一维光子晶体的带隙结构研究

利用时域有限差分法(FDTD)对光子晶体的传输特性进行了研究.计算了不同条件下完整结构阶跃型光子晶体的透过率谱.通过透过率谱的变化,分析了介质层数、介质所占空间配比、介质介电常数比对光子带隙的影响.发现介质层数的增加会使光子带隙拓宽并加深,但是带隙的位置不会移动;介质介电常数比越大,带隙越宽越深,也越容易出现带隙.     

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。     

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.     

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.     

二维圆形三角晶格光子晶体带隙

利用平面波展开法计算了二维各向同性的不同介质圆柱组成的三角晶格光子晶体的带隙,并比较了以介质为背景空气圆柱组成的光子晶体和以空气为背景介质圆柱组成的光子晶体带隙的大小,发现以空气为背景的光子晶体带隙很小,而以介质为背景的光子晶体,其介电常数越大,在相同的填充率的前提下所产生的带隙就越大,带隙数目也越多.     

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.     

两种介质柱构成复式正方晶格的完全光子带隙

由一个正方介质柱和两个圆介质柱构造一个二维正方复式晶格的光子晶体.应用平面波展开的方法研究了光波在其中的传播规律.通过调节介质柱几何尺寸和介电常数,该结构产生了完全光子带隙.     

介质覆盖对光子晶体带隙的影响

贴片光子晶体是一种布拉格散射型光子晶体。本文对两种不同介质覆盖的平面贴片型微波光子晶体采用周期矩量法进行分析，绘出其能带结构图，并对这两种光子晶体加载不同介质时对表面波的传播特性进行了测试，对理论分析的结果加以验证。根据实际测量，对于同一种介质，覆盖层厚度对带隙影响不明显。而随着覆盖层介电常数的增加，带隙的高端将向低端偏移甚至带隙会完全消失。测量结果与理论仿真一致，为介质覆盖光子晶体的设计提供了参考。     

2维混合介质柱光子晶体传输特性的研究

为了研究晶体结构对电磁波传输特性的影响,提出了一种空气平板层和圆形复合介质柱混合组成的新型2维混合介质柱光子晶体结构。采用时域有限差分法对其进行了数值模拟和计算,研究了改变混合介质柱的形状和结构参量对晶体透射特性的影响。结果表明,该结构可以基本保留组合前光子晶体的主带隙,并且在新的频段产生新的禁带;在混合结构中将复合介质柱换为简单介质柱没有新的禁带产生。通过改变相关参量发现,增加介质平板的宽度,这增大内嵌介质柱的半径都有利于新禁带的产生。2维混合介质柱光子晶体比单一介质柱光子晶体有更多的可调因素,这为相关光子晶体器件的设计提供了理论依据。     

2维混合介质柱光子晶体传输特性的研究

为了研究晶体结构对电磁波传输特性的影响,提出了一种空气平板层和圆形复合介质柱混合组成的新型2维混合介质柱光子晶体结构.采用时域有限差分法对其进行了数值模拟和计算,研究了改变混合介质柱的形状和结构参量对晶体透射特性的影响.结果表明,该结构可以基本保留组合前光子晶体的主带隙,并且在新的频段产生新的禁带;在混合结构中将复合介质柱换为简单介质柱没有新的禁带产生.通过改变相关参量发现,增加介质平板的宽度,这增大内嵌介质柱的半径都有利于新禁带的产生.2维混合介质柱光子晶体比单一介质柱光子晶体有更多的可调因素,这为相关光子晶体器件的设计提供了理论依据.     

介电常数对比和填充率对光子晶体中光子禁带和局域态的调节

用有限时域差分法(FDTD)和Padé近似分析了二维光子晶体的能带结构和缺陷引起的局域态.针对介电常数对比和填充率对完整光子晶体中光子禁带以及缺陷态的影响作了研究.计算了不同缺陷的光子晶体模式的振荡频率和质量因子.数值模拟的结果表明通过改变介电参数对比和填充率可以实现对光子禁带的位置、宽度、数目以及对缺陷态的调整.     

Photoinduced Tuning of Optical Stop Bands in Azopolymer Based Inverse Opal Photonic Crystals

Photo‐tunable photonic crystals were prepared from three dimensional (3D) colloidal crystal templates using a photoresponsive azopolymer. For the preparation of azopolymer infiltrated photonic crystals, silica colloidal crystals were fabricated by gravity sedimentation, a self‐assembly technique. The interstitial voids between colloidal particles were filled with azopolymer and azopolymer inverse opals were produced by treatment with aqueous hydrofluoric acid. These photonic crystals exhibited stop bands in their transmission spectra measured in the normal incidence to the (111) plane of face centered cubic (fcc). The photonic bandgap of the azopolymer infiltrated opal and inverse opal could be controlled by the refractive index change due to the photoinduced orientation of azobenzene chromophores. When the azopolymer photonic crystals were irradiated with linearly polarized light, their bandgap positions were shifted to shorter wavelength regions with increasing irradiation time. This behavior experimentally produced a photoinduced orientation of the azobenzene groups in parallel with the incidence of the excitation light. Through such an out‐of‐plane orientation of azo chromophores, parallel to the [111] fcc crystallographic axis, the effective refractive index of the photonic crystal medium was decreased. Therefore, a blue‐shift in bandgap positions was consequently induced with 20–40 nm tuning ranges. The out‐of‐plane orientation was confirmed by angular resolved absorption spectral measurements.     

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。     

光子晶体的研究进展

光子晶体是一种具有光子带隙的周期性电介质结构,落在光子带隙中的光不能传播.由于其独特的调节光子传播状态的功能,成为实现光通讯和光子计算机的基础.光子晶体的制备是发展光子晶体的关键,而可见光和近红外波段光子晶体的制备更是难点.本文阐述了光子晶体的概念及其特性后,分别介绍了光子晶体的实验研究和应用研究.实验研究重点介绍了光子晶体的制备方法.应用研究重点介绍了单模发光二极管光、光波导器件和微波天线等.     

Electronic tunability of ferroelectric liquid crystal infiltrated photonic crystal fibre

The electronic tunability of ferroelectric liquid crystal filled photonic crystal fibres is demonstrated for the first time. The tunability is obtained in the wavelength range of 1500-1600-nm, with a free spectral range of-20-nm. The electronic tunability is achieved by applying an electric field onto the infiltrated photonic crystal fibre which facilitates the photonic bandgap tuning owing to the microsecond-order switching speeds of ferroelectric liquid crystals. The polarised transmission spectrum shows the behaviour of a tunable notch filter with a change in applied voltage. The results obtained could pave the way for the fabrication of fast tunable all-in-fibre devices in the telecom wavelength range.     

混合型Fe3O4@SiO2胶体光子晶体光传输特性的仿真分析

除了通过改变胶体粒子半径及晶格常数来实现对光子带隙的调控方式之外,能否利用不同尺寸粒子的混合精确控制胶体光子晶体的显色行为是人们关注的一个重要科学问题。在分析Fe₃O₄@SiO₂胶体光子晶体的带隙范围与介电常数、电磁波入射角度、晶格常数、颗粒尺寸、SiO₂包覆层厚度的依赖关系的基础上,利用数值仿真手段对不同尺寸粒子混合得到的光子晶体的光传输特性进行了研究。结果发现,两种粒径的磁性胶体粒子按不同质量比混合后,其光子带隙位置始终落在两种粒径胶体粒子各自形成光子晶体的带隙位置之间,且随着大粒径颗粒掺杂比的增加,反射光谱逐渐红移。这一结果证明混色原理对胶体光子晶体仍然是适用的。该结果对研究胶体光子晶体结构色的新型调控方式具有重要的参考价值。     

Tunable Gaussian filter based on tapered liquid crystal photonic bandgap fibre

A tunable Gaussian filter based on a tapered liquid crystal photonic bandgap fibre is presented. The filter is centred at lambda=1062 nm and has a 3 dB bandwidth of 150 nm. Tunability is achieved by exploiting the thermo-optic effect of the liquid crystals. A shift of 110 nm at the central wavelength is observed by increasing the temperature from 30 to 80degC     

液晶光子晶体可调自准直特性研究

液晶材料光子晶体由于具有可调谐性而得到了广泛的研究,但目前的研究主要集中在可调的光子带隙特性上。详细研究了液晶光子晶体的可调自准直特性。使用平面波展开法分析了液晶旋转角对光子晶体自准直频率的影响,并使用时域有限差分法对光在液晶光子晶体中的传输进行了仿真。结果表明,通过控制液晶旋转角,可以对光子晶体自准直频率进行调节,从而满足不同频率自准直的需要。