几何横向比例对金属孔阵列强透射特性的影响

设计了三种不同的几何横向比例(孔直径与晶格间距的比值)来研究其对金/二氧化硅/硅圆孔阵列组成的光子晶体强透射特性的影响。采用平面波展开法模拟了在三个不同的几何横向比例(0.4;0.5;0.6)条件下硅光子晶体的光子带隙。理论模拟结果发现比例为0.5、由正三角形晶格组成的硅光子晶体能够得到一个较好的具有两个宽带隙且大的中间频率的光子带隙。采用微机电(MEMS)技术制作了比例分别为0.4、0.5和0.6的正三角形晶格圆孔阵列组成的金/二氧化硅/硅光子晶体,利用傅里叶变换红外光谱仪测量其反射光谱。实验结果表明,比例为0.5时,该结构能够获得较强的光透射增强效果和较窄的透射峰。     

阵列周期对金属/电介质光子晶体滤波特性的影响

本文从理论和实验上研究了在圆孔半径与阵列周期的比维持不变（1 / 4）的条件下,每隔1微米改变阵列周期大小（范围从6至8微米）对金/二氧化硅薄膜正六边形亚波长孔阵列的金属/电介质光子晶体（MDPhC）滤波特性的影响。结果表明,其反射光谱与阵列周期有关。当阵列周期增加,反射光谱中出现有规律地红移。采用时域有限差分（FDTD）法数值模拟的结果与实验结果相吻合。通过分析反射率最小值的位置和阵列周期之间的关系,发现在圆孔半径与阵列周期的比维持1 / 4的条件下,MDPhC滤波特性与阵列周期几乎有一个线性关系。这一发现为调控MDPhC的滤波特性提供了一种有效的方法,其在光滤波器,等离子体热发射器等具有潜在的应用。     

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.     

磁性材料、超导材料和器件

O482.32011010147改变光子晶体表面结构对负折射透射光强的影响/毛宇,童元伟(上海理工大学理学院)//光子学报.―2010,39(9).―1562～1566.以砷化镓圆形介质柱在空气中构成二维六边形排列结构的光子晶体为例,利用时域有限差分法模拟研究了光子晶体表面结构改变对负折射透射光强的影响。     

基于钯金复合膜亚波长圆孔阵列的氢气传感器的理论研究

提出了一种基于钯金(Pd/Au)复合膜的亚波长圆孔阵列结构的氢气传感模型,用于氢气泄漏及氢气浓度检测。利用时域有限差分法(finite-difference time-domain, FDTD)对该Pd/Au复合膜亚波长圆孔阵列结构进行模拟仿真,计算其复合膜的横纵截面电场能量分布及透射特性,并进一步分析在不同结构参数下该传感结构的异常光 透射(extraordinary optical transmission,EOT) 特性和传感特性。模拟结果表明:Pd/Au复合膜亚波长圆孔阵列结构可产生明显的EOT效应,形成两个突出的异常透射峰,记作峰Ⅰ、峰Ⅱ。当通入氢气时,钯(Pd)膜会吸收氢气引起Pd介电常数的变化,导致EOT特性发生改变,具体表现为波长和透射率的改变。氢气浓度由0%上升至4%时,峰Ⅰ和峰Ⅱ的透射率变化量分别可达到0.16和0.24。由于其透射率强度变化比较明显,因此可通过透射峰强度变化来实现对氢气浓度的监控和检测。本文所提出的基于Pd/Au复合膜的亚波长圆孔阵列结构的氢气传感器的圆孔结构加工简单,所镀的Pd膜很薄使传感器响应速度快,EOT效应使该结构信噪比(signal-to-noise ratio,SNR) 高,可利用光电集成技术进行批量生产,具有很强的实用价值。     

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.     

六边形光子晶体完全带隙特性的研究

应用时域有限差分法研究了硅材料构成的六边形光子晶体完全带隙特性,建立了六边形光子晶体物理模型.模拟得到了六边形光子晶体第一布里渊区特性图,32步、64步时的晶格矢量图.数值模拟了六边形光子晶体硅半径与归一化频率之间的关系,六边形光子晶体的完全带隙.并建立缺陷态结构,数值模拟了它的完全带隙结构.研究结论为六边形光子晶体的实验研究提供参考.     

一种具有放大功能的多通道窄带滤波器设计

设计了传统介质(折射率为n1>0)与激活介质(折射率n2=n0-ki)交替排列组成的一维光子晶体(PC).利用传输矩阵法研究了这种光子晶体的透射光谱.模拟结果显示,n1=1.45,n2=3.8-0.10i时会出现两条半峰全宽约0.6 nm获得增益的透射窄带,并且两条窄带的中心波长只与介质的厚度有关.用M×N个厚度不同的此类光子晶体为单元设计了一种具有放大功能的M×N阵列滤波器.研究了介质厚度和折射率的变化对滤波器通道透射窄带的影响.结果表明,此滤波器在可见光区域和红外光区域分别有M×N个通道,并且通道间隔和窄带透射率的大小都可以通过改变介质参数任意调节,这为设计各种需要的滤波器提供了帮助.     

一维ZnO光子晶体带隙的FDTD法模拟研究

介绍了时域有限差分法(FDTD)的基本原理,设计了一个由ZnO和MgF2组成的一维光子晶体模型,并对光子晶体中传播的电磁场作了模拟和分析,通过对光子晶体透射谱的研究,详细讨论了不同周期数、不同厚度和不同厚度比对光子晶体带隙的影响,最后通过在周期薄膜层状结构中引入缺陷层构造了光子缺陷态。     

二维Kagome格子光子晶体禁带的数值模拟

采用平面波展开法模拟计算了由空气背景中的介质柱构成的二维Kagome格子光子晶体的能带结构，得到了使完全光子禁带最大化的结构参量．计算结果表明：由圆形、正六边形和正四边形三种不同形状锗介质柱构成的Kagome格子光子晶体都出现了完全光子禁带，最大禁带分别为△=0．014(ωa／2πc)、△=0．013(ωa／2πc)、△=0．011(ωa／2πc)．发现由圆形和正六边形两种介质柱构成的Kagome格子光子晶体在填充比连续变化的较大的范围内都有宽度较为稳定的完全禁带，且它们具有非常相似的能带结构．     

一维光子晶体的应变测量

采用ZnSe和Na3AlF6两种经典介质材料构造一维光子晶体,缺陷层介质为Na3AlF6。利用传输矩阵法对带有缺陷的一维光子晶体的传光特性进行了理论分析,并得到其带隙特性。分别数值研究了参考光子晶体以及应变前后测量光子晶体的透射谱,分析结果表明光子晶体所受的纵向应变与其缺陷峰波长之间呈线性关系,根据这种对应关系提出了一种新的测量应变的方法。由于粘贴光子晶体的基底与光子晶体的线膨胀系数不同,且温度变化也会引起构成光子晶体材料折射率的变化,导致光子晶体透射谱缺陷峰波长的漂移。为了消除温度误差,在测量光路中设置了与测量光子晶体结构相同的参考光子晶体,对温度的影响进行了补偿。实验表明,测量系统的灵敏度为6×10-4nm/με,测量范围为0～2000με。     

基元介质数对光子晶体光传输特性的调制

运用传输矩阵法理论,通过计算机计算模拟,研究基元介质数对光子晶体光传输特性的调制规律,结果表明:无论是标准结构还是对称结构光子晶体,透射谱中均出现一条带宽很宽的主禁带,而且不同基元介质数光子晶体的主禁带带宽不一样。对于标准周期结构光子晶体(AB)m、(ABC)m和(ABCD)m,主禁带中不出现透射峰,但随着基元介质数增加,主禁带的带宽发生变化,而且主禁带两侧会出现若干条分立透射峰。对于对称结构光子晶体(AB)m(BA)m、(ABC)m(CBA)m和(ABCD)m(DCBA)m,主禁带中恒定出现一条透射率为100 %的窄透射峰,随着基元介质数增加,主禁带中窄透射峰条数及其透射率保持不变,但主禁带及其中窄透射峰的带宽会变窄,同时主禁带两侧会出现若干条分立透射峰,而且分立透射峰的条数多于标准周期结构光子晶体主禁带两侧的透射峰条数。基元介质数对标准周期结构和对称结构光子晶体透射能带谱的调制规律,对新型光学滤波器、光学开关等器件的研究和设计具有一定的理论参考价值。     

对称型正负交替一维光子晶体超窄带滤波器

构造了(AB)N1(BA)N2对称型正负折射率交替一维光子晶体,并利用传输矩阵法进行数值模拟,研究了这种正负折射率交替一维光子晶体的能带结构与各参数之间的关系.结果表明:当两种材料的光学厚度相同时,该结构光子晶体比传统的光子晶体的带隙大得多,且在主禁带内有极窄的透射带.并利用此透射带,设计了一种在红外波段1550nm窗口3dB带宽可以做到0.000001nm以下,窗口内透过率接近100%的超窄带滤波器.该结构的光子晶体可以用作超窄带滤波器,有望在光通信超密集波分复用系统中获得广泛应用.     

二维介质圆柱光子晶体自准直迈克耳孙干涉仪

设计并模拟了一种基于光子晶体自准直效应的二维介质圆柱光子晶体迈克耳孙干涉仪。此结构包括一个分束器和两个反射器。利用有限时域差分法计算模拟发现, 在归一化频率范围0.192c/a～0.200c/a内, 光束保持自准直传输, 出口处透射谱成正弦形分布。固定短臂长度同时增大长臂的长度时发现透射谱峰值频率向低频方向移动, 而透射谱峰值的间距非线性下降。因为其等间距分开某一频率范围的特性, 此迈克耳孙干涉仪器可以用于波长信号分离器, 对于光通讯波长1550 nm, 整个干涉仪结构只有几十微米大小, 所以有可能将来用于光子晶体集成器件和全光通讯。     

复合周期特异介质光子晶体异质结的谐振模

一维异质结光子晶体包含两个基本单元结构,其中每个单元都由一种特异介质和常规介质层叠构成.利用传输矩阵法,通过数值模拟得出两种不同异质结光子晶体的透射谱.在1.0 ～ 10.0 GHz频率范围内,(AB)6(CD)4结构的透射谱中出现了三个光子带隙,但带隙中没有谐振模;而在(《AB)6(CD)4)2结构的透射谱中,在三个光子带隙内均出现谐振模.在第一带隙内,随着入射角的增大,TE波和TM波的谐振模数目均减少且谐振模发生频移.其中对于TE波,在2.40 GHz附近出现了全向谐振模.     

二维正方形复式晶胞光子晶体的光子特性研究

用FDTD方法计算了二维正方形复式晶胞光子晶体的光子特性．通过光子能带结构、光子态密度的分布以及沿ГX方向透射谱的计算,发现透射谱光子带隙的位置与能带结构符合得很好．光子态密度的分布也表明存在全带隙的光子频率范围,进一步研究给出这种结构光子晶体全带隙存在的物理起源．     

二维复周期光子晶体的带隙结构

提出了由二维六边形结构和三角结构叠合构成的复周期光子晶体 ,利用平面波展开法计算了由空气中的介质圆柱棒组成的该复周期光子晶体的带结构。结果表明二维六边形结构和三角结构叠合构成的复周期结构的光子晶体可以形成很宽的TE波光子带隙 ,并且具有较宽的TE波和TM波带隙重叠的绝对光子带隙     

掺镱光子晶体光纤纤芯材料制备及光纤数值模拟

基于掺镱多组分玻璃光子晶体光纤具有较高的离子掺杂浓度和大的受激发射截面以及宽的发射带宽,同时能够允许更高的泵浦功率密度和工作温度,因此其非常适合于作为高功率光纤激光器的增益材料.通过对采用高温熔融法研制的一种掺镱硅酸盐光子晶体光纤新材料的物理性能及光谱性能进行的测试,其较大的受激发射截面和较长的荧光寿命的特性得以验证.以其作为光子晶体光纤的纤芯,设计出了纤芯为正六边形掺镱光子晶体光纤,并利用有限元理论等模拟软件对设计的光纤结构进行了数值模拟,实验研究和数值模拟结果均表明该材料非常适合作为光子晶体光纤的芯体材料.     

一种新结构光子晶体光纤的双折射特性研究

在普通正六边形光子晶体光纤的基础上,通过改变x轴方向空气孔的大小及分布构造了一种新结构的光子晶体光纤。利用多极法对该光子晶体基模的模场分布及双折射进行了数值计算,分析了光波长与结构参数对双折射的影响,同时对光子晶体光纤的色散特性进行了研究。结果表明,通过改变x轴方向空气孔的大小以及分布结构使光子晶体光纤比普通六边形结构光子晶体光纤的双折射率明显提高,并且具有较低的宽带反常色散,在光纤双折射效应的应用和光学器件的研制等方面具有独特的优势。     

厚度误差对特定波段光子晶体温度传感器的影响

以工作在特定波段的光子晶体温度传感器作为研究对象,通过具体的数值模拟发现:温度变化时,基于光子晶体的热膨胀效应和热光效应,透射峰峰值保持不变,同时透射峰和光子带隙发生漂移。测量透射峰中心波长或光子带隙的起始波长即可得到光子晶体对温度变化的灵敏度。分析了介质层的厚度误差对光子晶体温感特性的影响。引入误差后,透射峰与光子晶体温度传感器的灵敏度保持不变,但透射峰的中心波长与光子带隙所在波段发生改变,从而影响了光子晶体温度传感器的工作波段。