1维3元磁化等离子体光子晶体传输特性分析

为了研究1维3元磁化等离子体光子晶体的传输特性,采用传输矩阵法得到了TE波通过1维3元磁化等离子体光子晶体后的左旋和右旋极化波的传输特性,用计算得到的透射系数来讨论了周期常数、介电常数、介质层厚度和等离子体参量对其传输特性的影响。结果表明,改变介电常数、介质层厚度和等离子体频率可以实现对禁带数目和宽度的调谐,改变周期数和等离子体碰撞频率不能影响禁带带宽;等离子体回旋频率仅仅能影响右旋极化波的禁带带宽,对左旋极化波的禁带带宽无影响。这为设计1维3元磁化等离子体光子晶体器件提供了理论参考。     

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。     

温度、密度对磁化等离子体光子晶体的影响

为了研究温度、密度对磁化等离子体光子晶体禁带特性的影响,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温度、等离子体层密度对其禁带特性的影响.结果表明,改变温度和等离子体层密度分布可以实现对禁带的控制.     

温度、密度对磁化等离子体光子晶体的影响

为了研究温度、密度对磁化等离子体光子晶体禁带特性的影响,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温度、等离子体层密度对其禁带特性的影响。结果表明,改变温度和等离子体层密度分布可以实现对禁带的控制。     

Compton散射对1维3元未磁化等离子体光子晶体禁带影响

为了研究Compton散射对1维3元未磁化等离子体光子晶体中TE波禁带影响,采用Compton散射模型和传输矩阵法,进行了理论分析和实验验证,取得了一些重要数据。结果表明,随着等离子体频率增大,左旋和右旋极化波禁带展宽比散射前减小0.09GHz,禁带主频率向高频区域移动增大0.48GHz。随着等离子体碰撞频率增大,两种极化波禁带宽度发生一定变化。随着等离子体回旋频率、填充率、光入射角和介质相对介电常数增大,左旋和右旋极化波禁带明显调谐效应。这一结果对等离子体光子晶体应用是有帮助的。     

垂直入射空变等离子体光子晶体带隙特性研究

采用改进的磁化等离子体电磁散射的时域有限差分(FDTD)算法,分别研究了一维空变磁化和非磁化等离子体光子晶体(PPC)的禁带特性.以微分高斯脉冲为激励源,计算了等离子体光子晶体的反射系数和透射系数.讨论了在垂直入射情况下等离子体频率随空间呈脉冲形式变化的周期函数对禁带的影响.结果表明:通过改变等离子体频率在空间的不同变化可以实现对禁带的控制.     

1维等离子体光子晶体截止频率的研究

为了研究1维等离子体光子晶体的截止频率随介质材料的介电常数、等离子体频率、等离子体与介质材料厚度的比例系数以及入射角度的变化关系,采用传输矩阵方法,分析了1维等离子体光子晶体的色散关系,给出了截止频率的变化规律。结果表明,等离子体光子晶体不能完全截止任何小于等离子体频率的电磁波;随着入射角度的增加,截止频率逐渐趋向于等离子体频率;通过调节以上各参量,可实现等离子体光子晶体的可调谐功能。这与单纯等离子体截止频率相比,具有其鲜明特点。     

1维光子晶体的能带结构分析

为了分析研究1维光子晶体的结构参量对其能带结构的影响,并把这种影响作用应用到滤波器的设计中,采用传输矩阵法、利用MATLAB仿真软件,对不同结构参量的1维光子晶体的能带结构进行了计算仿真,分别得到了不同周期数、不同介质层厚度、不同介质折射率的1维光子晶体的能带分布图,进一步分析比较,得出了1维光子晶体的结构参量对其能带结构的影响。结果表明,较大的周期数可以使1维光子晶体的禁带边缘更加陡峭,通带透射性增强,能带分布更加分明;介质层厚度可以调节光子晶体的能带分布情况及能带宽度;介质折射率比值可以改变禁带宽度,禁带宽度随介质折射率比值的增大而增大。这些结果对宽带带阻滤波器的设计是有帮助的。     

3维函数光子晶体的特性研究

为了研究3维函数光子晶体的光子禁带特性,采用平面波展开法计算得到色散曲线,推导了平面波展开法的相关计算公式以及介质球介电常数的函数关系式,探讨了可调参量函数系数I和介质球半径R₁对光子禁带特性的影响。结果表明,3维函数光子晶体呈立方体晶格分布,由介质球填充空气背景;与常规3维介质光子晶体相比,3维函数光子晶体不仅能得到可调谐的光子禁带,而且可以拓展禁带带宽,并增加光子禁带的数量;改变函数系数I的大小可以实现对光子禁带数量、位置和带宽的调谐;改变介质球半径R₁可以对光子禁带带宽实现展宽,并改变光子禁带的位置。该研究对设计新型可调谐器件是有帮助的。     

二维光子晶体透射特性的FDTD数值研究

把时域有限差分方法(FDTD)用于二维光子晶体透射特性研究,计算后得到多种情况下二维光子晶体的透射系数与入射光频率的关系曲线,结果表明,禁带的宽度和位置与组成二维光子晶体的晶格结构和介电常数等因素有关,介质柱半径变大则禁带变宽且禁带的中心频率变大,介质柱的介电常数与本底材料的介电常数相差越显著越有利于形成禁带,降低结构的对称性,禁带宽度增大.     

FINITE-DIFFERENCE TIME-DOMAIN ANALYSIS OF UNMAGNETIZED PLASMA PHOTONIC CRYSTALS

The plasma photonic crystal is a periodic array composed of alternating thin unmagnetized (or magnetized) plasmas and dielectric materials (or vacuum). In this paper, the piecewise linear current density recursive convolution finite-difference time-domain method for the simulation of isotropic unmagnetized plasma is applied to model unmagnetized plasma photonic crystal structures. A perfectly matched layer absorbing material is used in these simulations. In time-domain, the electromagnetic propagation process of a Gaussian pulse through an unmagnetized plasma photonic crystal is investigated. In frequency-domain, the reflection and transmission coefficients through unmagnetized plasma photonic crystals are computed and their dependence on plasma frequency, plasma thickness, collision frequency is studied. The results show theoretically that the electromagnetic bandgaps of unmagnetized plasma photonic crystals are tuned by the plasma parameters.     

Study of periodic band gap structure of the magnetized plasma photonic crystals

The characteristics of the periodic band gaps of the one dimension magnetized plasma photonic crystals are studied with the piecewise linear current density recursive convolution (PLCDRC) finite-differential time-domain (FDTD) method. In frequency-domain, the transmission coefficients of electromagnetic Gaussian pulses are computed, and the effects of the periodic structure constant, plasma layer thickness and parameters of plasma on the properties of periodic band gaps of magnetized photonic crystals are a...     

2维组合宽带隙光子晶体的研究

为了研究由两种不同的介质柱组合成的2维光子晶体的传输特性,对包层介质柱/基质光子晶体与空气柱/基质光子晶体组合的三角晶格光子晶体进行研究,采用时域有限差分法,对其进行模拟计算,得到多种情况下光子晶体的透射系数与入射光频率的关系曲线.结果表明,在这种组合结构的光子晶体中,可以得到从低频到高频的组合宽带隙,从而达到在更宽范围内控制电磁波传播的目的;包层介质柱外半径的变化对带隙的宽度影响较大;包层介质柱的内半径的大小、内柱和中间夹层的介电常数对带隙宽度没有影响,但是对带隙内的缺陷模有明显的影响.由此可以根据实际需要,通过调节此种光子晶体的结构参量制作极窄带通的滤波器和光开关等.     

Compton散射对三元磁化等离子体光子晶体的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和传输矩阵法,研究了Compton散射对一维三元磁化等离子体光子晶体中TE波禁带特性的影响。结果表明,与散射前相比,随等离子体频率增大,散射使左旋极化和右旋极化波的禁带展宽和透射峰值分别减小0.1 GHz和0.21 GHz,禁带中心频率向高频区移动位置增大0.5 GHz。随等离子体碰撞频率增大,散射对左旋极化和右旋极化波的禁带宽度有一定的影响。随等离子体回旋频率、填充率、光入射角和介质相对介电常数的增大,散射对左旋极化波和右旋极化波的禁带有明显的调谐作用。     

一维光子晶体的对称缺陷模特性

基于介质薄膜理论,设计了含对称缺陷的一维光子晶体结构,用传输矩阵法研究了该对称缺陷晶体的带结构及缺陷模的变化特点。结果显示,随缺陷层个数增大,缺陷模的峰值会增大,宽度会变窄;随缺陷层厚度增大,缺陷模会向长波方向移动,在一定厚度下会出现多缺陷模特点。随周期单元个数变大,缺陷模个数会减少,最终获得一窄带缺陷模。随周期单元厚度增大,禁带宽度明显变宽,缺陷模会变宽并出现右移特性。这些结果对设计新型光子晶体器件有着重要意义,如实现光波滤波器的可控选频、频带缩放功能等。