基于一维光子晶体的目标红外辐射特性控制

随着红外目标探测和精确制导技术的广泛应用,传统军事目标面临严峻的生存压力。为此,各主要军事强国采取多种措施,竞相发展目标红外辐射特性控制技术,以降低被红外探测系统捕获的概率,达到红外隐身目的。光子晶体是一种人工超颖材料,可以根据需要,通过灵活地设计其结构,改变光子在其中的传输特性。文中运用一维光子晶体带隙理论,设计了一种控制目标红外辐射特性的结构,详细给出了设计方法。计算结果表明对3~5μm和8~12μm两个红外大气传输窗口,该结构对红外辐射的抑制最高可分别达到29和21dB,具有很好的红外辐射特性控制性能。本文所述方法除为飞行器提供红外隐身设计参考外,还可用于攻防对抗仿真中红外隐身目标特性的模拟。     

光子晶体红外隐身材料研究进展

红外探测在军事中已广泛应用。如何降低军事目标被红外探测和发现的几率已成为一个亟待解决的问题。光子晶体作为一种新型的人工结构材料,因其具有光子禁带的高反射、低辐射特性,在红外隐身领域具有广阔的应用前景。简述了光子晶体的基本概念和主要特性,重点介绍了国内外可用于红外隐身领域的光子晶体的研究状况。     

一种基于光子晶体的中远红外双波段兼容伪装材料

光子晶体作为一种新型人工结构功能材料,基于其光子禁带的高反射特性可以实现热红外伪装。选择红外波段透明的薄膜材料A、B,设计出在中远红外波段具有高反射禁带的光子晶体,利用薄膜光学理论的特征矩阵法计算了反射光谱。通过构造异质结构光子晶体,实现了光子带隙的展宽,该结构光子晶体基本上实现了中远红外双波段的高反射,在2.94~5.06μm和7.66~11.98μm波段的光谱反射率接近为1;在2.91~5.12μm和7.62~12.29μm波段的光谱反射率大于95%,较好地满足了中远红外双波段兼容伪装的要求。倾斜入射时光子晶体的TM波和TE波的反射光谱是不同的,随着入射角度的增加,TM波的带隙逐渐变窄,而TE波的带隙逐渐变宽。     

一维光子晶体的温控特性研究

通过探究温度对一维光子晶体反射带隙影响,发现在无缺陷光子晶体结构中,温度上升使反射带隙的右截止带红移速度大于左截止带,带隙明显增宽.在进一步分析温控光子晶体的基本原理及特性基础上,设计了双局域态的对称结构,发现温度独立可调,局域态对应波长与温度具有线性关系.相比光子晶体的结构调控,温度调控简单易行,且调节幅度可小于纳米量级,在温度传感器、超窄带滤波及其他精巧精密仪器等方面具有潜在应用价值.     

准晶光子晶体特性及应用

准晶光子晶体具有产生完全带隙的折射率阈值低、光子带隙与入射方向无关、产生局域态无需缺陷等优于周期性光子晶体的性能,使其成为光子带隙材料和负折射率材料等的优秀候选对象,具有广阔的应用前景。对近年来准晶光子晶体的研究进展进行综述,主要包括准晶光子晶体的结构、特点以及在应用方面的研究进展和前景。     

一种基于光子晶体的红外伪装材料

光子晶体作为一种新型人工结构功能材料,基于光子禁带的高反射特性可以实现热红外伪装.选择红外波段透明的常用薄膜材料CdSe、SiO2设计出在中远红外波段具有高反射禁带的光子晶体,利用薄膜光学理论的特征矩阵法计算了反射光谱.通过构造异质结光子晶体,实现了光子带隙的展宽,设计的双周期CdSe/SiO2异质结光子晶体基本上实现了中远红外双波段的高反射,其中在3.14～5.57μm和8.16～13.96 μm的光谱反射率都大于95%,较好地满足了中远红外双波段伪装兼容的要求.倾斜入射时光子晶体的TM波和TE波的反射光谱是不同的,TM波的带隙较之于垂直入射时减小,TE波的带隙较之于垂直入射时增大,TE波在中远红外波段具有高反射的连续区域明显比TM波的大得多.     

含负折射率材料一维光子晶体异质结构的吸收特性研究

利用传输矩阵理论,研究了含负折射率材料一维光子晶体异质结构的吸收特性。发现光子晶体异质结构某些带隙内出现单向吸收峰。结果表明异质结构带隙内单向吸收峰的频率范围由构成异质结构的两个光子晶体各自的能带结构决定。另外发现异质结构在带隙单向吸收带内的吸收普遍高于其在通带内的吸收。该研究结果可用于制造单向吸收光学器件和提高光子晶体对光波的吸收。     

光子晶体的研究进展

光子晶体是一种新型功能材料，其最基本的特征是具有光子频率带隙，频率落在带隙内的电磁波被禁止在光子晶体中传播。文章介绍了光子晶体的基本性质和制备方法，以及结构无序对光子晶体带隙产生的影响，并对光子晶体的应用前景给予了简短的评述。     

太赫兹波段光子晶体传输特性的研究

为了得到光子晶体太赫兹波段的传输特性,研究了晶体材料和晶体类型两个主要因素对传输特性的影响。利用MATLAB程序分别优化计算得到宽禁带和窄禁带光子晶体材料的最大完全带隙以及不同晶格结构和最大完全带隙之间的关系。对于相同晶格结构,带隙随介电常数比增大,对于不同晶格结构,三角晶格形成的最大带隙最大,最后根据太赫兹波的性质设计了太赫兹传输器件。研究结果为太赫兹波器件的开发提供了理论依据。     

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.     

单分散性sio2胶体微球自组装光子晶体的实验研究

光子晶体是一种周期性电介质材料,具有光子带隙和光子局域等一系列优异的光学特性。制备了多种不同直径的单分散二氧化硅胶体微球,采用垂直沉积法将不同直径,以及同一直径不同浓度的二氧化硅胶体微球自组装成多种光子晶体薄膜,并用扫描电子显微镜和紫外—可见—近红外分光光度计对其微观结构和光学特性进行了表征,结果表明所得晶体薄膜具有三维有序结构,其表面存点、线缺陷。自组装得到的光子晶体薄膜存在明显的光子带隙特征,带隙位置与二氧化硅胶体微球直径有关,带隙中心波长与理论值一致。随着二氧化硅胶体微球浓度的增加,光子带隙深度增加,特性更好,但是,当浓度大于10%时,光子带隙的深度反而减小。     

准一维同轴光子晶体传输特性研究

用SMA型同轴标准接头组成具有一维晶格结构的准光子晶体，通过分析其传输特性，对同轴光子晶体所具有的光子带隙进行研究，并在其中引入杂质，比较掺杂前后的光子带隙变化，探讨了掺杂位置、杂质类型和杂质数量等对光子带隙的影响。     

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。     

复式晶格红外光子晶体光纤的设计与性能分析

提出一种基于复式三角晶格的红外光子晶体光纤,该光纤采用具有优良透过特性的Ge30Sb8Se62硫系玻璃作为基底材料,由圆形与方形两种介质柱组成晶格,两者按横、纵向上错位相间嵌套排列,每个介质柱与相邻介质柱的夹角都成60°。文章采用平面波展开法和有限元法分析了不同结构下该光纤的光子带隙和限制损耗特性,通过优化光纤的结构参数,获得了10.6μm处大带隙、低损耗的光子晶体光纤。     

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.     

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.     

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。     

全固态带隙结构光子晶体光纤中非线性过程的数值模拟

全同态带隙结构光子晶体光纤能够同时提供大模场面积和可控色散特性,为高功率下的非线性传输过程提供了一种新的介质,尤其在构成全光纤色散补偿和高功率孤子传输器件方面具有重要的应用价值.利用改进的广义非线性薛定谔方程数值模拟了全固态带隙结构光子晶体光纤中的非线性过程,分析了这种光纤中由于带隙特性和色散特性的共同作用,对飞秒激光非线性传输过程的影响,其中最明显的效应就是带隙特性对孤子自频移有很强的抑制作用.进一步详细讨论了入射脉冲峰值功率、带隙宽度以及带隙中心位置对非线性传输过程的影响.     

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.     

带隙型光子晶体光纤的研究进展

阐述了带隙型光子晶体光纤(PBG-PCF)的发展历史、导光机制和三角形结构光子带隙光纤的特点;较全面地讨论了带隙型光子晶体光纤的特性;重点讨论了现有带隙型光子晶体光纤损耗较大的原因及进一步减小损耗的方法.