Ⅲ-Ⅴ族半导体材料组成光子晶体能态密度特性

应用平面波展开法研究Ⅲ-Ⅴ族半导体材料组成光子晶体能态密度特性,得到填充率f随品格半径a之间的变化对应的能态密度分布,当f=0．2a时归一化频率存在最大光子带隙。通过比较化合物半导体材料为AIP、AJAs、AISb和GaP构成二维方形光子晶体得出GaP有较宽的光子禁带,随着填充率的增加光子晶体带隙增加。研究结果为光子晶体器件的研究提供理论依据。     

Ⅳ-Ⅵ族半导体材料构成光子晶体能态密度特性

应用平面波展开法,取Ⅳ-Ⅵ族的PbS、PbSe和PbTe半导体材料构成二维三角晶格光子晶体.数值模拟其构成光子晶体能态密度特性.结果表明,随着介电常数的增大,形成的光子带隙宽度增加.结论为光子晶体器件的开发提供参考.     

蜂巢晶格光子晶体带隙特性研究

为了得到蜂巢晶格光子晶体带隙特性,本文基于电磁传播规律的时域有限差分法,数值模拟得到不同半导体材料构成蜂巢晶格二维光子晶体对应的第一带隙宽度,结果显示随着介电常数的增加,模拟得到第一带隙上下边界频率向低频方向移动,带隙宽度逐渐增加,对于高介电常数的PbS、PbSe和PbTe构成蜂巢晶格二维光子晶体情况反之。研究结论为不同材料构成光子晶体材料的特性提供依据。     

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。     

二维三角型金属氧化物光子晶体全带隙研究

提出了一种抑制微带天线表面波传播的方法：将过渡金属氧化物作为二维三角型光子晶体介质柱,以显著改善天线的性能。利用平面波展开法,计算了分别由 CoO、CuO 和 ZnO 三种过渡金属氧化物构成的二维三角型光子晶体的全带隙结构,得出了全带隙宽度 gapwidth、中心频率 gapmid 以及带隙率 gapratio 与填充比 F 之间的关系曲线。研究表明,过渡金属氧化物可构成具有较宽微波波段全带隙的光子晶体,在微波领域具有很高的实用性。最大全带隙宽度均在0．06ωa ／2πc 以上,CoO 光子晶体带宽最大为0．118ωa ／2πc,带隙率可达到24．255％,当填充比增大时,中心频率由高频逐渐向低频移动。     

三代半导体材料构成光子晶体能态密度的研究

基于光子晶体广泛应用,本文利用平面波展开法研究了三代半导体材料构成三角晶格光子晶体能态密度分布规律。得到了当Si作为背景材料构成光子晶体在f=0.25时构成最大光子禁带。AlP作为背景材料构成光子晶体在f=0.24时构成最大光子禁带。GaN作为背景材料构成光子晶体在f=0.3时构成最大光子禁带。三代半导体构成光子晶体对应最大光子晶体禁带宽度较第一二代逐渐增大,研究结果为光子晶体器件的构造提供理论依据。     

太赫兹波在二维三角晶格光子晶体中的传播特性

用平面波展开法研究了太赫兹波在二维三角晶格光子晶体中的传播特性。数值计算了以硅为背景的空气圆柱构成的二维三角晶格光子晶体的能带结构和态密度,计算表明r=0.50a和r=0.46a时,E偏振和H偏振分别出现最大光子带隙,带隙宽度分别0.1097THz和0.1935THz,在r=0.48a出现最大完全光子带隙,带隙宽度为0.0759THz,光子晶体态密度的分布也表明了存在光子带隙的范围,研究结果为太赫兹器件的开发提供了理论依据。     

二维五筒型光子晶体结构的提出

设计了一种二维五筒型晶格光子晶体的结构,利用PWE方法计算并仿真了该结构的能带分布,分析出了其带隙分布与介质柱介电常数和占空比的关系,总结出了能带与两者之间的变化规律.通过与方形、三角和六角晶格结构的能带分布比较,得到了四种晶格具有最大完全带隙时的参数,发现五筒型光子晶体结构具有最大的完全带隙,为进一步光子晶体的实验制...     

PbS量子点电致发光器件中的光子晶体结构设计

将PbS量子点电致发光器件的发光层引入二维光子晶体结构,利用光子晶体的光子带隙效应提高器件的发光效率。采用平面波展开法计算了以空气为背景,由圆形或方形介质柱所构成的不同晶格排列的光子晶格的能带图,获得光子晶体结构参数对完全带隙的影响规律。结果显示:采用方形介质柱以蜂窝方式排列的光子晶体在填充率f=0.283时具有较宽的完全带隙△ω=0.134 6(2πc/a)。利用有限元法模拟了晶格常数a=476 nm,方形介质柱边长l=167 nm时,波长为1 124 nm的光在该光子晶体中传播的光场分布图。计算得到具有该光子晶体结构的PbS量子点电致发光器件的发光效率可达57.9%。     

大带隙2维正方晶格光子晶体的优化设计

为了研究2维正方晶格光子晶体的完全带隙特性,采用平面波展开方法模拟了两种结构2维光子晶体,在固定光子晶体周期常数a的前提下,研究了2维正方晶格光子晶体的完全禁带随柱半径和折射率的变化规律。结果表明,以空气为背景的锗介质柱组成的光子晶体,随着半径的增大,完全带隙宽度先增大后减小最后消失,填充比为38.3%时,同时增大介质柱的介电常数,在介质柱折射率为4.2处,完全带隙最大,带宽是0.02754(ωa/(2πc));以锗为背景的空气柱组成的光子晶体,光子禁带对应的无量纲频率随半径的增大而增大,填充比为48.3%时,同时增大背景介质的介电常数,出现多个完全带隙,在背景折射率为6.2处,完全禁带最大,带宽为0.02922(ωa/(2πc))。光子晶体带隙的频谱响应也表明了完全带隙的范围。这为大带隙2维正方晶格光子晶体的设计和制备提供了依据。     

不同背景介质下金属Cu光子晶体带隙

提出了一种利用全反射抑制二维光子晶体表面电磁波泄漏的方法,并计算了不同背景介质下的二维金属Cu光子晶体的带隙结构,得到了带隙结构与填充率间的关系曲线。计算方法采用时域有限差分,金属型光子晶体由Cu柱构成。分别计算了以空气为背景介质和以PMMA为背景介质的正方晶格金属型光子晶体的带隙结构。研究结果表明：以PMMA为背景介质的正方晶格金属型光子晶体与以空气为背景介质相比,第一带隙更窄,第二带隙中心频率更低,且在填充率大于0.70时将会出现第三带隙。这对进一步扩展这种光子晶体的应用具有良好的参考意义。     

入射角度对一维光子晶体禁带的调制研究

利用特征矩阵法,分别研究了不同偏振方式的波入射到光子晶体时,光子晶体的禁带随入射角度的变化.结果表明:不论是TM波入射还是TE波入射,随着入射角度的增大,光子晶体的带隙都向短波方向移动;TM波入射时,光子晶体的带隙随入射角度的增大而减小,而以TE波入射光子晶体时,随着入射角度的增大,光子晶体的带隙逐渐增大.     

1维光子晶体的带隙研究

为了得到给定波长为通带或禁带的光子晶体,采用光学传输矩阵方法,模拟研究了由光子带隙结构如何得到相应的光子晶体结构.通过优化计算得到了指定波长带隙结构的光子晶体.结果表明,光学传输矩阵法完全能得到给定波长为通带或禁带的光子晶体.这一结果有助于光子晶体的广泛应用.     

变周期结构光子晶体的带隙研究

研究了变周期结构的光子晶体,即两种介质的厚度随单元数增加而变化,并对其光子能带特性进行了分析.研究发现,相对于周期性光子晶体,相同单元数的变周期结构的光子晶体具有更宽的光子能带带隙,且周期非线性变化比线性变化结构有更宽的光子带隙,这样对于同样宽的带隙的光子晶体,可采用较少单元数的变周期结构光子晶体,这一结果有助于光子晶体的广泛应用.     

康普顿散射对非磁化等离子体光子晶体禁带密度温度特性的影响

应用多光子非线性康普顿(Compton)散射模型和有限时域差分法,研究了多光子非线性Compton散射对非磁化等离子体光子晶体光子禁带密度和温度特性的影响,提出了将入射光、Compton散射光、等离子体的温度和密度作为调控光子禁带的新机制。研究结果表明,改变温度和等离子体密度分布可实现对等离子体光子晶体的光子禁带拓展,而Compton散射减小了这种拓展效应。Compton散射可使光子禁带向高频方向比散射前有较大的移动,能更好地实现等离子体光子晶体的高通滤波特性。     

Study of Photonic Crystal Slow-Wave Circuits

In this paper, relations between photonic band gaps and operating mode of slow-wave circuits constructed by photonic crystals are discussed, and methods for computing photonic band gaps and determining the operating band are given. As an example, a slow-wave circuit containing two-dimensional photonic crystals is analyzed. The results explain that complete photonic band gap is not necessary for traveling wave tubes, and more than one defect-mode maybe coexists inside one photonic band gap. If there have no complete photonic band gap, special input and output circuits capable of customizing modes are necessary. Compared with conventional traveling wave tubes, the numerical results do not suggest the bandwidth of the photonic crystal traveling wave tube is wider, and the interaction impedance is lower. This work was supported in part by the National Natural Science Foundation of China under Grant 60532010 and 60401005. The authors are with University of Electronic Technology and Science of China, Chengdu, China, 610054.     

1维时变磁化等离子体光子晶体的密温特性

为了研究1维时变磁化等离子体光子晶体禁带的温度和密度特性,采用在等温近似的条件下,磁化等离子体的分段线形电流密度卷积时域有限差分算法研究了1维时变磁化等离子体光子晶体的禁带特性。以高斯脉冲为激励源,用算法公式得到的电磁波透射系数来讨论了等离子体上升时间、温度、等离子体层密度对其禁带特性的影响。结果表明,改变等离子体上升时间和等离子体层密度可以实现对禁带的控制。这一结果对设计磁化等离子体光子晶体器件有帮助。     

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。     

Photonic band gap of the photonic crystals with chiral and negative-index materials

In this paper, the photonic band gap of photonic crystals with chiral and negative-index materials alternately is investigated. It is shown that this kind of photonic crystal exhibits very wide photonic band gap. The photonic crystals with a defect layer have a narrow defect mode in the band gap, which can be used as a very good filtering material by choosing the parameters of the defect layer properly.     

ZnO光子晶体的制备及其光子带隙特性研究

利用重力场下的自组装,将单分散的ZnO胶体颗粒悬浮液自组装为三维光子晶体.通过扫描电镜图谱、透射光谱对制得的ZnO光子晶体进行了表征.结果表明,这种方法可得到排列有序的光子晶体,并且改变反应条件可以控制ZnO胶体球的尺寸.制得的样品有较宽的光子禁带,且禁带波长位置随胶体球粒径的减小和前处理温度的降低而蓝移.当入射光角度逐渐增大时,禁带中心位置有规律地向短波长方向移动.