二维Kagome格子光子晶体禁带的数值模拟

采用平面波展开法模拟计算了由空气背景中的介质柱构成的二维Kagome格子光子晶体的能带结构，得到了使完全光子禁带最大化的结构参量．计算结果表明：由圆形、正六边形和正四边形三种不同形状锗介质柱构成的Kagome格子光子晶体都出现了完全光子禁带，最大禁带分别为△=0．014(ωa／2πc)、△=0．013(ωa／2πc)、△=0．011(ωa／2πc)．发现由圆形和正六边形两种介质柱构成的Kagome格子光子晶体在填充比连续变化的较大的范围内都有宽度较为稳定的完全禁带，且它们具有非常相似的能带结构．     

光子晶体应用于在浓度检测上的模拟研究

采用平面波展开法数值计算了对二维光子晶体在TE和TM偏振态下的带隙进行了计算,给出了光子晶体中的禁带存在的理论依据,选择二维三角晶格光子晶体(GaAs)作为基底,在空气孔内填充浓度(质量百分浓度)为一定的待测溶液硫酸铜材料,通过计算得到了温度为298K情况下介电常数在71.917-62.530变化时,待测浓度的对应关系,并由此得到液体填充的光子晶体在不同偏振模式下光子禁带结构.结果表明,以硫酸铜的水溶液作为空气圆孔中的介质材料,当溶液质量百分浓度不同时光子带隙(PBG)发生变化。这对溶液浓度检测应用方面有一定的指导作用。     

填充液晶的光子晶体的光控可调光子带隙

可调光子晶体由于其潜在的应用价值成为现今光子晶体研究中的一个热点。文章首次提出了通过光诱导液晶取向技术来调制光子晶体光子禁带的方法,进而采用平面波展开法分析了填充液晶的二维三角形光子晶体禁带结构的可调节性。数值模拟结果表明:通过偏振光控制空气孔中所填充的相列液晶的方向可以对光子晶体的禁带结构进行调节。与电场调制方法相比,该光控液晶取向技术具有响应速度快、结构简单的优点。这种可调光子晶体可用于制作场敏偏光片、全光光开关和可调光衰减器。     

二维光子晶体正方晶格传播特性的研究

应用平面波展开法研究了二维光子晶体及其波导的传播特性。根据计算得到光波在0．223．5Hz至0.28Hz波段能在波导中很好的传播。并且分析了当圆柱半径从0.1μm至0.5μm发生改变时的带隙规律,研究结果为光子晶体波导器件的开发提供了理论依据。     

T型光子晶体波导传播特性的研究

应用平面波展开法研究了二维T型光子晶体波导的传输特性.根据计算得到0.32Hz至0.4411 Hz波段的光波能在T型波导中很好的传播.并且分析了当圆柱半径从0.1a至0.5a发生改变时的带隙规律,研究结果为光子晶体波导器件的开发提供了理论依据.     

结构参数对二维光子晶体完全带隙影响的研究

完全带隙的分布决定了二维光子晶体特性,采用平面波展开法对三角形结构二维光子晶体的带隙随结构参数的变化进行了研究,计算结果表明：对于空气孔型二维光子晶体,当介质比εb/εa=13时,最佳归一化半径为r/a=0.48,此时完全带隙底宽度最大,最大完全带隙的宽度△ωa/2πc=0.0902;当归一化半径固定时,完全带隙的宽度随介质比的变大而增加.     

不同结构光子晶体带隙特性研究

基于平面波展开法数值模拟了砷化镓构成二维正方品格、三角晶格和六角晶格光子晶体的带隙特性,得出构成的三角晶格具有较大完全带隙。数值模拟了砷化镓构成三维光子晶体的金刚石结构、蛋白石结构和木堆结构,得出金刚石结构具有较高的完全带隙。结论为实验及应用研究提供理论支持。     

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。     

光子晶体线缺陷波导中的慢光研究

研究了线缺陷光子晶体波导中的慢光现象。运用平面波展开法对线缺陷光子晶体波导结构进行了模拟计算,分析了填充因子作为敏感结构参量,其变化对色散性质和群速度的影响。发现光子晶体的填充因子决定了光子晶体带隙中导模的传输特性。随着填充因子的增加,光子晶体波导中的群速度先增大再减小。可以证明,通过改变光子晶体的填充因子,群速度可以达到0.01c以下。     

硅树脂调制的可调光子晶体

文章提出一种利用硅树脂调节光子晶体光子带隙的方法,光子晶体波导是通过往二维正方形光子晶体的介质柱之间填充硅树脂得到的,利用温度场改变硅树脂的折射率.数值模拟结果表明:通过温度场可对这种光子晶体的禁带结构进行调节.这种可调光子晶体可应用于制作新颖的偏光片和光开关.     

格点形状和取向对二维光子晶体禁带的影响

以椭圆形和正方形介质柱组成的二维正方晶格为例,讨论了格点形状和取向变化时对光子晶体能带的影响,对比分析了波矢在周期性平面和不在周期性平面2种情况下的能带图.计算表明：格点形状和取向的适当变化可以使没有完全带隙的光子晶体出现完全带隙,低阶的完全带隙转变成高阶完全带隙.此外,经对比发现：波矢偏离周期性平面对椭圆形介质柱的正方晶格形成的完全带隙的影响,要比正方形介质柱正方晶格的完全带隙的影响要大得多.     

波矢方向对二维光子晶体能带及应用的影响

利用平面波法分析了由介电常数为13和1的两种介质分别构成圆形柱和背景组成的三角晶格、蜂巢状晶格和正方晶格,波矢偏离周期性平面对它们能带分布及应用的影响。波矢偏离周期性平面分量增加,对色散曲线的影响表现在:波矢在周期性平面内形成的带隙逐渐减小,甚至消失;低频端出现不存在模式区域,并且该区域逐渐变宽;出现新的简并能级,原有的简并能级简并解除或消失;能带趋于平坦化;易于在低阶能带间形成绝对带隙等。波矢偏离周期性平面时,对三种晶格形成带隙情况分析得到:三角晶格和蜂巢状晶格形成的绝对带隙比正方晶格形成的绝对带隙宽,能更有效地减小发生自发发射的概率;三角晶格绝对带隙的宽度在泄漏模区域比蜂巢状晶格要宽,所以三角晶格比蜂巢状晶格更适合用作反射镜等。     

完全禁带二维光子晶体的研究

利用平面波展开法,对存在完全禁带的正三角排列的气柱型二维光子晶体和蜂窝状排列的介质柱型二维光子晶体进行了研究,分析了柱的半径和介质折射率对完全禁带大小的影响,结果表明,正三角排列气柱型比蜂窝状排列介质柱型具有更大的最大带隙率,而且最大带隙率还可以通过介质折射率的改变来优化;蜂窝状排列介质柱型二维光子晶体最容易加工的结构刚好适合常见材料硅或砷化镓,具有更大的实用价值.     

用平面波展开法计算二维方形光子晶体的带隙结构

用平面波展开法计算二维正方晶格光子晶体的带隙结构，对二维光子晶体的电磁波理论及周期介质中的Bloch波解进行了详细的推导，得出TE模和TM模下无缺陷时光子晶体的色散曲线，并设计了低频区域内具有较大带隙宽度的两种二维光子晶体的空间周期结构. 经过大量的计算，发现硅中的空气柱型光子晶体在红外波段TE模和TM模存在重叠的绝对光子带隙，并分别研究了空气中的硅介质柱和硅中的空气柱的TM模带隙宽度随空气柱半径和填充比变化的规律.     

Ge基二维三角晶格光子晶体的光子带隙

导出了二维三角晶格光子晶体的填充系数与正多边形散射子外接圆半径的普适关系,并利用平面波展开法计算了Ge基二维三角晶格光子晶体的光子带隙.计算表明:Ge圆柱置于空气背景中时,可产生TM、TE带隙,TM带隙占优势;随着Ge填充系数的增大,光子带隙的宽度先增大后减小,其中心频率由高频向低频移动;TM模第一带隙宽度在半径为0.14a处达峰值.空气圆柱置于Ge背景中时,可产生TM、TE及完全带隙,TE带隙占优势;随着空气填充系数的增大,光子带隙的宽度先增大后减小,其中心频率由低频向高频移动;TE模第一带隙宽度和最大完全带隙宽度分别在半径为0.46a和0.49a处达峰值.     

二维正方晶格光子晶体波导的慢光特性研究

利用平面波展开法对二维正方晶格光子晶体波导进行了理论研究和分析.通过减小一排介质柱半径至原来的一半以及直接去除一排介质柱分别获得了0.066c和0.083c的最大群速度,对应的带宽分别为0.060(ωa/2πc)和0.062(ωa/2πc),得出了通过减小介质柱的半径比去除一排介质柱可获得更优慢光效果的结论.进一步分析了缺陷柱半径的变化对导模色散曲线及群折射率曲线的影响,发现当缺陷柱半径在低于介质柱半径的范围内变化时,导模曲线随着缺陷柱半径的增加而向低频方向移动,且渐趋平坦,亦即群速度变小.研究结果对优化正方晶格光子晶体慢光波导提供了理论依据.     

复合蜂巢晶格光子晶体光纤的带隙结构研究

提出了基于复合蜂巢晶格的光子晶体光纤。该光纤包层蜂巢结构每个单元内部包含有一层空气孔,它们形成另一个蜂巢结构。采用平面波展开法研究了这种复合结构的光子晶体光纤的带隙结构随内层蜂巢晶格参数的变化规律。研究发现,内层晶格位置存在一个临界值,在该值以下,光纤的带隙减小。同时得到了一些晶格参数使得次带隙得到抑制,而主带隙大小基本不变。     

光子晶体旋转角度对带隙特性的影响

利用平面波展开法研究了两种结构的光子晶体(PC)在旋转操作情况下的带隙特性。首先构建了两种结构不同的光子晶体,并比较了这两种光子晶体结构带隙特性的不同。分别讨论了旋转操作对两种结构光子晶体TE模式带隙特性的影响,发现TE模式的带隙受到介质在x-z平面分布情况的影响。根据计算的结果,分析了旋转操作对带隙特性产生影响的原因,并给出了最优化带隙的角度范围。本研究对实验上制作性能优良的光子晶体结构具有比较好的理论指导意义。     

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.