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.     

一维光子晶体完全光子禁带与结构的关系

阐述了完全光子禁带的概念.用光学特征矩阵方法,通过数值模拟计算,讨论了一维光子晶体出现完全光子禁带与晶体结构和介质材料的折射率的密切关系.具体计算了用同样两种介质材料组成3种不同结构的一维光子晶体,对于TM及TE电磁模式在不同入射角下的透射率谱,从中找出它们的完全光子禁带,发现3种结构的完全光子禁带的波长范围及宽度各不相同.另外,研究结果表明组成光子晶体的两种材料的折射率差别越大,两种电磁模的禁带越宽,越容易产生完全光子禁带.简单讨论了完全光子禁带出现的条件.     

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.     

一维光子晶体新型电光调谐器原理

将液晶作为缺陷引入到一维光子晶体结构中，实现波长可调谐的滤波器。液晶是一种电光材料．其有效折射率随着外加电场电压的变化而改变。通过对光子晶体的滤波特性的分析，清晰地说明这种光可调谐滤波器的原理和可行性。     

棱镜耦合光子晶体表面波及其传感特性研究

构造一种棱镜耦合一维光子晶体结构,利用传输矩阵方法对该结构中光的传输特性进行研究.结果表明:光在这种棱镜耦合一维光子晶体结构中传播时,会在光子晶体表面产生非辐射传播模,即表面波,而且在反射谱中表面波所在的角度位置、反射率的大小以及反射峰的半峰全宽受到一维光子晶体的介质折射率和介质厚度的调制.此外,表面波对应的角度位置对...     

Ge/ZnS一维光子晶体的设计、制备及低红外发射率性能

通过从理论上分析介质层厚度、不同介质材料的折射率差及周期数对一维光子晶体红外发射率的影响规律,设计得到了可实现8~14μm波段低红外发射率性能的Ge/ZnS一维光子晶体。随后采用光学镀膜技术在石英基片上通过交替沉积Ge层和ZnS层的方法制得所设计的一维光子晶体,并采用扫描电镜(SEM)及傅里叶变换红外光谱(FTIR)分别对其微结构及光谱发射率进行了系统研究。结果表明,所制备一维光子晶体在8~14μm波段具有低红外发射率性能,其平均发射率可低至0.195。采用Ge、ZnS等无机半导体材料,通过合理的一维光子晶体设计同样可以获得低至0.2以下的红外发射率。     

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。     

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.     

反蛋白石结构光子晶体材料中光传输的仿真研究

单分散胶体球可自组装出面心立方结构(周期常数为a)的三维光子晶体材料,进一步用高折射率光学材料填充其间隙再除去胶体球则可制得高折射率差、反蛋白石结构的三维光子晶体材料,从而应用于集成光子器件。了解其光子带隙以及光在缺陷中的传输性质是设计与制造该光子晶体材料与器件的基础,因此采用时域有限差分法仿真,研究不同波长λ的光在完整与含直线、L形线缺陷的反蛋白石结构光子晶体材料中的传输性质。研究结果表明该材料光子禁带的归一化频率a/λ在0.45~0.55之间,光在直线缺陷和L形线缺陷中传输的透过系数分别为~65%和~72%。     

负折射率材料的研究进展

负折射率材料由于其独特的性质引起了人们极大的兴趣。介绍了负折射产生的原理及其奇特性质，着重阐述了实现负折射材料的3种主要方法：双负介质实现负折射、左手介质实现负折射和光子晶体实现负折射。分析了各种方法在实现光频段低损耗负折射材料中的可行性及纳米技术发挥的重大作用。     

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。     

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.     

掺杂一维三元光子晶体传输特性的研究

本文利用传输矩阵理论对掺杂的一维三元光子晶体的光学传输特性进行了研究。选取（ABC）5D1（CBA）5型的光子晶体模型,数值模拟结果表明,禁带内出现了多个透射率较高的透射带。随着缺陷层折射率的增加,透射率下降。基元几何厚度的增加会使缺陷模向长波方向平移,但缺陷层的几何厚度不影响缺陷模的位置。     

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呈周期性排列的材料。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，各能级的带隙率随填充率的变化而变化，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影响，但随机度不同，对光子带隙的影响也不一样。     

可见光区一维光子晶体纳米膜偏振带通滤波器的设计

应用一维时域有限差分方法研究各种条件下一维二元光子晶体的偏振带通滤波特性,具体数值分析了掺杂层位置、厚度、电磁参数、入射角度四种因素对偏振滤波特性的影响.数值结果表明传统意义上的光学多层膜是一维二元光子晶体在光学厚度满足四分之一波长时的特例;可见光区的偏振滤波器的窄带滤波特性与掺杂层的位置有关,掺杂层在整个膜中间位置时偏振分离效果好,掺杂层的厚度与周期层厚度相差越大则分离效果越好,两组元折射率相差越大越易形成禁带,入射角越大禁带越窄,偏振的分离度越好.特别是P偏振局域模更多;在线度参数相同的情况下介质电磁参数对禁带有较大影响,禁带只有在两组元折射率相差越大才能形成,介质损耗同样是不可忽略的因素;光源的入射角对禁带有重大影响.本文的研究对光子器件的设计有一定的指导作用.     

分子印迹光子晶体的研究进展EI北大核心CSCD

光子晶体是至少两种不同折射率介质周期性排列而成的有序结构材料,通过改变其平均折射率或晶格间距等参数可以实现对光的调控。响应性光子晶体结构与分子印迹技术相结合制备的分子印迹光子晶体化学传感器因特异性强、灵敏度高且具有自表达能力等优点而受到人们的青睐,为微量及痕量物质的检测提供了新思路。本文着重介绍了基于二维和三维光子晶体的传感材料,尤其是分子印迹光子晶体(MIPC)的制备方法、性能特点和应用研究进展,对分子印迹光子晶体在可视化检测的研究前景做了展望,对提高分辨率、稳定性等问题做了分析。     

3．0μm～4．0μm全角度反射镜

分析了一维光子晶体的光子能带结构和禁带特性;然后利用光子禁带特性,设计了3.0～4.0μm全角度反射镜,给出了其反射光谱.     

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。     

可见光与红外隐身光子晶体材料研究进展

光子晶体是一种人造结构的新型功能材料。能够调控光子晶体的光子带隙控制入射电磁波反射率;通过调控晶体粒径,可以产生用于伪装隐身的结构色。本文简述了光子晶体的基本概念和特性,综述了光子晶体材料在可见光和红外隐身领域的研究进展,以期为光子晶体材料在多波段兼容隐身领域的研究提供一定的解决思路。     

可调缺陷层等离子体光子晶体的滤波特性分析

等离子体光子晶体中引入另一种缺陷等离子体层,构成一种新的等离子体光子晶体滤波器.在不需改变等离子体光子晶体几何外形尺寸的情况下,通过改变缺陷等离子体层的参数,实现缺陷等离子体等效折射率改变,使等离子体光子晶体缺陷层的谐振频率发生偏移,实现了滤波器的可调谐特性.数值模拟中采用时域有限差分算法,计算了电磁波通过等离子体光子晶体的透射谱.结果表明通过调控缺陷层等离子体参数,使缺陷层的谐振频率发生偏移,从而实现等离子体光子晶体可调滤波特性.