色散对该结构1维光子晶体缺陷模的影响。结果表明,无论是高、低折射率介质还是缺陷层的色散都可以引起缺陷模的频移或分裂;缺陷模的频移方向与考虑色散后光学厚度的变化有关,如果光学厚度增大,则发生红移,反之则发生蓝移;低折射率介质的色散使缺陷模频移的效果最显著。这一结果对光子晶体的设计和研究有一定的参考价值。     

一种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,研究了单折射率层缓变准周期结构一维光子晶体存在不同缺陷时的缺陷模.研究表明,无论缺陷层是替代高折射率层,还是替代低折射率层,都会引入缺陷模,且缺陷模与缺陷层的位置和结构参数相关.缺陷层位置不同,缺陷模的位置及共振透射峰也不同.随着缺陷层光学厚度的增大,缺陷模波长向长波方向移动.但缺陷模品质因子却随缺陷层替代不同的折射率层而存在差异,这一差异是同所计算的一维光子晶体自身的结构相关的.     

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.     

基于厚度精确法用遗传算法搜索一维宽带隙光子晶体

本文用遗传算法设计了大禁带的一维光子晶体.用传输矩阵法计算光子晶体能带.光子晶体的初始结构由计算机随机产生,通过遗传算法对光子晶体结构进行了优化,得到最大全方位相对禁带宽度(定义为禁带宽度与禁带中心之比)的一维光子晶体.发现由多种介质材料构建多层的一维光子晶体原胞时,折射率最大和最小的两种材料构成的两层结构的光子晶体相对禁带宽度最大,而且一维两层结构光子晶体的全方位禁带宽度随着两种介质折射率差的增大而增大,最后会达到一个饱和值200%.并研究了TM、TE模式的相对禁带宽度与光入射角的关系.     

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.     

基本周期对一维复周期光子晶体禁带的影响

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,针对具体的一维复周期全息光子晶体的周期结构,计算了光学厚度的改变以及折射率调制周期的改变对光子禁带结构的影响。结果表明,随着光学厚度对比的增大,禁带宽度增大,禁带中心的位置移向长波;随着折射率调制周期参数对比的变化,出现了两个禁带,随着折射率调制周期参数对比的增大,两个禁带之间距离增大,禁带分别移向短波和长波处,短波处禁带宽度减小。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。     

一维光子晶体的对称缺陷模特性

基于介质薄膜理论,设计了含对称缺陷的一维光子晶体结构,用传输矩阵法研究了该对称缺陷晶体的带结构及缺陷模的变化特点。结果显示,随缺陷层个数增大,缺陷模的峰值会增大,宽度会变窄;随缺陷层厚度增大,缺陷模会向长波方向移动,在一定厚度下会出现多缺陷模特点。随周期单元个数变大,缺陷模个数会减少,最终获得一窄带缺陷模。随周期单元厚度增大,禁带宽度明显变宽,缺陷模会变宽并出现右移特性。这些结果对设计新型光子晶体器件有着重要意义,如实现光波滤波器的可控选频、频带缩放功能等。     

一种缓变结构一维光子晶体的缺陷模研究

利用传输矩阵方法,研究了单折射率层缓变准周期结构一维光子晶体存在不同缺陷时的缺陷模。结果表明,当该准周期结构中存在缺陷时,引入了缺陷模,且缺陷模与缺陷层的位置和结构参数相关。缺陷层不同,缺陷模的位置及共振透射峰也不同。随着缺陷层光学厚度的增大,缺陷模波长向长波方向移动。     

含正负材料的一维光子晶体的光学特性研究

为了得到新的传输性质,把具有负介电常数和磁导率的负折射率材料引入到光子晶体当中,运用Maxwell电磁波方程和Bloch理论得到的含正负折射率材料的色散关系的解析式,分别分析一维无限周期且正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体的禁带结构和色散特性,并与常规的正折射率材料的光子晶体比较,发现含正、负折射率材料且呈周期性重复的双层结构的复合光子晶体其光子具有较宽禁带,为设计超宽禁带的光子带隙结构提供了一定的理论可能性。     

左右手材料光子晶体能带结构及表面波色散关系

根据平面波展开的传输矩阵理论及布洛赫定理,通过参数匹配的方式,研究零平均折射率及表面含覆盖介质层条件下左右手材料光子晶体的能带结构和表面波的色散关系,结果表明:零平均折射率条件下,左右手材料光子晶体不同于正折射率材料光子晶体,能带结构中出现半封闭状禁带、封闭状禁带和通带,且通带中的分立能级沿着低频方向呈现振荡衰减和多重简并趋势,能带结构沿着波矢绝对值增大方向趋于简并至消逝。添加表面覆盖介质层的左右手材料光子晶体支持正反表面波和反向表面波的传播,部分半封闭状或封闭状禁带边缘出现简并能级分裂,形成禁带中斜率有正有负的分立色散曲线。表面覆盖介质层厚度可调制色散曲线的频率位置和数目,随覆盖介质层厚度增大,分立色散曲线向波矢减小方向移动,且高频区域半封闭状禁带中的色散曲线在覆盖介质层厚度达到一定数值时还出现耦合分裂现象,但覆盖介质层厚度变化对能级的多重简并和通带与禁带的简并态不产生影响。左右手材料光子晶体的能带结构特点和表面波色散特性,可为新型光波导器件的研究和设计等提供指导。     

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。     

含负折射率缺陷的正负交替光子晶体的缺陷模

利用光学特征矩阵方法,研究了含负折射率缺陷的正负折射率交替一维光子晶体缺陷模的相关特性。研究表明：当缺陷层的光学厚度不变时,随着缺陷层折射率的增加,分布在禁带中心两侧的缺陷模分别向临近的禁带边缘方向移动,并与透射谱形成连续的透射带,随着折射率的增加,透射带的透射率逐渐增加,其半高宽度逐渐减小;而当缺陷层折射率不变时,随着缺陷层的光学厚度增加,缺陷模向长波方向平移,同时缺陷模的个数也随之增加,而由缺陷模和透射谱连成的透射带的带宽逐渐减小。与正折射率缺陷情形相比较,负折射率缺陷层可以获得更多的缺陷膜。     

含负折射率介质光子晶体的斜角禁带

研究了由正负折射率介质交替排列构成的光子晶体的传输特性,负折射率材料(NIM)是有损耗的Drude色散媒质。研究发现,这类光子晶体具有零折射率带和传统的Bragg带,此外在NIM的折射率接近于零的频域还出现了一个新型的禁带——斜角带。该斜角带的位置与晶格参数无关,其带宽较小;在电磁波垂直入射时禁带消失,但随着入射角的增大禁带逐渐展宽,且TM模的带宽大于TE模。     

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。     

多掺杂一维各向异性光子晶体的缺陷特性

为了研究多掺杂一维各向异性光子晶体的光学特性,采用传输矩阵法计算了光波通过多掺杂一维各向异性光子晶体的透射率。经数值模拟得到:光通过该结构光子晶体后,TE波和TM波的透射谱中随掺杂层个数的变化出现了单、双及多缺陷模,禁带中缺陷模的个数随掺杂层数的增大而增多,缺陷模的位置随掺杂层光学厚度的变化向短波方向移动,TE波和TM波的缺陷模能完全分开,透射谱的这一特点为设计制作单、双通道滤波器提供了理论依据。