金刚石结构光子晶体的计算与制备

通过平面波法计算金刚石结构光子晶体的禁带特征,得出当RA=0.16时,禁带宽度最大;当晶格常数a=8.5mm时,对应的最大禁带宽度为3.5GHz,对应的禁带范围为15.3～18.7GHz.利用CAD软件设计了在x,y,z三个方向上的周期数分别为2,4,6的金刚石结构的光子晶体模型,并采用立体印刷技术制备出了17.4mm×36.54mm× 54.32mm的三维微波金刚石光子晶体.最终通过HP网络测试仪对样品的禁带特征进行测试,结果表明;在晶体的＜100》方向上存在频率为14.7～18.5GHz的光子禁带,这与理论值相一致.当电磁波频率为17GHz时,对应的衰减率为-30dB.     

三代半导体材料构成光子晶体能态密度的研究

基于光子晶体广泛应用,本文利用平面波展开法研究了三代半导体材料构成三角晶格光子晶体能态密度分布规律。得到了当Si作为背景材料构成光子晶体在f=0.25时构成最大光子禁带。AlP作为背景材料构成光子晶体在f=0.24时构成最大光子禁带。GaN作为背景材料构成光子晶体在f=0.3时构成最大光子禁带。三代半导体构成光子晶体对应最大光子晶体禁带宽度较第一二代逐渐增大,研究结果为光子晶体器件的构造提供理论依据。     

结构参数对二维Archimedes A7晶格光子晶体禁带的影响

利用平面波展开法对空气背景中介质圆柱和方柱构造的二维Archimedes A7晶格光子晶体的禁带结构随介质折射率、填充比的变化关系进行了研究,并进一步计算了介质方柱的旋转角度对完全光子禁带宽度的影响.研究发现,介质圆柱构造的Archimedes A7晶格结构在介质柱折射率最低为n=2.40时出现完全光子禁带,当n=2.60时禁带宽度达到最大值.介质方柱构造的Archimedes A7晶格结构在介质柱折射率n=3.80时完全禁带宽度达到最大值,且随着折射率的增加禁带宽度变化很小;在介质方柱折射率恒定情况下,其最大禁带宽度与旋转角度无关,但旋转后出现完全禁带的填充比范围明显扩大.     

两种大带隙的长方晶格二维光子晶体

利用快速平面波展开法研究了两种长方晶格光子晶体,发现它们在高频区都存在大带 隙,经参数优化,原胞结构为“工”字形的光子晶体,最大绝对禁带宽度Δω为0. 1393ωe (ωe =2πc / a, a为晶格常数, c为光速) ,绝对禁带中心频率ωmid为1. 7368ωe ,Δω/ωmid = 8. 02%;原胞结构为“王”字形的光子晶体,最大绝对禁带宽度Δω为0. 1544ωe ,绝对禁带中心频率ωmid为1. 5854ωe ,Δω/ωmid = 9. 74%。     

2维超晶格结构光子晶体传输特性研究

为了研究超晶格结构对光子晶体禁带的影响,应用时域有限差分法对圆/椭圆、圆/复合柱超晶格结构光子晶体的传输特性进行了计算,得到了相应的透射谱.结果表明,对圆/椭圆超晶格,禁带宽度随椭圆柱截面积的增大而变宽,中心频率变大;对于圆/复合柱超晶格结构,椭圆柱内接于圆孔时,禁带宽度随截面积的增大而变窄,中心频率变小;当长轴垂直入射波方向时,高频段出现较宽禁带,低频禁带完全消失;而椭圆孔中内嵌圆柱时,禁带宽度变化与前者相反.该研究为光子晶体器件的制作提供了理论依据.     

基于厚度精确法用遗传算法搜索一维宽带隙光子晶体

本文用遗传算法设计了大禁带的一维光子晶体.用传输矩阵法计算光子晶体能带.光子晶体的初始结构由计算机随机产生,通过遗传算法对光子晶体结构进行了优化,得到最大全方位相对禁带宽度(定义为禁带宽度与禁带中心之比)的一维光子晶体.发现由多种介质材料构建多层的一维光子晶体原胞时,折射率最大和最小的两种材料构成的两层结构的光子晶体相对禁带宽度最大,而且一维两层结构光子晶体的全方位禁带宽度随着两种介质折射率差的增大而增大,最后会达到一个饱和值200%.并研究了TM、TE模式的相对禁带宽度与光入射角的关系.     

立体光刻技术制备三维光子晶体

以三维金刚石结构光子晶体为例,采用立体光刻技术(SLA)进行三维光子晶体的制备研究.微波透射谱测试表明,所制备的光子晶体的禁带分布在12.3～13.4GHz之间,与理论计算值一致,表明立体光刻技术可用于复杂三维光子晶体结构的制备研究.     

一维超声光子晶体禁带的调制

在声光介质相对的两面上安装超声振动器和反射板,就得到了一维超声光子晶体.用特征矩阵方法研究了超声振动的振幅和频率对一维超声光子晶体在可见光区的禁带的调制情况.结果表明:当超声振动的振幅变大时,禁带的位置向长波方向移动,禁带的宽度变大;当超声振动的频率变高时,禁带的位置向短波方向移动,禁带的宽度变小.这对于实现对禁带的调制具有重要意义.     

光子晶体的带隙破缺随插入介质层变化规律的研究

对于光子晶体的理论研究，比较成熟的有平面波法和传输矩阵法，本文采用传输矩阵法，讨论了一维光子晶体能带结构中的光学传输特性，进而从理论上分析了在一维光子晶体中掺杂后的特征矩阵．证明了由光子晶体的缺陷结构引起的光子禁带破缺，当插入介质层的折射率在小范围内变化时，得出了禁带破缺处对应的入射光频率与其成反比的关系，并数值模拟了它们对应的关系曲线，     

太赫兹波在金属光子晶体中的传播特性

构造了一种适用于太赫兹器件的二维金属光子晶体结构。研究了晶格常数α=0. 3mm的正方晶格二维铜介质柱光子晶体,这样的结构在工艺上相对容易实现。在0 ~2THz频段范围内,发现当金属柱半径从0. 1α到0. 3α变化时,随着圆柱半径的增大,禁带的中心频率上移,并且带隙的宽度增大;当金属柱半径为0. 32α时,出现了两个禁带。研究结果为性能优良的THz器件开发提供了理论依据。     

基于一维光子晶体高阶禁带性质的带阻滤波器研究

设计了一种基于一维光子晶体(PC,photonic crystal)高阶禁带性质的新型带阻滤波器,其结构形式为Si(空气|Si)5,晶格周期长度为15μm,滤波中心频率位于1.55μm,带宽约为10nm。利用光刻和ICP(inductively coupled plasma)刻蚀技术,将这一滤波器制作在SOI材料上,并对其透射谱特性进行理论计算和实验测量。结果表明,理论计算和实验测量的结果吻合良好,证明了高阶禁带是降低PC加工难度的有效方法。     

Transmission characteristics of metallodielectric photonic crystalsand resonators

K_u band Fabry-Perot type resonances have been observed in the stop band of a metallodielectric photonic crystal by transmission measurements at microwave frequencies. The metallodielectric photonic crystal has a face centered cubic Bravais lattice structure with a lattice constant of 15 mm. Metallic spheres with 6.35 mm diameter are placed at the lattice sites. The metallodielectric photonic crystal displayed a directional bandgap with a lower band edge of 13.0 GHz, an upper band edge of 21.5 GHz and a center frequency of 17.25 GHz, corresponding to a stop bandwidth center frequency ratio of 50%. The maximum rejection at the band center is 35 dB, corresponding to a 7 dB per unit cell rejection ratio. The Fabry-Perot type resonance in the K _u band has a quality factor of 200, with a maximum transmission peak of -5 dB     

倾斜底涂法制备聚苯乙烯胶体晶体及其光学特性研究

采用倾斜底涂法将单分散的聚苯乙烯胶体微球自组装生长成为胶体晶体,并用扫描电子显微镜和紫外-可见光分光光度计对其形貌和光学特性进行测量。结果表明,聚苯乙烯微球自组装为面心立方密堆积结构,胶体晶体的光子带隙位于可见光波段。分别对不同胶体颗粒的粒径、悬浮液的浓度、基片倾斜角度及环境温度等制备条件下生成的聚苯乙烯光子晶体样品逐一分类对比,分析了影响光子带隙宽度和深度的因素。     

基于FDTD法模拟一维TiO_2光子晶体缺陷态的研究

介绍了时域有限差分法（FDTD）的基本原理,设计了一个由TiO2和SiO2组成的（AB）MA结构一维光子晶体模型（A为TiO2,B为SiO2,M=8）,并对光子晶体中传播的电磁场作了模拟和分析.结果表明：不通过掺杂的方法,只是改变光子晶体的结构参数也可在光子带隙中引入缺陷态,且缺陷态的中心波长和宽度随结构参数的改变而变化.     

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。     

飞秒激光双光子微细结构的制备

基于双光子吸收引发的光聚合局限在紧密聚焦的焦点区域的原理,建立了飞秒激光三维微细加工系统;结合高斯光束的强度分布函数,推导了横向与轴向分辨率的表达式。在ORMOCER材料内实现了双光子光聚合,最高加工精度达到0.7μm。研究表明,加工线宽随功率增加而增加,随加工速度增加而减小;确定了波束腰为0.425μm,双光子吸收截面为2×10-54cm4.s。采用双光子光聚合技术,加工了齿宽5μm的实体微型齿轮,制备三维木堆型光子晶体结构,分辨率为1.1μm,杆间距和层间距均为5μm,实现了飞秒双光子光子晶体结构的制备。     

矩形缺陷光子晶体太赫兹波波导的慢波特性

设计了一种工作于太赫兹波段的矩形孔缺陷光子晶体慢波波导。首先分析三角空气孔型光子晶体的带隙特性,引入线缺陷形成波导,并将邻近缺陷空气孔设为矩形,通过分析矩形孔尺寸对波导的带隙结构、群速度的影响,确定孔尺寸;研究缺陷宽度对缺陷模式的影响,并通过优化将缺陷模式频率移到目标频率338 GHz处,最终在布里渊边界处实现了c0/1543(c0=3×108m/s)的低群速度,证明了矩形缺陷光子晶体太赫兹波导良好的慢波特性。     

Slot antennas on photonic band gap crystals

The radiation patterns of a slot antenna placed on a photonic band gap crystal have been measured. We used a layer-by-layer photonic band gap crystal having a three-dimensional stop band between 12 and 15 GHz. The slot antenna radiation depends sensitively on the relative position and orientation of the slot in the surface unit cell of the photonic crystal. We have found configurations of the slot antenna with an increase of radiated power by 2-3 dB. The photonic band gap crystal can considerably improve the performance of a simple slot antenna     

线缺陷对二维四方圆柱形介质光子晶体禁带的影响

利用平面波展开方法研究了二维四方格子圆柱形介质光子晶体中线缺陷对光子禁带的影响.结果表明光子晶体中的缺陷层圆柱半径及缺陷层厚度对光子晶体禁带有显著影响.TE波的第一禁带宽度随着缺陷层半径的增加先增加后减小,禁带的中心位置随着缺陷层圆柱半径的增加而下降,禁带的数目也随着缺陷层圆柱半径的增加而明显变化.禁带的宽度随着缺陷层厚度与正常层厚度差别的增加而减小.     

一种新型SIR结构LTCC带通滤波器设计与制作

采用低温共烧陶瓷(LTCC)技术及SIR结构,设计制作了一种新型LTCC带通滤波器,采用ADS和HFSS软件进行三维建模和电磁场优化仿真及测试。结果表明:该滤波器中心频率为2.46 GHz左右,3 dB带宽为2.28~2.71 GHz,带外抑制≥25 dB(偏离中心频率±500 MHz),外形尺寸为3.20 mm×1.61 mm×1.03 mm。