不同结构光子晶体带隙特性研究

基于平面波展开法数值模拟了砷化镓构成二维正方品格、三角晶格和六角晶格光子晶体的带隙特性,得出构成的三角晶格具有较大完全带隙。数值模拟了砷化镓构成三维光子晶体的金刚石结构、蛋白石结构和木堆结构,得出金刚石结构具有较高的完全带隙。结论为实验及应用研究提供理论支持。     

长方格子光子晶体带隙特性

基于平面波展开法,以长方格子光子晶体带隙特性为研究对象,改变长方格子空气圆柱半轴a和b的大小,得到当a=b时形成较宽的光子带隙,随着b的增大,光子带隙逐渐减小.改变构成长方格子光子晶体基底的材料,得到Ge构成基底时形成较宽的光子带隙.研究结果为光子晶体器件的制作提供参考.     

结构参数对二维光子晶体完全带隙影响的研究

完全带隙的分布决定了二维光子晶体特性,采用平面波展开法对三角形结构二维光子晶体的带隙随结构参数的变化进行了研究,计算结果表明：对于空气孔型二维光子晶体,当介质比εb/εa=13时,最佳归一化半径为r/a=0.48,此时完全带隙底宽度最大,最大完全带隙的宽度△ωa/2πc=0.0902;当归一化半径固定时,完全带隙的宽度随介质比的变大而增加.     

填充液晶的光子晶体的光控可调光子带隙

可调光子晶体由于其潜在的应用价值成为现今光子晶体研究中的一个热点。文章首次提出了通过光诱导液晶取向技术来调制光子晶体光子禁带的方法,进而采用平面波展开法分析了填充液晶的二维三角形光子晶体禁带结构的可调节性。数值模拟结果表明:通过偏振光控制空气孔中所填充的相列液晶的方向可以对光子晶体的禁带结构进行调节。与电场调制方法相比,该光控液晶取向技术具有响应速度快、结构简单的优点。这种可调光子晶体可用于制作场敏偏光片、全光光开关和可调光衰减器。     

复合蜂巢晶格光子晶体光纤的带隙结构研究

提出了基于复合蜂巢晶格的光子晶体光纤。该光纤包层蜂巢结构每个单元内部包含有一层空气孔,它们形成另一个蜂巢结构。采用平面波展开法研究了这种复合结构的光子晶体光纤的带隙结构随内层蜂巢晶格参数的变化规律。研究发现,内层晶格位置存在一个临界值,在该值以下,光纤的带隙减小。同时得到了一些晶格参数使得次带隙得到抑制,而主带隙大小基本不变。     

材料特性对金刚石结构三维光子晶体带隙特性的影响

应用平面波展开法研究了ZnO、ALAs、CaP和HgTe四种材料构成金刚石三维光子晶体形成的带隙结构,结果发现随着四种材料的折射率和介电常数增加,带隙宽度也逐渐增加,高介电常数的材料容易形成较宽的光子晶体带隙,研究结果为金刚石结构三维光子晶体的制备提供参考.     

椭圆柱二维光子晶体带隙特性的数值模拟

本文应用平面波展开法数值模拟了椭圆柱二维光子晶体TM模带隙特性,数值模拟椭圆长短半轴对带隙特性的影响,结果得到:当椭圆长短半轴趋于相等时形成带隙宽度逐渐增加。数值模拟四种材料即SiC、GaAs、Ge和ZnO构成椭圆柱正方晶格二维光子晶体时,TM模带隙特性和第一带隙变化情况,结果得到介电常数高的材料形成较宽带隙,随着介电常数的增加,第一带隙上下边界的归一化频率逐渐降低,但是,第一带隙带隙宽度逐渐增加。     

结构参数对二维光子晶体完全带隙影响的研究

完全带隙的分布决定了二维光子晶体特性,采用平面波展开法对三角形结构二维光子晶体的带隙随结构参数的变化进行了研究,计算结果表明:对于空气孔型二维光子晶体,当介质比εb/εa=13时,最佳归一化半径为r/a=0.48,此时完全带隙底宽度最大,最大完全带隙的宽度△(?)a/2πc=0.0902;当归一化半径固定时, 完全带隙的宽度随介质比的变大而增加。     

不同结构二维光子晶体的带隙特性

应用平面波展开法数值模拟了不同结构二维光子晶体TE模带隙特性,数值模拟得到正方形、正三边形和正六边形圆柱光子晶体结构的TE模带隙特性,比较得到正三边形圆柱结构光子晶体能够形成较宽TE模带隙结构.改变正方形圆柱光子晶体结构形成正方形椭圆柱结构和长方形圆柱结构光子晶体,比较得到长方形圆柱结构光子晶体形成带隙宽度较宽.研究就论为制作TE模滤波器件提供理论参考.     

Ge基二维三角晶格光子晶体的光子带隙

导出了二维三角晶格光子晶体的填充系数与正多边形散射子外接圆半径的普适关系,并利用平面波展开法计算了Ge基二维三角晶格光子晶体的光子带隙.计算表明:Ge圆柱置于空气背景中时,可产生TM、TE带隙,TM带隙占优势;随着Ge填充系数的增大,光子带隙的宽度先增大后减小,其中心频率由高频向低频移动;TM模第一带隙宽度在半径为0.14a处达峰值.空气圆柱置于Ge背景中时,可产生TM、TE及完全带隙,TE带隙占优势;随着空气填充系数的增大,光子带隙的宽度先增大后减小,其中心频率由低频向高频移动;TE模第一带隙宽度和最大完全带隙宽度分别在半径为0.46a和0.49a处达峰值.     

二维正方晶格光子晶体波导的慢光特性研究

利用平面波展开法对二维正方晶格光子晶体波导进行了理论研究和分析.通过减小一排介质柱半径至原来的一半以及直接去除一排介质柱分别获得了0.066c和0.083c的最大群速度,对应的带宽分别为0.060(ωa/2πc)和0.062(ωa/2πc),得出了通过减小介质柱的半径比去除一排介质柱可获得更优慢光效果的结论.进一步分析了缺陷柱半径的变化对导模色散曲线及群折射率曲线的影响,发现当缺陷柱半径在低于介质柱半径的范围内变化时,导模曲线随着缺陷柱半径的增加而向低频方向移动,且渐趋平坦,亦即群速度变小.研究结果对优化正方晶格光子晶体慢光波导提供了理论依据.     

光子晶体应用于在浓度检测上的模拟研究

采用平面波展开法数值计算了对二维光子晶体在TE和TM偏振态下的带隙进行了计算,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,在空气孔内填充浓度(质量百分浓度)为一定的待测溶液硫酸铜材料,通过计算得到了温度为298K情况下介电常数在71.917-62.530变化时,待测浓度的对应关系,并由此得到液体填充的光子晶体在不同偏振模式下光子禁带结构.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)发生变化。这对溶液浓度检测应用方面有一定的指导作用。     

波矢方向对二维光子晶体能带及应用的影响

利用平面波法分析了由介电常数为13和1的两种介质分别构成圆形柱和背景组成的三角晶格、蜂巢状晶格和正方晶格,波矢偏离周期性平面对它们能带分布及应用的影响。波矢偏离周期性平面分量增加,对色散曲线的影响表现在:波矢在周期性平面内形成的带隙逐渐减小,甚至消失;低频端出现不存在模式区域,并且该区域逐渐变宽;出现新的简并能级,原有的简并能级简并解除或消失;能带趋于平坦化;易于在低阶能带间形成绝对带隙等。波矢偏离周期性平面时,对三种晶格形成带隙情况分析得到:三角晶格和蜂巢状晶格形成的绝对带隙比正方晶格形成的绝对带隙宽,能更有效地减小发生自发发射的概率;三角晶格绝对带隙的宽度在泄漏模区域比蜂巢状晶格要宽,所以三角晶格比蜂巢状晶格更适合用作反射镜等。     

混合柱形二维光子晶体禁带特性研究

研究了正方形和圆形介质柱混合排列的二维光子晶体的能带特性.运用平面波展开法在正方形和正三角形晶格下将混合柱形与统一柱形光子晶体的禁带特性进行计算比较.仿真结果表明:对于正方形晶格,混合柱形使光子晶体的TM模高阶能带向低频方向移动,禁带的宽度和位置介于正方形柱体和圆形柱体之间.在正三角形晶格中,混合柱形光子晶体出现了明显...     

THz波段光子晶体谐振腔的特性分析

提出了一种适用于太赫兹器件的二维光子晶体谐振腔,分析了这种谐振腔的主要特性.采用平面波展开法进行仿真计算,通过改变二维光子晶体的晶格常数、介电常数比、填充率等研究其带隙结构、谐振频率在THz波段的变化规律.研究结果为THz波段器件的制作及THz系统的应用提供了理论依据.     

一种Sagnac干涉仪结构的光子晶体光纤温度传感器

采用Sagnac干涉仪结构,设计了一种高双折射光子晶体光纤环镜温度传感器。光子晶体光纤温度稳定性好,通过向高双折射光子晶体光纤空气孔填充热光系数高的液体材料乙醇,从而实现温度传感的目的。采用平面波展开法,分析了高双折射光子晶体光纤的双折射与传输波长和温度的关系。理论分析表明,填充乙醇后,高双折射光子晶体光纤的双折射随着传输波长和温度的增加而增加,且双折射与温度成线性关系。实验中将一段填充乙醇的高双折射光子晶体光纤与3 dB耦合器熔接制作成Sagnac干涉仪结构的光纤环镜,当温度从 45 ℃升至80 ℃时,光谱仪上观察到凹点λi向短波方向漂移了309.280 nm,温度灵敏度高达8.837 nm/℃。     

各向异性等离子体衬底的二维光子晶体带隙特性分析

利用基于拉氏变换的电流密度卷积(LT-JEC)时域有限差分(FDTD)方法处理等离子体复杂介质;同时通过引入周期边界条件,将无限大周期结构转换为单个元胞的有限区域的计算,实现了抽象模型向实际计算模型的转变,计算了以等离子为背景的二维等离子光子晶体的功率反射和透射系数。研究了二维等离子体光子晶体带隙特性随等离子体各参数变化的变化规律,为实际制作等离子体光子晶体提供了理论基础。     

GeSbSe光子晶体波导结构设计及传输特性研究

利用平面波展开法计算Ge Sb Se基质光子晶体带隙,研究光子晶体波导中带隙与空气孔(或介质柱)半径的变化关系,并结合光子晶体波导的工作波长,设计出周期为500 nm,半径为150 nm的三角晶格空气孔型Ge Sb Se光子晶体波导。采用时域有限差分法模拟所设计的直线型光子晶体波导和60°弯曲光子晶体波导的传输特性,模拟结果显示在传统结构光子晶体波导中,直线型光子晶体波导具有很高的光学传输效率,但在60°弯曲型波导中的传输效率较低,分析原因为光子晶体波导直线区域与弯曲区域光的传播模式不同。因此对60°弯曲型Ge Sb Se光子晶体波导进行了结构优化,优化后的光子晶体波导可以在较宽的波长范围内具有很高的传输效率。