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。     

含色散负折射率缺陷一维Sinc函数型光子晶体的光学传输特性

应用传输矩阵法对含色散负折射率缺陷一维sinc函数型光子晶体的光学传输特性进行了研究。结果表明:含色散负折射率缺陷的sinc函数型光子晶体比含同样缺陷的余弦函数型光子晶体具有更宽阔的光子禁带;该光子晶体的禁带宽度随着介质层折射率nB(0)、nA(0)或半周期厚度的增大迅速收缩变窄,缺陷模消失;当光波入射角增大时,禁带宽度变宽,缺陷模与禁带一起红移;计算还发现该禁带结构对色散负折射率缺陷层的位置变动十分敏感;但是,缺陷层厚度的变化不会改变禁带的位置和宽度,此时缺陷模会随着缺陷层厚度的增大向着禁带中心移动。这些结论对一维函数型光子晶体的设计具有重要参考意义。     

波导层介质对二维光子晶体反射光谱的影响

构建了基底介质为SiO2、表面覆层介质为TiO2 的二维光子晶体,采用严格耦合波法分析了二维光子晶体的窄带光学传输特性。分析了二维光子晶体的晶格周期、波导层的折射率及厚度对其反射光谱的影响。分析结果表明:当光子晶体的晶格周期和波导层介质厚度为常数时,随着波导层介质折射率的增大,光子晶体的反射峰值波长红移,且波导层折射率与反射峰值波长呈线性关系。当光子晶体波导层介质折射率为常数时,波导层厚度增大或光子晶体晶格周期的增大都会引起光子晶体反射峰值波长增大,但这两个参数与反射峰值波长只是在一定的变化范围内为线性关系。此种结构的二维光子晶体覆层表面吸附分布不均匀的介质时,通过分析光子晶体的呈现光谱可获得其表面吸附介质的不均匀特性。     

折射率可调的二维光子晶体设计与特性

光子晶体在传感、滤波和光子晶体激光器等方面具有很重要的应用价值。设计了一种基于改变缺陷介质折射率的可调谐二维正方晶格和三角晶格光子晶体激光器微腔,在平面光子晶体薄板中引入点缺陷磷酸氧钛钾(KTP),在KTP两端施加交流电场控制KTP晶体折射率变化。实验中随着KTP晶体折射率逐渐增大,正方晶格光子晶体禁带数量减少,归一化频率减小,禁带宽度基本不变;而三角晶格光子晶体禁带逐渐变窄,且向低频方向移动。最后,用平面波展开法分析了晶体的能带结构,得到理论上的描述,验证了实验结果。     

1维全息光子晶体的偏振特性

为了研究两种偏振光通过1维光子晶体的偏振特性,采用传输矩阵法做了相关计算,得到介质折射率、折射率调制的变化,在光正入射和倾斜入射时对不同偏振光的禁带都有影响的结果。结果表明,当光线正入射的时候,折射率和折射率调制的变化都不会影响禁带位置,折射率增大,禁带宽度减小;折射率调制增大,禁带宽度变大,正入射时p偏振、s偏振的禁带完全重合;当光线以一定的角度照射到介质表面上时,两种偏振态下禁带位置随折射率调制的增大移向低频,带的中心位置一样,禁带宽度变大。两种偏振态下禁带带宽随折射率的增大变窄,禁带中心移向低频,s偏振的带宽减小得更明显;介质厚度对不同偏振态下禁带没有任何影响。这为设计1维全息光子晶体偏振片提供了理论依据。     

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。     

折射率正弦离散变化声子晶体中电磁波的能带

利用特征矩阵法,研究了折射率正弦离散变化的一维声子晶体中电磁波的能带结构.得出:主禁带宽度随折射率峰值的增加而增大,主禁带中心波长的位置随折射率峰值的增加而增大,折射率的峰值越大主禁带的品质越好.周期数越大主禁带的品质越好,但周期数对主禁带中心和宽度没有影响.     

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.     

可见光波段的一维光子晶体的理论设计

利用传输矩阵,计算了Si／KCl、Si／TiO2、TiO2／MgF2三种典型的具有λ／4波片堆结构的可见光波段的一维光子晶体的反射率,并且研究了折射率比、周期数和入射角对一维光子晶体特性的影响。结果表明,可见光波段的一维光子晶体的周期的增大会使禁带中心红移、绝对带宽和相对带宽扩展;相对带宽随着折射率比的增大而增大,但依靠提高折射率比来提高一维光子晶体的相对带宽有限。该研究结果对可见光波段的一维光子晶体的实用制备具有理论指导意义。     

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。     

基元介质数对光子晶体光传输特性的调制

运用传输矩阵法理论,通过计算机计算模拟,研究基元介质数对光子晶体光传输特性的调制规律,结果表明:无论是标准结构还是对称结构光子晶体,透射谱中均出现一条带宽很宽的主禁带,而且不同基元介质数光子晶体的主禁带带宽不一样。对于标准周期结构光子晶体(AB)m、(ABC)m和(ABCD)m,主禁带中不出现透射峰,但随着基元介质数增加,主禁带的带宽发生变化,而且主禁带两侧会出现若干条分立透射峰。对于对称结构光子晶体(AB)m(BA)m、(ABC)m(CBA)m和(ABCD)m(DCBA)m,主禁带中恒定出现一条透射率为100 %的窄透射峰,随着基元介质数增加,主禁带中窄透射峰条数及其透射率保持不变,但主禁带及其中窄透射峰的带宽会变窄,同时主禁带两侧会出现若干条分立透射峰,而且分立透射峰的条数多于标准周期结构光子晶体主禁带两侧的透射峰条数。基元介质数对标准周期结构和对称结构光子晶体透射能带谱的调制规律,对新型光学滤波器、光学开关等器件的研究和设计具有一定的理论参考价值。     

1维光子晶体的能带结构分析

为了分析研究1维光子晶体的结构参量对其能带结构的影响,并把这种影响作用应用到滤波器的设计中,采用传输矩阵法、利用MATLAB仿真软件,对不同结构参量的1维光子晶体的能带结构进行了计算仿真,分别得到了不同周期数、不同介质层厚度、不同介质折射率的1维光子晶体的能带分布图,进一步分析比较,得出了1维光子晶体的结构参量对其能带结构的影响。结果表明,较大的周期数可以使1维光子晶体的禁带边缘更加陡峭,通带透射性增强,能带分布更加分明;介质层厚度可以调节光子晶体的能带分布情况及能带宽度;介质折射率比值可以改变禁带宽度,禁带宽度随介质折射率比值的增大而增大。这些结果对宽带带阻滤波器的设计是有帮助的。     

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。     

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。     

折射率正弦离散变化声子晶体中电磁波的偏振特性

利用特征矩阵法,计算了折射率按正弦规律离散变化的一维声子晶体中TE波和TM波的反射率随入射角变化的规律,得出: TE波和TM波的主禁带有相同的偏振特征,主禁带的入射角范围都较小,在0～0.11rad范围内.主禁带的品质随折射率峰值和周期数的增加而变好.反射波中不会出现"广义布儒斯特角"现象.     

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。     

不同背景介质下金属Cu光子晶体带隙

提出了一种利用全反射抑制二维光子晶体表面电磁波泄漏的方法,并计算了不同背景介质下的二维金属Cu光子晶体的带隙结构,得到了带隙结构与填充率间的关系曲线。计算方法采用时域有限差分,金属型光子晶体由Cu柱构成。分别计算了以空气为背景介质和以PMMA为背景介质的正方晶格金属型光子晶体的带隙结构。研究结果表明：以PMMA为背景介质的正方晶格金属型光子晶体与以空气为背景介质相比,第一带隙更窄,第二带隙中心频率更低,且在填充率大于0.70时将会出现第三带隙。这对进一步扩展这种光子晶体的应用具有良好的参考意义。     

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。     

正负折射率交替结构光子晶体能带的色散研究

为了研究正负折射率交替结构光子晶体的能带,利用光子晶体的色散关系,计算了正负折射率交替结构光子晶体的能带随入射角、随折射率、随光学厚度的变化特征。得出:其禁带非常宽,允许带非常窄,禁带的中心频率和宽度对入射角的变化不敏感。正折射率材料的折射率变化对禁带的中心频率和宽度影响也很小,正折射率材料选用不同折射率的介质都能得到频率宽度很大的禁带。能带的这些特征对设计宽频率的全方位反射器很有价值。