基于光弹效应的二维光子晶体能带结构特性研究

根据介质的光弹效应,采用有限元法对二维光子晶体的能带特性进行分析。当给二维光子晶体施加应力时,由于构成二维光子晶体的介质的光弹效应,引起介质的折射率变化,使得光子晶体的能带结构发生变化。详细分析了外加应力变化对基于Si/SiO2二维光子晶体能带结构特性的影响,结果表明,禁带的起始波长、截止波长及禁带宽度的变化量与外加应力呈线性关系。     

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.     

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.     

方形螺旋光子晶体的能带结构研究

介电常数在三维空间成周期性分布的三维光子晶体因具有全光子带隙而具有重要的应用价值。一种由方形螺旋周期性排列而成光子晶体不仅具有稳定的宽光子带隙,并且可以通过一种基于物理气相沉积的倾斜角沉积法经一步制备完成而具有自组装制备的优势。本文通过数值计算对方形螺旋光子晶体进行能带计算与优化,得到了一种宽带隙方形螺旋结构,并且研究了占空比与带隙宽度的统计分布,讨论了螺旋结构方位角对带隙宽度的影响。     

二维正方柱结构光子晶体禁带的研究

利用平面波展开法通过计算机模拟仿真对二维正方排列介质方柱和空气方柱结构以及三角排列介质方柱和空气方柱结构进行了禁带研究。研究发现：这四种二维光子晶体结构都存在完全禁带。介质方柱结构具有较大的TM禁带,而空气方柱结构具有较大的TE禁带。当介质方柱宽度增大时,禁带中心频率均向低频移动,而当空气方柱宽度增加时,禁带中心频率均向高频移动。当增大材料折射率时,禁带中心频率均向低频移动。对于空气方柱结构,应该选取高折射率材料,以提高完全禁带的带隙率。     

椭圆柱二维光子晶体带隙特性的数值模拟

本文应用平面波展开法数值模拟了椭圆柱二维光子晶体TM模带隙特性,数值模拟椭圆长短半轴对带隙特性的影响,结果得到:当椭圆长短半轴趋于相等时形成带隙宽度逐渐增加。数值模拟四种材料即SiC、GaAs、Ge和ZnO构成椭圆柱正方晶格二维光子晶体时,TM模带隙特性和第一带隙变化情况,结果得到介电常数高的材料形成较宽带隙,随着介电常数的增加,第一带隙上下边界的归一化频率逐渐降低,但是,第一带隙带隙宽度逐渐增加。     

一维二元光子晶体的带结构特性研究

用传输矩阵法研究了一维光子晶体的带隙结构。比较（AB）s（AB）t型和（AB）s（BA）t型的带隙,发现后者会出现共振模,且共振模与（AB）s（BA）t型的周期数有关。特别对含缺陷的（AB）s（c）m（BA）t型结构分析,发现缺陷层的位置、厚度变化,会影响缺陷模的幅度和位置,模的峰值会出现“此消彼长”现象。这些特性在光子晶体器件方面有重要的应用价值。     

光子晶体禁带结构算法的几点讨论

本文对光子晶体禁带结构的几种算法进行了比较,分析了它们的优缺点,同时还从理论上解释了不同晶格结构产生完全带隙大小的原因,结论为光子晶体算法和结构提供了一些理论依据。     

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。     

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。     

基于亚波长光栅理论的二维光子晶体的禁带特性研究

本文根据光子晶体自身的结构特点,提出适合于二维光子晶体的光栅组模型,从而利用光栅的矢量衍射理论来分析光子晶体的禁带结构。采用该方法,本文讨论了几类典型的二维光子晶体的禁带特性。     

Tunable dispersion properties of liquid crystal infiltrated into a two-dimensional photonic crystal

Tunable dispersion properties of liquid crystal (LC) infiltrated into a two-dimensional silicon photonic crystal (PC) are presented. For the analysis of refraction tuning, polarization splitting and superprism effect, we make use of the variations of the dispersion curves as a function of the orientation of the optic axis of the LC. In particular, we show that the light propagation angle in the PC becomes continuously tunable by reorienting the optic axis of the LC; at a certain incident angle an extreme sensitivity of the propagation angle as a function of the orientation of the optic axis of the LC occurs. Moreover, the splitting of the transverse magnetic and transverse electric polarizations of light is substantially larger than the splitting in a conventional bulk anisotropic medium. This splitting angle can also be well controlled by adjusting the optic axis orientation of the LC. Furthermore, the variation of optic axis orientation also modifies the sharp corners of the dispersion curve, which in turn gives an excellent control of the superprism effect in the PC.     

二维光子晶体中的自准直研究

利用平面波展开法计算了二维三角晶格的光子晶体的色散关系,分析了第一条带的等频率线,利用时域有限差分法仿真显示了第一条带具有较好的自准直现象特性.在此基础上,设计了一种可以使得光在无缺陷光子晶体中改变传播方向的结构,并对此结构进行了实验仿真.     

Si02光子晶体的制备及其自组装带隙特性研究

首先运用Stober溶胶凝胶法制备单分散Si02球形颗粒,通过扫描电镜研究各种反应条件如氨水浓度、无水乙醇的量、TEOS的浓度、温度等对二氧化硅的颗粒大小和形貌的影响,并通过SEM对样品的表面形貌进行了表征。通过研究改变垂直沉积法的各种条件对组装成的Si02光子晶体的带隙特性的影响。分析微球粒径、悬浮液中微球的体积分数、基片与液面之间所成的角度对光子晶体带隙性能的影响,并总结了较佳的垂直沉积法条件。     

二维光子晶体带隙结构的研究

利用时域有限差分法模拟了二维光子晶体的带隙结构。通过改变二维光子晶体的结构、介电常数配比及存在缺陷时，在光频范围内模拟了二维光子晶体带隙结构的变化。     

Transmission properties of a two-dimensional photonic crystal slabwith an excitonic resonance

The transmission properties of a 2-D photonic crystal slab with an exciton resonance are investigated experimentally and theoretically. Good agreement between experiment and scattering matrix based theory is obtained. The photonic crystal slab is composed of a square lattice of etched square holes in a quartz substrate, filled by an inorganic-organic semiconductor and covered by a polystyrene guiding film. We demonstrate that the transmissivity of the structure shows pronounced dips, which originate from the excitation of quasi-guided modes in the photonic crystal slab. The measured and calculated angular dependence of the energy of these dips and their optical activity allow us to identify the physical properties of the quasi-guided modes, such as their symmetry and distribution of electromagnetic field     

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.     

基于二维光子晶体带隙及自准直效应的光分插滤波器研究

鉴于光子晶体具备控光能力强和响应速度快等优点,设计了基于二维光子晶体带隙及自准直效应的光分插滤波器。将二维的正方晶格介质柱当作材料,并融合光子晶体带隙、自准直效应实现光分插滤波器设计。引入平面波展开法,实现完整周期光子晶体架构求解。引入时域有限差分法,获取晶体中的电场磁场整体分布。模拟结果显示,该结构耦合效率与品质因子良好,且场图模拟与对应结构透射谱拟合度较高,表现出了较强的可实践性。     

Transmission of a microcavity structure in a two-dimensional photonic crystal based on macroporous silicon

Photonic crystals consist of regularly arranged dielectric scatterers of dimensions on a wavelength scale, exhibiting band gaps for photons, analogous to the case of electrons in semiconductors. Using electrochemical pore formation in n-type silicon, we fabricated photonic crystals consisting of air cylinders in silicon. The starting positions of the pores were photolithographically pre-defined to form a hexagonal lattice of a=1.58 μm. The photonic crystal was microstructured to make the photonic lattice accessible for optical characterization. Samples with different filling factors were fabricated to verify the gap map of electric and magnetic modes using Fourier-transform infrared (IR) spectroscopy. The complete band gap could be tuned from 3.3 to 4.3 μm wavelength. We were able to embed defects such as waveguide structures or microcavities by omitting certain pores. We carried out transmission measurements using a tunable mid-IR optical parametric oscillator. The resonance is compared with theoretical expectations.     

长方格子光子晶体带隙特性

基于平面波展开法,以长方格子光子晶体带隙特性为研究对象,改变长方格子空气圆柱半轴a和b的大小,得到当a=b时形成较宽的光子带隙,随着b的增大,光子带隙逐渐减小.改变构成长方格子光子晶体基底的材料,得到Ge构成基底时形成较宽的光子带隙.研究结果为光子晶体器件的制作提供参考.