三维光子晶体中的缺陷研究

利用传输矩阵方法研究面心立方结构的三维光子晶体,分析了当其分别存在点缺陷、线缺陷、面缺陷时的传输特性变化,发现当引入点、线、面缺陷后,光子晶体中出现缺陷模,进一步数值计算研究表明缺陷模的出现频率和透过率等特性与缺陷介质球的半径、介电常数和缺陷出现的位置等诸多因素有关,这些结果将有助于光子晶体波导、滤波器等器件的设计和应用.     

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。     

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。     

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.     

Compton散射对1维3元未磁化等离子体光子晶体禁带影响

为了研究Compton散射对1维3元未磁化等离子体光子晶体中TE波禁带影响,采用Compton散射模型和传输矩阵法,进行了理论分析和实验验证,取得了一些重要数据。结果表明,随着等离子体频率增大,左旋和右旋极化波禁带展宽比散射前减小0.09GHz,禁带主频率向高频区域移动增大0.48GHz。随着等离子体碰撞频率增大,两种极化波禁带宽度发生一定变化。随着等离子体回旋频率、填充率、光入射角和介质相对介电常数增大,左旋和右旋极化波禁带明显调谐效应。这一结果对等离子体光子晶体应用是有帮助的。     

1维光子晶体的带隙研究

为了得到给定波长为通带或禁带的光子晶体,采用光学传输矩阵方法,模拟研究了由光子带隙结构如何得到相应的光子晶体结构.通过优化计算得到了指定波长带隙结构的光子晶体.结果表明,光学传输矩阵法完全能得到给定波长为通带或禁带的光子晶体.这一结果有助于光子晶体的广泛应用.     

1维等离子体光子晶体截止频率的研究

为了研究1维等离子体光子晶体的截止频率随介质材料的介电常数、等离子体频率、等离子体与介质材料厚度的比例系数以及入射角度的变化关系,采用传输矩阵方法,分析了1维等离子体光子晶体的色散关系,给出了截止频率的变化规律。结果表明,等离子体光子晶体不能完全截止任何小于等离子体频率的电磁波;随着入射角度的增加,截止频率逐渐趋向于等离子体频率;通过调节以上各参量,可实现等离子体光子晶体的可调谐功能。这与单纯等离子体截止频率相比,具有其鲜明特点。     

含一液晶缺陷层的一维光子晶体缺陷模的电场调控特性研究

当电场强度大于阈值时,液晶可以看成是单轴介质,其折射率可以通过电场方向来调控.在光子晶体中引入缺陷层液晶,利用传输矩阵法研究了含有一层填充不同液晶(分别为E7、5CB或BL-009)缺陷的一维光子晶体缺陷模的电场调控特性.结果表明:对应于E7、5CB或BL-009不同液晶缺陷,缺陷模波长可调量分别为43nm、34.5nm和37.1nm,电场对E7这种液晶相对于其他两种液晶可调量更大.随着垂直入射光与电场方向间夹角θ在(00,900)内增大,缺陷模波长向着短波方向漂移.这是由于有效折射率的变化及变化范围所引起的.     

对称双缺陷光子晶体的缺陷模规律

为了了解对称双缺陷光子晶体的传输特性,采用传输矩阵法进行了数值模拟研究。当两缺陷层中间的介质层数目大于缺陷两外侧介质层总数时,在禁带中只出现单一的缺陷模,且其透射率随它们的差异的增大而迅速减小;但当中间的介质层数目小于两外侧介质层总数时,在禁带中将会出现两个透射率为1的缺陷模,且两缺陷模的间距随它们的差异的增大而增大。结果表明,缺陷层的位置对缺陷模的影响较大,要使缺陷层中的局域电场得到有效提高,必须使缺陷层靠近光子晶体的正中心。     

含增益缺陷层的1维三元光子晶体特性研究

为了设计出具有特殊光学特性的晶体,在不考虑色散的基础上,采用传输矩阵法对缺陷层为增益介质的1维三元光子晶体的光学特性进行了理论分析和数值模拟,主要研究了在0.242μm处能获得最大光放大时所对应的增益介质的厚度及光学常数,并讨论了当中心波长变化时的光放大特点。结果表明,当中心波长为0.3μm时,中心波长两侧存在着对应的禁带,改变缺陷层厚度及光学常数对该带隙结构的影响很小;但通带边0.242μm波长处获得很强的光放大。这一结果为今后获得具有所需特征缺陷的光子晶体提供了理论指导。     

1维3元磁化等离子体光子晶体传输特性分析

为了研究1维3元磁化等离子体光子晶体的传输特性,采用传输矩阵法得到了TE波通过1维3元磁化等离子体光子晶体后的左旋和右旋极化波的传输特性,用计算得到的透射系数来讨论了周期常数、介电常数、介质层厚度和等离子体参量对其传输特性的影响。结果表明,改变介电常数、介质层厚度和等离子体频率可以实现对禁带数目和宽度的调谐,改变周期数和等离子体碰撞频率不能影响禁带带宽;等离子体回旋频率仅仅能影响右旋极化波的禁带带宽,对左旋极化波的禁带带宽无影响。这为设计1维3元磁化等离子体光子晶体器件提供了理论参考。     

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.     

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。     

缺陷层厚度对1维光子晶体孪生缺陷模的影响

为了研究由1维特定掺杂光子晶体生成的孪生缺陷模与缺陷层厚度的关系,采用特征矩阵的方法进行了理论分析。结果表明,当整体改变这种缺陷层厚度时,孪生缺陷模低频和高频模位置的变化情况各不相同;当仅改变缺陷层的正折射率材料的厚度时,随着厚度增加,孪生缺陷模红移;当仅改变缺陷层负折射率材料的厚度时,随着厚度增加,缺陷模蓝移;并且孪生缺陷模透射率的变化也很复杂。这一结果为设计有特殊用途的光子晶体器件提供了理论依据。     

1维石墨烯光子晶体的电磁吸收特性

为了研究1维石墨烯光子晶体在可见光波段的吸收特性,采用传输矩阵的方法进行了理论分析和数值仿真,得到了1维石墨烯吸收特性与石墨烯层数、缺陷层介质厚度、电磁波模式有关的结果。结果表明,增加石墨烯层数时,对波长为556nm左右的绿光的吸收作用明显增强;缺陷层介质厚度增加时会引起吸收峰的增加;在TE模式下,入射角对石墨烯光子晶体吸收特性影响较小。该研究结果为1维石墨烯光子晶体吸收器的设计提供了理论依据。     

吸收对镜像对称一维光子晶体透射谱的影响

利用传输矩阵法理论,研究吸收对镜像对称结构一维光子晶体(ABCB)m(BCBA)m透射谱的影响。结果显示：各介质层吸收系数k的变化对光子晶体透射谱影响明显,其中B层介质的吸收对透射谱的影响最为强烈。具体表现为,当各层介质无吸收时,主禁带中出现一条透射率为100%的透射峰;随着B介质层系数k的增大,主禁带中透射峰的透射率迅速衰减,当k=0.001时,透射峰的透射率趋于0,而禁带两侧的通带透射率缓慢地趋于不完整的禁带;当A,B,C各层介质同时存在吸收时,透射峰及禁带两则通带的透射率急剧下降,k=0.0006时     

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。     

掺铒光子晶体光纤非线性的研究

为了研究光子晶体光纤的纤芯中掺稀土离子Er3+后对其非线性系数的影响,采用全矢量等效折射率模型的方法,通过对空气孔半径r、空气孔间距Λ、等效纤芯的折射率n和空气填充率等结构参量的调节,对非线性系数随这些参量的变化进行了数值计算和讨论,得到了结构参量对非线性的影响及其变化规律。结果表明,在光子晶体光纤的纤芯中掺稀土离子Er3+,可以提高光子晶体光纤的非线性;通过调节结构参量,可以灵活地调整掺铒光子晶体光纤的非线性,从而能够得到更具实用价值的光子晶体光纤。