基于石墨烯和1维光子晶体的THz宽带吸收器

为了获得宽带高效率光波吸收器,设计了石墨烯和1维光子晶体的复合结构,采用修正的传输矩阵法研究了其传输特性。结果表明,在一定条件下,复合结构在太赫兹波段具有一定带宽和高效率的吸收带,吸收带的位置和宽度与1维光子晶体通带一致;在一些特别的吸收带,吸收峰值达到1;对相同的结构吸收结果还与入射方向有关。石墨烯和1维光子晶体的结合进一步拓展了它们的应用范围。     

一维函数型光子晶体的光学传输特性

研究了一维正弦函数型光子晶体的透射特性和缺陷层对透射特性的影响,同时分析了光在正弦函数型光子晶体中的光学传输特性,即电场在正弦函数型光子晶体中的分布。对正弦函数型光子晶体,在缺陷层处的场强既可局域增强,也可局域减弱。这与缺陷层介质的折射率大小有关。当缺陷层对场强的作用是增强或减弱时,缺陷层位置越靠前,它对其后场强的增强或减弱作用越大。这些结论对光子晶体的设计与应用具有一定指导意义。     

1维光子晶体微腔的光子局域特性分析

为了研究光子晶体的光局域特性,采用传输矩阵法计算了1维缺陷光子晶体微腔中缺陷模的局域场强分布,建立了相对局域化长度的概念,它表征光子局域程度的强弱,局域化长度越小,光子局域程度越强,反之亦然.结果表明,缺陷层两侧排列为高折射率介质层的结构局域光的能力比两侧为低折射率介质层的强;考察前一种结构,且满足共振布喇格散射条件或共振米散射条件范围时,相对局域化长度可获得较小值.     

基于石墨烯的布洛赫表面波调控特性研究

布洛赫表面波(Bloch surface wave,BSW) 具有传输损耗低、显著表面局域场增强、环境敏感等特性,因而被视为研究近场光和物质相互作用的关键技术。其主要在截断的一维光子晶体与外界介质的界面激发并沿此界面传播,通过传播界面微纳结构的设计,可在纳米尺度实现对BSW的有效调控。本文从BSW的模式特性出发,提出了石墨烯加载的一维光子晶体BSW传感器件结构。通过改变石墨烯层的结构参数,调节激发模式在光子带隙中的位置,研究激发模式的光场传输特性,实现对BSW激发波长、振幅和相位的调控。进一步利用其对外界介质折射率变化非常敏感的特性,对其传感检测能力进行研究。结果表明,该器件有望实现高灵敏度的生化传感检测应用。该研究为新型BSW集成光子器件的设计与发展提供了新思路。     

1维光子晶体微腔的光子局域特性分析

为了研究光子晶体的光局域特性,采用传输矩阵法计算了1维缺陷光子晶体微腔中缺陷模的局域场强分布,建立了相对局域化长度的概念,它表征光子局域程度的强弱,局域化长度越小,光子局域程度越强,反之亦然。结果表明,缺陷层两侧排列为高折射率介质层的结构局域光的能力比两侧为低折射率介质层的强;考察前一种结构,且满足共振布喇格散射条件或共振米散射条件范围时,相对局域化长度可获得较小值。     

基于石墨烯Tamm等离子体激元的太赫兹强耦合效应

设计了一种全新的一维石墨烯-光子晶体(PhC)复合谐振结构,使用传输矩阵法(TMM)对其所支持的太赫兹Tamm等离子体激元(TPP)和腔体模式(CM)之间的强耦合效应进行理论研究。研究表明,用于表征耦合强度的Rabi分裂能随着光子晶体周期数的减小而增大;改变间隔层和腔体厚度以及石墨烯的费米能级时,也会影响Rabi分裂能。最后通过入射角度对耦合模式进行主动调控,当入射角处于0°~60°时,耦合模式的特性与偏振无关。本文的研究结果为太赫兹强耦合效应的研究和应用提供了新的思路。     

1维石墨烯光子晶体的电磁吸收特性

为了研究1维石墨烯光子晶体在可见光波段的吸收特性,采用传输矩阵的方法进行了理论分析和数值仿真,得到了1维石墨烯吸收特性与石墨烯层数、缺陷层介质厚度、电磁波模式有关的结果。结果表明,增加石墨烯层数时,对波长为556nm左右的绿光的吸收作用明显增强;缺陷层介质厚度增加时会引起吸收峰的增加;在TE模式下,入射角对石墨烯光子晶体吸收特性影响较小。该研究结果为1维石墨烯光子晶体吸收器的设计提供了理论依据。     

掺杂型塑料光子晶体太赫兹波导色散特性研究

文章设计了一种新型的塑料光子晶体太赫兹波导,该波导包层为聚乙烯(含周期性排列的三角格子型空气孔),芯层为有机材料聚四氟乙烯.采用时域有限差分(FDTD)法仿真得到色散特性曲线.研究结果表明,该掺杂型塑料光子晶体太赫兹波导是一种适合太赫兹波传输的光子带隙效应型波导.在太赫兹波段具有良好的传输特性.     

基于布洛赫理论的光子晶体表面波形成及传感机理

结合布洛赫理论和麦克斯韦方程组,针对一维光子晶体表面缺陷态结构形成的布洛赫表面波进行理论分析,并研究了布洛赫表面波的局域特性和入射电磁波波长与角度对布洛赫表面波的影响。在此基础上,对一维光子晶体表面缺陷态结构的传感特性进行分析,当TE偏振分量以一定角度入射到光子晶体中时,在待测溶液形成的缺陷层中发生谐振,电磁场被局域增强,与待测溶液分子充分作用,其形成的布洛赫表面波对待测溶液折射率变化具有高度的敏感性。数值模拟结果表明,其Q值可达2620.29,灵敏度S为62°RIU-1,因此布洛赫表面波在一维光子晶体结构中具有很好的传感特性,可为折射率传感器的设计和应用提供理论参考。     

太赫兹波在二维光子晶体中的传播特性

为了得到太赫兹波在二维三角晶格光子晶体中的传播特性,利用平面波展开法数值模拟了三角晶格能带结构和态密度分布,得出E偏振当填充率f=0.9069和H偏振f=0.7346时出现最大光子带隙,在f=0.8358出现最大完全光子带隙.计算表明,增加介电常数的差值,太赫兹波在三角晶格光子晶体中传播的带隙增加了,光子晶体态密度的分布验证了存在光子带隙的范围.研究结果为太赫兹波器件的开发提供了理论依据.     

太赫兹波段金属光子晶体光纤增强拉曼散射现象的研究

深入探究了金属光子晶体光纤的表面增强拉曼散射现象,建立了时域有限差分法的平板结构的模型,利用观察到的超强透射现象得到了发生拉曼散射的理论依据。金属光子晶体在太赫兹波照射下的表面电磁场增强效果的实验中得到:入射波能量越大,更易激发产生金属光子晶体的表面等离子体共振,可以使金属表面的增强效果得到较大增强;拉曼散射效果在太赫兹波段内十分明显,吸收光谱效果和荧光效应也相对较小,能够显著提高灵敏度和分辨率。     

基于F-P谐振与SPP共振的石墨烯双模吸波体设计

为了实现石墨烯的双模吸收,将石墨烯条带嵌入到缺陷光子晶体,采用严格耦合波法进行了仿真研究,并进行了关键参量的影响分析.发现由于Fabry-Pérot谐振和表面等离子激元共振的共同作用,系统在5.1537THz和5.1970THz处获得了两个完美吸收模式,此时结构阻抗等于自由空间阻抗.结果表明,电调谐石墨烯化学势不仅能够...     

色散混合显隐式时域有限差分法的石墨烯仿真

应用色散混合显隐式时域有限差分（hybrid implicit-explicit finite-difference time-domain，HIE-FDTD）法分析了石墨烯的电磁特性.这种方法的时间步长大小不受石墨烯层的剖分网格大小的限制，数值算例表明，HIE-FDTD方法是一种精度较高的有效算法，它的计算时间比FDTD方案大大减少.数值计算结果显示，设计的石墨烯吸收体通过改变石墨烯片的化学势，可以有效地调整吸收体的吸收峰.同时发现，在太赫兹频率下石墨烯吸收体的吸收率显示出一定的周期性并呈现栅形特性，这一特性可以对石墨烯器件的设计生产提供一些思路.     

光子晶体太赫兹波导的损耗特性

提出了一种新型光子晶体太赫兹(THz)波导,该波导包层为硅介质中含有按三角形格子周期排列的空气孔,纤芯为有机材料聚乙烯(PE).应用平面波法(PWM)分析了这种光子晶体太赫兹波导的带隙结构,研究了空气填充率变化对光子带隙(PBG)结构的影响;然后应用频域有限差分法(FDFD)对不同参数太赫兹波导的损耗进行了计算.结果表明,这是一种适合太赫兹波传输的带隙效应波导,选择较高填充率,较大孔间距,较多周期结构层数可以得到较低的泄漏损耗,选取合适的参数损耗最低值可以达到1.5 dB/km.     

基于HIE-FDTD方法的太赫兹频段石墨烯吸收器的设计

应用混合显隐式时域有限差分(hybrid implicit-explicit finite-difference time-domain, HIE-FDTD)方法对石墨烯吸收器进行数值模拟. 通过辅助差分方程（auxiliary difference equation, ADE）将石墨烯带内电导率引入到HIE-FDTD方法中并结合共形技术对设计的新型石墨烯吸收器完成了特性分析. 数值结果表明:该吸收器在2.68 THz附近吸收率可达到99.8%,而且在太赫兹频段下可以通过控制石墨烯的化学势和圆环宽度调整该吸收器的工作频率. 本文设计的环状结构吸收器结构简单,在检测器、传感器、滤波器等太赫兹器件方面具有潜在的应用.     

太赫兹波段蜂巢晶格二维光子晶体传输特性的研究

运用平面波展开法优化了太赫兹波段蜂巢晶格二维光子晶体带隙结构,数值模拟得到了太赫兹波段蜂巢晶格光子晶体的最大TE模、TM模和完全带隙,通过光子晶体态密度分布进一步验证了所优化的带隙结构,并设计了对应带隙范围的太赫兹波器件。研究结果为太赫兹器件的开发提供了理论依据。     

Differences of Band Gap Characteristics of Square and Triangular Lattice Photonic Crystals in Terahertz Range

Band gap characteristics of the photonic crystals in terahertz range with square lattice and triangular lattice of GaAs cylinders are comparatively studied by means of plane wave method （PWM）. The influence of the radius on the band gap width is analyzed and the critical values where the band gap appears are put forward. The results show that the maximum band gap width of photonic crystal with triangular lattice of GaAs cylinders is much wider than that of photonic crystal with square lattice. The research provides a theoretic basis for the development of terahertz （THz） devices.     

光子晶体THz器件的研究进展

近年来,随着国际上掀起的太赫兹(Terahertz,THz)研究热,太赫兹科学技术的发展更为迅速.但是,对于THz的各种功能器件,利用基于经典电磁理论的微波技术手段或者利用基于量子理论方法的光学技术手段都遇到了很大的困难.90年代末,随着频率禁带处在THz波段的光子晶体(Photonic crystal,PC)制作方法和技术的提高,基于光子晶体的THz器件应运而生.为此,就国际上在光子晶体THz滤波器,光子晶体THz波导,光子晶体THz光纤和光子晶体THz谐振腔方面所做的主要工作和研究成果进行了较详细的论述分析及归纳总结,并对光子晶体THz器件未来的发展提出了几点看法.