单折射率层缓变结构-维光子晶体的能带特性

利用特征矩阵方法研究了一类周期厚度变化的一维光子晶体的能带特性。该光子晶体保持其中一折射率层的几何厚度不变,而另一折射率层的几何厚度缓慢变化。研究表明,与通常的均匀结构光子晶体的带隙相比,这种光子晶体能使光子带隙拓宽。改变高折射率层的几何厚度,光子带隙的拓宽更为显著。在设计光子晶体时,可以根据需要,通过缓慢改变光子晶体某一折射率层的几何厚度可实现对光子带隙的控制。     

含超材料AZO/ZnO光子晶体近红外滤波特性的研究

基于电磁波的传输矩阵理论,对一维光子晶体在近 红外波段0.85－2.30 μm滤波特性进行了分析研究。由MoS₂和半导体超材料AZO/ZnO构成(AB)N型光子晶体,其中AZO/Zn O是掺铝氧化锌层和氧化锌层交替形成的具有人 工周期结构的各项异性材料,在部分近红外波段具有负的折射率。数值分析表明:此结构光 子晶体在0.85－2.30 μm波 段具有四个光子通带;带隙随B层中填充因子h的增大发生蓝移;光子晶体透射 峰的数量由光子晶体周期N决定, 即周期为N时,每个通带透射峰的数量为N－1;通过改变膜层厚 度能实现对透射波长的调控,如增加A层或B层厚 度,透射波中心波长发生红移;而光波入射角度的增加将使透射波中心波长发生蓝移。由超 材料AZO/ZnO构成的光 子晶体的滤波特性为光通信波段多通道可调谐高性能滤波器的设计提供理论参考。     

含双缺陷光子晶体的缺陷模特性及应用

利用传输矩阵法,计算了含双缺陷的一维准周期光子晶体的透射谱,并分析了缺陷模的特征。结果表明:当两缺陷层的折射率为1时,该光子晶体的透射谱有一包含可见光所有波长的带隙。而当两缺陷层的折射率为1.1时,原带隙中产生了一缺陷模,且此缺陷模的位置和透射峰值都随两缺陷层折射率不同而变化。折射率越大,缺陷模位置对应的波长越长,缺陷模的峰值也越大。利用缺陷模的这一特性,可以设计一种微型的烟雾传感器。     

无序一维三元光子晶体的能带特性研究

运用光学传输矩阵理论，研究了具有无序结构的一维三元光子晶体的能带特性。结果表明，与周期结构相比，无序结构可以显著地拓宽光子晶体的光子带隙；随取无序膜层数目的增加，带隙逐渐变宽，3种折射率介质均取无序的情况下，带隙拓宽到550～1800nm的区间范围，是周期结构光子晶体带隙宽度的2倍多。讨论了无序度、不同折射率分布对带隙的影响，随着无序度和高低折射率的差别的增大，带隙变宽。     

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。     

入射角和杂质吸收对一维光子晶体反射镜的影响

利用复折射率的方法和膜系设计软件TFcalc分别研究了入射角和杂质吸收对一维光子晶体反射镜反射谱和透射谱的影响.结果表明:随着入射角的增大,一维光子晶体反射镜的禁带中心位置蓝移,禁带宽度减小.入射角小于60°时,带隙势阱深度几乎不变,大于60°后带隙势阱深度变化较大.当入射角无限接近90°时,P偏振光的带隙几乎消失,S偏振光的带隙几乎保留.杂质吸收对于一维光子晶体的反射谱和透射谱显著影响时的临界消光系数值分别是0.001和0.0003.高折射率介质层的杂质吸收对光谱的影响较小.     

一类慢变周期结构光子晶体的能带特性研究

本文改造了一种周期厚度保持不变，但相邻周期内部高低折射率区的厚度发生缓慢变化的变周期结构的光子晶体，并对其光子能带特性进行了分析。研究发现，本文所提出的两端带有慢变结构的光子晶体能够有效地拓宽光子能带带隙，与均匀结构相比，拓宽率可以达到200%以上。     

准晶光子晶体特性及应用

准晶光子晶体具有产生完全带隙的折射率阈值低、光子带隙与入射方向无关、产生局域态无需缺陷等优于周期性光子晶体的性能,使其成为光子带隙材料和负折射率材料等的优秀候选对象,具有广阔的应用前景。对近年来准晶光子晶体的研究进展进行综述,主要包括准晶光子晶体的结构、特点以及在应用方面的研究进展和前景。     

复介电双周期光子晶体的特性研究

利用传输矩阵法研究了复介电双周期光子晶体的带隙结构和光传输特性.研究发现:一维双周期光子晶体的光子带隙结构中在两光子晶体带隙交叠处具有很明显的两共振透射峰.当组成双周期光子晶体的一种介质为复介电且其虚部为负时,两共振透射模式都出现了较强的增益.随着复介电常量的虚部的增加,两透射增益先增加后减少,中间存在一极值点.而当组成双周苘期光子晶体的一种介质的复介电虚部为正时,表现为对两共振透射模式的吸收.这一结果为光子晶体同时实现双通道超窄带滤波器和先放大微器件提供了理论基础.     

正负交替一维掺杂光子晶体缺陷模的特性

利用光学特征矩阵方法,研究了在正负折射率交替一维光子晶体中掺入正折射率介质后缺陷模的相关特性。结果表明：当杂质层的光学厚度不变时,随着杂质层折射率的增加,缺陷模的半高宽度随之增加,分布在禁带中心两侧的缺陷模分别向临近的透射谱方向移动,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;而当杂质层折射率不变时,随着杂质层的光学厚度增加,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。     

Optical Properties of One-dimensional Three-component Photonic Band Gap Structure

1　IntroductionMaterialswithPhotonicBandGaps (PBG’s)havebeenwidelystudiedboththeoreticallyandex perimentallyinthepastfew years[1～ 4] .Theexis tenceofgaps,which prohibitthepropagationofelectromagnetic (EM )wavesinacertainrangeoffrequencies,canhavesignificantimpactsbothinsci enceandtechnology .Manypracticalapplicationsofthesestructureshavebeensuggestedanddemon strated ,suchasPhotonicCrystal (PC)microcavi ties[5] ,infraredPC[6] ,PClens[7] ,suppressingspontaneousemission ,manipulatinglight…     

Analysis on characteristics of 1-D apodized and chirped photonic crystals containing negative refractive materials

Using transfer matrix method, the optical transmission properties of 1-D photonic crystals composed partially of negative refraction media are analyzed. The transmission spectra of periodic photonic crystal, chirped photonic crystal and apodized photonic crystal are numerically simulated respectively. By contrast with optical transmission properties of ordinary photo- nic crystals made of positive refraction media, the transmission spectra of apodized photonic crystal become unregular, the Bragg flat-headed area recurs but the peak of transmission does not change significantly. Futhermore, the band gap range of chirped photonic crystal diminishes gradually.     

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．     

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。     

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。     

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。     

获得一维光子晶体最大带隙的介质宽度精确组合

采用传输矩阵法对一维光子晶体的带隙结构进行了研究.当介质层的宽度发生改变时,带隙也随之相应地发生变化.数值分析结果表明:通过对介质层不同厚度的组合可获得连续且更大的带隙,运用此方法可在不改变光子晶体材料总体介质厚度的情况下获得理想的滤波效果.     

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。     

波分复用各向异性光子晶体滤波器

从光子晶体的光子频率禁带特性出发，提出了用两个或两个以上的各向异性周期结构光子晶体叠加在一起，形成叠层结构光子晶体，以获得窄带滤波特性的设想；利用光学传输矩阵法研究了这种结构的光子晶体，分析了在不同入射角和折射率条件下，该周期结构的透射和偏振的光学特性。分析表明，各向异性光子晶体在折射率比值较大或与高折射率各向同性介质结合使用，可以获得较窄的通带，从而实现滤波。数值模拟的结果也证实了上述构思的正确性。     

倾斜底涂法制备聚苯乙烯胶体晶体及其光学特性研究

采用倾斜底涂法将单分散的聚苯乙烯胶体微球自组装生长成为胶体晶体,并用扫描电子显微镜和紫外-可见光分光光度计对其形貌和光学特性进行测量。结果表明,聚苯乙烯微球自组装为面心立方密堆积结构,胶体晶体的光子带隙位于可见光波段。分别对不同胶体颗粒的粒径、悬浮液的浓度、基片倾斜角度及环境温度等制备条件下生成的聚苯乙烯光子晶体样品逐一分类对比,分析了影响光子带隙宽度和深度的因素。