一维光子晶体的带隙特性研究

一维光子晶体是指介质只在一个方向成周期性排列的材料。利用薄膜光学的特征矩阵法研究了一维光子晶体的禁带特性,分析了填充率变化、厚度的随机扰动对光子带隙的影响。结果表明,随着填充率的变化,各能级的带隙率变化,并且存在一个极大值;厚度的随机扰动对光子带隙也有一定的影响,随机度不同,对光子带隙的影响也不一样。本研究对一维光子晶体的设计与制备有一定的参考价值。     

非空气-石英结构PCF的带隙特性分析

光子晶体光纤是近十来年兴起的一个新兴的研究领域,是现今纤维光学的研究重点,光子带隙特性是光子晶体光纤区别传统光纤的主要特征。本文利用全矢量平面波展开法对非空气-石英结构PCF的带隙特性进行分析,并且重点讨论空气孔内填充介电材料对光子带隙存在的影响。     

波导光子晶体的态密度

令方形波导内的电介质介电常数沿波导方向周期变化,实际上是非周期方向受限的一维光子晶体,不妨称为波导光子晶体。本文利用经典电动力学的方法计算了波导光子晶体的态密度,发现当波导宽度与其内部一维光子晶体晶的格常数可比拟时,会出现光子带隙;而且,波导宽度对系统的态密度有明显影响,随着波导宽度的增大光子带隙逐渐闭合。     

三维光子晶体光学性能分析及结构色模拟

以面心立方密堆积结构的三维光子晶体为研究对象,利用等体积原则将其等效为一维光子晶体结构,采用传输矩阵法计算晶体微球粒径、晶体堆积厚度对光子晶体反射率、带隙位置及宽度的影响,并通过CIE标准色度系统得到色品坐标,在CIE色度图直观地反映光子晶体结构色变化。控制微球粒径尺度可以调节光子禁带,进而调控光子晶体结构色。微球粒径增大,光子带隙中心波长增大,对应的结构色波长也增大,对于粒径分别为200nm、250nm、300nm、350nm的二氧化硅胶体光子晶体,其对应结构色分别为蓝色、绿色、黄色、红色。晶体堆积厚度在一定范围内增大有利于反射率增大、带隙宽度变窄,从而影响颜色但不引起色相发生变化。     

含负折射率材料的一维光子晶体带隙及应用

研究了含负折射率材料的一维光子晶体中一种特殊的带隙,这种带隙最适合的用途是做新型光子晶体滤波器.     

用遗传算法搜索一维光子晶体带隙

利用遗传算法和传输矩阵法计算一维光子晶体能带结构,将一维光子晶体用像素填充法进行二进制编码模拟,结果找到全方位相对禁带宽度达42.54%的4层结构和43.75%的2层结构;给出了一维光子晶体4层最佳结构的能带图、20个原胞的反射率透射率频谱图.发现一维2层光子晶体的全方位禁带宽度对每层厚度的变化是不敏感的,但是随着两种介质折射率差的增大而增大.     

光子晶体应用于浓度检测的模拟研究

采用平面波展开法数值计算二维光子晶体在TE和TM偏振态下的带隙,给出了光子晶体中的禁带存在的理论依据,选择二维三角晶格光子晶体（GaAs）作为基底,在气孔内填充浓度为一定的待测溶液硫酸铜材料,计算温度为298K情况下介电常数在71．917～62．530变化时,光子晶体在不同偏振模式下的光子禁带结构,结果表明,以硫酸铜的水溶液作为空气圆孔中的介质材料,当溶液质量百分浓度不同时光子带隙（PBG）发生显著变化。     

二维旋转直柱光子晶体的频率带隙结构分析

设计了一种二维方形旋转正四边形直柱光子晶体,利用平面波展开方法计算了其光子频率带结构,发现在低频和高频区域,该类光子晶体的光子频率禁带明显增大.计算了空气中Al材料的旋转四边形直柱光子晶体的带结构和态密度,当填充比等于0.5时存在绝对带隙,旋转角度为45°时绝对带隙最大,旋转角度为0时,光子频率禁带位于高频区域.利用FDTD方法检验了计算结果,并分析了旋转角度为45°时,正四边形直柱光子晶体的波导特性以及TM模的电场分布.     

基于1550nm的全固态PBG—PCF的设计

设计了一种三角晶格结构的全内反射型光子晶体光纤,并在其包层孔内分别填充折射率为n=1．55～3．35（△n=0．3）的介电材料,使其等效为全固态光子带隙型光子晶体光纤,利用全矢量平面波展开法对其带隙特性进行分析,发现随着折射率的增加,光子带隙的位置逐渐向长波方向移动,导模也越来越少。设计一种工作波长为1550nm的全固态光子带隙型光子晶体光纤,计算得到其对应的归一化传播常数β=8．2时,导模的宽度大约为100nm。该光纤在光电转换或者电光转换等方面具有潜在的应用价值。     

光子晶体传感器的研究进展

光子晶体是一类具有光子能带和带隙的新型光学材料,近年来已成为传感器技术领域的研究热点。光子晶体微腔、光子晶体波导、光子晶体光纤在传感器领域得到了广泛应用,而凝胶光子晶体、反蛋白石光子晶体、分子印迹光子晶体则实现了化学生物传感器的"裸眼检测技术"。重点分类介绍了一维、二维、三维光子晶体的制备及其在传感器领域的应用进展。     

光波在由左手材料和激活介质构成的光子晶体中的传输

用特征矩阵法计算了光波在包含左手材料和激活介质的一维光子晶体中的传播规律,当左手材料和激活介质厚度相等时,出现了超窄通带和透射率大于1的高增益现象,受激辐射的增强总是发生在带隙的边缘附近。进一步论证了受激辐射增强现象与光子带隙边缘群速度异常存在关联。随着频率的增加,光增益呈e指数增大。光频率不变时,光在光子晶体中的透射率随光子晶体周期数的增加呈线性增加。当左手材料和激活介质厚度不相等时,通带宽度增加,带边仍存在大于1的透射峰。     

激波调制光子晶体频率转换效应的研究

研究了被激波调制的光子晶体对入射光产生的频率转换效应。建立了弹性激波调制一维光子晶体的物理模型;提出了准静态带隙结构的概念,并采用FDTD和平面波展开法计算了其光子带隙;通过数值计算和微扰分析,发现该频率转换是一个量化累积过程,并对该频率转换效应及其量化累积现象提出一种基于光子一声子相互作用和表面衰减模的解释,同时,分析了该频率转换效应的特性。     

光子晶体及其制备方法研究进展

光子晶体是具有光子能带及能隙的一类新型材料，具有奇特的性质和广阔的应用前景。本文简述了光子晶体的主要特征，重点阐述了三维有序结构光子晶体的制作方法，并介绍了调节光子带隙的手段。     

激波调制光子晶体频率转换效应的研究

研究了被激波调制的光子晶体对入射光产生的频率转换效应.建立了弹性激波调制一维光子晶体的物理模型:提出了准静态带隙结构的概念,并采用FDTD和平面波展开法计算了其光子带隙;通过数值计算和微扰分析,发现该频率转换是一个量化累积过程,并对该频率转换效应及其量化累积现象提出一种基于光子-声子相互作用和表面衰减模的解释,同时,分析了该频率转换效应的特性.     

光子带隙调制下发光体间的能量传递过程

光子晶体具有光子带隙和光子局域等特有性质,光物理过程在光子带隙调制下产生新的现象特点为制备新型光电材料提供了可能。通过对光子带隙调制作用的机理探讨,设计制备蛋白石及反蛋白石结构光子晶体。对其中发光体的荧光光谱和给体荧光寿命的实验研究表明,当光子带隙频段与能量传递过程中给体的发射光谱相重叠,能量传递过程将得到增强。     

基于有限元法的一维光子晶体光学特性分析

运用电磁学的里兹变分法,建立一维光子晶体理论分析的有限元模型.通过建立的有限元模型,采用有限元方法对一维光子晶体进行研究.数值模拟出完整一维光子晶体的透射谱、含缺陷层的一维光子晶体TE偏振光和TM偏振光的透射谱以及缺陷层厚度对一维光子晶体的透射特性的影响.     

光子晶体在光催化领域的研究进展

光子晶体是由具有不同介电常数的物质,在空间按照周期性排列形成具有光子带隙的介电结构材料.光子带隙中的慢光子和带隙反射可以促进光子的捕获和控制光与物质之间的相互作用.基于光子晶体独特的光学特性和较大的比表面积,将光子晶体结构引入到半导体光催化材料的设计中,可以有效地增强光催化反应活性.本文介绍了三维光子晶体的制备方法及慢光子效应,总结了光子晶体特别是反蛋白石结构的光子晶体作为光催化剂在废水净化、制氢、二氧化碳的转化等领域的研究进展,并针对光子晶体光催化剂面临的挑战,提出了开发具有不同折射率和周期性的多层三维光子晶体,促进光子晶体在光催化领域的应用.     

Se-SiO2三维光子晶体的制备

报道了一种新的调节二氧化硅光子晶体带隙的方法;通过化学镀向SiO2胶体晶体中填充半导体材料Se,获得了Se-SiO2两种介质复合的三维光子晶体;采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射和紫外-可见光谱仪(UV-VIS)等对Se-SiO2三维光子晶体的形貌、结构和光学性能进行了观察测试.研究结果表明,Se以纳米晶粒的形式均匀地包覆在SiO2微球表面,形成了Se壳层,与相同晶格周期的SiO2光子晶体相比,Se-SiO2光子晶体的带隙发生了明显的红移.     

精确的一维光子晶体的带隙

半导体材料的折射率是光频率的函数,所以在计算光子晶体的能带结构时必须考虑到色散关系。光子晶体存在光子禁带在反射谱上表现为高反射率带。本文已GaAs基材料为例,利用传输矩阵方法计算了考虑色散后的一维光子晶体的反射谱,计算结果表明考虑色散后的光子晶体禁带的宽度较不考虑色散关系的光子晶体的带隙要窄,如果光子晶体中存在缺陷则考虑色散后的光子晶体缺陷态的位置较不考虑色散关系时红移,且光子损耗较小。     

SiO2/CdS光子晶体的制备及其光学性能

用化学浴沉淀法(CBD)在SiO2胶体晶体中生长了CdS半导体材料, 并用UV-VIS-NIR光谱仪和荧光光分度计测试了其光学性能.测试结果表明,在SiO2胶体晶体中随着CdS填充量的增加,光子带隙向长波段方向移动且变宽;当发射出的光与基体材料的光子带隙相匹配时,可控制半导体材料的光致发光,同时,可通过控制SiO2胶体颗粒粒经的大小来调节CdS的光致发光性能.