平面波展开法在质量分数测量上的应用研究

为了提出测定果糖质量分数的新方案,采用光子晶体平面波展开法进行了理论分析和数值模拟。通过研究以硅半导体材料为背景介质周期性排列空气孔圆柱构成的光子晶体,分别取得了正方晶格和三角晶格的空气孔结构光子晶体的TE模、TM模禁带结构特性。结果表明,在高频率区域,2维正方晶格或三角晶格结构各向同性光子晶体的光子带隙随待测质量分数不同是单调变化的;同时,晶格结构对光子带隙有一定的影响,不论是在正方结构还是三角结构光子晶体中,TE模带隙都比TM模大得多。这对质量分数测量和高血糖患者的临床应用有一定的指导作用。     

光子晶体带隙法在溶液浓度测量中的应用

本文从光子晶体带隙理论出发,分析了相对带隙宽度与测量溶液浓度的之间的对应关系,提出了采用光子晶体平面波展开法测定牛奶浓度的新方案。通过研究以硅半导体材料为背景介质周期性排列空气孔圆柱构成的光子晶体,发现在高频率区域,二维三角晶格结构各向同性光子晶体的光子带隙随待测溶液百分浓度不同而单调变化的。这对浓度测量和高血糖患者的临床应用有一定的指导作用。     

用平面波展开法计算二维方形光子晶体的带隙结构

用平面波展开法计算二维正方晶格光子晶体的带隙结构,对二维光子晶体的电磁波理论及周期介质中的Bloch波解进行了详细的推导,得出TE模和TM模下无缺陷时光子晶体的色散曲线,并设计了低频区域内具有较大带隙宽度的两种二维光子晶体的空间周期结构.经过大量的计算,发现硅中的空气柱型光子晶体在红外波段TE模和TM模存在重叠的绝对光子带隙,并分别研究了空气中的硅介质柱和硅中的空气柱的TM模带隙宽度随空气柱半径和填充比变化的规律.     

用平面波展开法计算二维方形光子晶体的带隙结构

用平面波展开法计算二维正方晶格光子晶体的带隙结构,对二维光子晶体的电磁波理论及周期介质中的Bloch波解进行了详细的推导,得出TE模和TM模下无缺陷时光子晶体的色散曲线,并设计了低频区域内具有较大带隙宽度的两种二维光子晶体的空间周期结构.经过大量的计算,发现硅中的空气柱型光子晶体在红外波段TE模和TM模存在重叠的绝对光子带隙,并分别研究了空气中的硅介质柱和硅中的空气柱的TM模带隙宽度随空气柱半径和填充比变化的规律.     

用平面波展开法计算二维方形光子晶体的带隙结构

用平面波展开法计算二维正方晶格光子晶体的带隙结构，对二维光子晶体的电磁波理论及周期介质中的Bloch波解进行了详细的推导，得出TE模和TM模下无缺陷时光子晶体的色散曲线，并设计了低频区域内具有较大带隙宽度的两种二维光子晶体的空间周期结构. 经过大量的计算，发现硅中的空气柱型光子晶体在红外波段TE模和TM模存在重叠的绝对光子带隙，并分别研究了空气中的硅介质柱和硅中的空气柱的TM模带隙宽度随空气柱半径和填充比变化的规律.     

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。     

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.     

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。     

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。     

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.     

入射平面波复射线展开精度的分析

从复射线展开表达式出发,通过参数变换,得到了入射平面波复射线展开拟合精度的单变量表达式,利用该式对展开面上及离开展开面后的拟表度进行了系统的讨论,建立了一种系统分析入射平面波复射线展开精度的方法。这一方法有助于建立通用的任意目标散射复射线分析软件。     

十重准晶光子晶体结构带隙特性的研究

利用平面波展开法对十重准周期光子晶体（QPC）的带隙特性进行了研究。讨论了十重QPC的第一带隙宽度随介电常数对比度、介质柱填充因子的变化规律,发现带隙宽度和介电常数存在线性关系,并且存在最佳的填充因子。通过比较TE和TM模式的带隙,发现TM偏振模式下的带隙更宽。并比较了十重QPC与八重QPC的带隙特性,发现十重准晶光子晶体更容易产生带隙。     

快速遗传算法优化计算二维光子晶体

采用平面波展开法和快速遗传算法优化设计具有大禁带的二维光子晶体.从随机产生的晶体结构开始,在遗传算法中引入占空比控制算符和傅里叶变换数据备份机制,快速搜索到了具有较大绝对禁带的正方晶格光子晶体,其最大完全禁带的相对宽度值为13.25%,并且制备难度较低.     

快速遗传算法优化计算二维光子晶体

采用平面波展开法和快速遗传算法优化设计具有大禁带的二维光子晶体.从随机产生的晶体结构开始,在遗传算法中引入占空比控制算符和傅里叶变换数据备份机制,快速搜索到了具有较大绝对禁带的正方晶格光子晶体,其最大完全禁带的相对宽度值为13.25%,并且制备难度较低.     

硅树脂调制的可调光子晶体

文章提出一种利用硅树脂调节光子晶体光子带隙的方法,光子晶体波导是通过往二维正方形光子晶体的介质柱之间填充硅树脂得到的,利用温度场改变硅树脂的折射率.数值模拟结果表明:通过温度场可对这种光子晶体的禁带结构进行调节.这种可调光子晶体可应用于制作新颖的偏光片和光开关.     

二维正方柱结构光子晶体禁带的研究

利用平面波展开法通过计算机模拟仿真对二维正方排列介质方柱和空气方柱结构以及三角排列介质方柱和空气方柱结构进行了禁带研究。研究发现：这四种二维光子晶体结构都存在完全禁带。介质方柱结构具有较大的TM禁带,而空气方柱结构具有较大的TE禁带。当介质方柱宽度增大时,禁带中心频率均向低频移动,而当空气方柱宽度增加时,禁带中心频率均向高频移动。当增大材料折射率时,禁带中心频率均向低频移动。对于空气方柱结构,应该选取高折射率材料,以提高完全禁带的带隙率。     

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。