新型复式矩形光子晶体完全带隙分析

文章提出一种复式矩形光子晶体结构,首先利用平面波展开法(PWM)计算这种光子晶体的能带结构,然后对结构参数值进行优化,得到较大的光子带隙.分析结果表明, 当采用单晶硅作为介质柱材料时,长方晶格的晶格常数比值为0.35～0.45,正方介质柱边长与长方晶格长轴比值为0.45～0.50,得到的完全带隙可达到0.50～0.58,完全带隙率达到近39%,这对于研制性能优良的光子晶体器件具有重要意义.     

多带隙声子晶体低频带隙特性研究

利用有限元法计算了一种多带隙声子晶体的特征频率,传递损失和位移矢量,理论推导了反共振产生条件。研究结果表明,这种声子晶体在低频范围内具有多条平直带隙,带隙的耦合影响因素少,具有比一般局域共振声子晶体和Bragg 散射声子晶体更宽的带隙。此外,利用原点反共振模型分析计算了这种多带隙声子晶体的材料和结构参数对带隙的影响。研究表明,在低于2 500 Hz时,多带隙声子晶体的带隙占90%以上,为低频多带隙声子晶体的研究作了探索。     

In1-xGaxAsyP1-y/GaAs组分x和y间约束关系及应用

计算出与GaAs衬底相匹配的In1-xGaxAsyP1-y组分x和y的约束关系,并加以验证;用约束关系简化带隙与组分x和y函数关系,使之变为单变量y的函数,并给出晶格常数、带隙与组分关系的三维图,并长出材料加以证实.     

含分流电路Galfenol声子晶体的带隙与减振性能

利用Galfenol的逆磁致伸缩效应并通过分流元件调整其声子晶体带隙,以实现有效减振具有重要现实意义。基于磁致伸缩本构方程、Armstrong模型、法拉第定律、传递矩阵法和Bloch定理,推导了含分流电路的Galfenol有效弹性模量表达式,并建立其声子晶体振动模型。模型计算结果与实验结果对比表明,该模型能提供有效弹性模量随频率和分流电容变化的合理数据趋势,并能预测Galfenol参数随应力变化的非线性特性。分析了该声子晶体在开路下,其布喇格带隙(BBG)衰减常数峰值和截止频率随应力的变化规律,确定了器件减振的最佳工作点;分析了该声子晶体在不同分流电容和应力下的BBG、共振带隙(RBG)及其共振公共带隙(RCBG)特性,结果表明,较小分流电容、较大磁机耦合因子和较大电感可显著提高器件减振性能。     

一维声子晶体在防止低频噪声中的应用

应用集中质量法研究了集中质量数n、晶格常数a、组分比t、弹性模量E及密度ρ等因素对一维声子晶体带隙的影响.结果表明,带隙起始频率及带宽随a增加而减小,随t增加而快速增大(当t>1);带隙起始频率随两种材料E差值与ρ差值增加而减小,而带隙截止频率却不变;带隙精度则随n增加而增大.据此设计出一种能屏蔽约59～557 Hz范围内低频噪声的复合结构声子晶体.     

蜂巢晶格光子晶体带隙特性研究

为了得到蜂巢晶格光子晶体带隙特性,本文基于电磁传播规律的时域有限差分法,数值模拟得到不同半导体材料构成蜂巢晶格二维光子晶体对应的第一带隙宽度,结果显示随着介电常数的增加,模拟得到第一带隙上下边界频率向低频方向移动,带隙宽度逐渐增加,对于高介电常数的PbS、PbSe和PbTe构成蜂巢晶格二维光子晶体情况反之。研究结论为不同材料构成光子晶体材料的特性提供依据。     

十字型结构声子晶体带隙及等效模型研究

该文设计了一种新型十字型声子晶体结构,并采用有限元法对其进行了研究;分析了此结构若干共振频率下的振动模态,分别建立了带隙起始频率与截止频率处振动模态的简化模型,探究了结构与材料参数对带隙的影响,验证了简化模型的合理性;最后计算了结构的反射系数与透射系数。结果表明,该结构带隙产生机理属局域共振型,能够在中低频段内产生一个完全带隙。通过对金属芯体密度、基体密度、包覆层的宽度及弹性模量等因素的调节,可以实现对带隙上、下界频率的调节,结构的反射系数与透射系数随入射波频率的变化也与带隙图相应证,当带隙图显示出现带隙时,结构的透射系数也随之下降。     

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。     

压电分流声子晶体杆带隙调控研究

压电型声子晶体具有弹性波带隙特性,可用于噪声与振动控制。该文通过在环氧树脂杆上周期地布置含有负电容的压电分流单元,构造了压电声子晶体杆结构。为拓宽带隙,对此结构设计了3种元胞配置,运用传递矩阵法计算其带隙特性,并采用遗传算法对分流电路参数进行优化。理论与仿真结果表明,改变元胞中不同谐振频率的压电分流单元的个数,可以获得多个局域共振带隙,增强带隙可调谐性;运用算法优化可得到带隙调谐时分流电路参数值的最佳匹配,实现多个带隙的合并进而形成宽带,在不改变原有结构的基础上拓宽带隙。     

二维固-气声子晶体带隙特性的研究

本文基于时域有限差分法数值模拟了二维固-气正方声子晶体结构带隙特性,计算了填充率和晶格常数对带隙特性的影响,研究得到填充率在f=0.8时形成最宽带隙,这对声子晶体结构的设计提供了理论基础。     

金刚石结构光子晶体的计算与制备

通过平面波法计算金刚石结构光子晶体的禁带特征,得出:当RA=0.16时,禁带宽度最大;当晶格常数a=8.5mm时,对应的最大禁带宽度为3.5GHz,对应的禁带范围为15.3～18.7GHz.利用CAD软件设计了在x,y,z三个方向上的周期数分别为2,4,6的金刚石结构的光子晶体模型,并采用立体印刷技术制备出了17.4mm×36.54mm× 54.32mm的三维微波金刚石光子晶体.最终通过HP网络测试仪对样品的禁带特征进行测试,结果表明;在晶体的＜100》方向上存在频率为14.7～18.5GHz的光子禁带,这与理论值相一致.当电磁波频率为17GHz时,对应的衰减率为-30dB.     

平面金属光子晶体波导宽度对导行模的影响

本文用频域有限差分法计算平面正方排列金属光子晶体的TM 模全域带隙图,结果表明当填充比大于0.11 是一 值时会出现多个禁带,适当的引入线缺陷可分别在这些带隙中引入缺陷模,形成光子晶体波导,光子晶体波导支持的电 磁波模式和通道宽度有着密切的关系,通过调节缺陷宽度可以实现单模传输并使单模传输带宽最大化。     

太赫兹波在二维正三角晶格金属光子晶体中的传输特性

运用频域有限元法研究了一种二维正三角晶格金属光子晶体在太赫兹波段的传输特性。该模型选取空气为背景材料,金属铜为介质柱。通过改变太赫兹波的入射方向、晶格常数和介质柱填充率,对TM模和TE模的传输特性进行了系统完整的分析,获得了太赫兹波在正三角晶格金属光子晶体中的传输规律。结果表明,传输特性随着介质柱填充率、晶格常数及太赫兹波入射方向的变化而变化,且TE模和TM模带隙差异很大,这为太赫兹波段的光子晶体滤波器、反射器和极化器的开发与制作提供了参考依据。     

一维超声光子晶体禁带的调制

在声光介质相对的两面上安装超声振动器和反射板,就得到了一维超声光子晶体.用特征矩阵方法研究了超声振动的振幅和频率对一维超声光子晶体在可见光区的禁带的调制情况.结果表明:当超声振动的振幅变大时,禁带的位置向长波方向移动,禁带的宽度变大;当超声振动的频率变高时,禁带的位置向短波方向移动,禁带的宽度变小.这对于实现对禁带的调制具有重要意义.     

Extraction efficiency enhancement of LEDs using 2-D photonic crystal

Using photonic crystals (PCs), the extraction efficiency of the light-emitting diodes (LEDs) can be greatly enhanced by the effects of photonic band gap (PBG) and grating diffraction. The two theoretical methods are also discussed. Meanwhile, we demonstrate that LEDs can achieve high extraction efficiency by employing photonic crystal as diffraction grating. PCs with square lattice of cylindrical unit cells are fabricated in GaN layer of GaN-based blue LED. We present a theoretical discussion on the extraction efficiency of PC-LED, which relies on the effective medium theory and transmission matrix method to investigate the effect of lattice constant. The results show that the extraction efficiency of the high performance LEDs can achieve 61.8% when the lattice constant is 270 nm.     

二维五筒型光子晶体结构的提出

设计了一种二维五筒型晶格光子晶体的结构,利用PWE方法计算并仿真了该结构的能带分布,分析出了其带隙分布与介质柱介电常数和占空比的关系,总结出了能带与两者之间的变化规律.通过与方形、三角和六角晶格结构的能带分布比较,得到了四种晶格具有最大完全带隙时的参数,发现五筒型光子晶体结构具有最大的完全带隙,为进一步光子晶体的实验制...     

二维光子晶体透射特性的FDTD数值研究

把时域有限差分方法(FDTD)用于二维光子晶体透射特性研究,计算后得到多种情况下二维光子晶体的透射系数与入射光频率的关系曲线,结果表明,禁带的宽度和位置与组成二维光子晶体的晶格结构和介电常数等因素有关,介质柱半径变大则禁带变宽且禁带的中心频率变大,介质柱的介电常数与本底材料的介电常数相差越显著越有利于形成禁带,降低结构的对称性,禁带宽度增大.     

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。     

太赫兹波在光子晶体中的传输特性

为了研究太赫兹波在2维正方晶格光子晶体中的传播特性,利用平面波展开法数值模拟了光子晶体能带结构和态密度分布。计算表明,E偏振当填充率f=0.6362和H偏振当填充率f=0.7845时出现最大光子带隙,在f=0.7791出现最大完全光子带隙;增加介电常数的差值,也增加了太赫兹波在正方晶格光子晶体中传输的带隙;光子晶体态密度的分布验证了存在光子带隙的范围。研究结果为太赫兹波器件的开发提供了理论依据。     

弹性波在准周期镜像固/液声子晶体中的透射

基于准周期Fibonacci序列,构建了准周期镜像结构固液介质声子晶体。利用转移矩阵法,数值研究了弹性波在其中的透射。弹性波正入射时,在奇数序列镜像声子晶体透射谱的带隙内出现多个谐振模,而在偶数序列镜像声子晶体透射谱的带隙内仅有弱透射峰;上、下带边的谐振随序列数的增加而增强。弹性波斜入射时,透射谱向高频区移动;入射角较小时,谐振模也向高频区移动,同时产生了次级禁带;入射角较大时,带隙内的谐振模消失,带隙间的频率间距减小。