基于二维光子晶体的微纳全光显示

利用二维光子晶体结构,通过引入线性波导和大小不同的光子晶体微腔,实现对可见光范围内、从红光到紫光各种波长光的分离,并完成向垂直于二维光子晶体结构表面自由空间中的光发射,从而得到微纳结构的全光彩色显示.由于对应于不同波长光的光子晶体微腔大小和在二维平面内的布局可根据需要设计,因而,对红、绿、蓝三色光,若合理设计分另适合于其对应频率的光子晶体微腔,并在二维平面内进行合理布局,可得到自由空间中的全固态白光照明.     

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。     

设计低对称性全电介质椭圆格点能谷光子晶体

二维拓扑光子绝缘体中格点的对称性作为一个设计的自由度还未被探索。在此研究中通过使用对称性较低的椭圆形格点来研究格点对称性对于能谷光子禁带的影响。通过改变椭圆形格点的长轴方向能够改变能谷光子禁带的中心波长及宽度,并将具有不同禁带宽度及中心波长的全电介质能谷光子晶体结构以镜面对称的方式组合实现全电介质光子拓扑绝缘体波导结构,实现了抗散射鲁棒单向光传输。该研究拓展了能谷光子晶体设计的自由度,为全电介质能谷光子晶体设计提供了新的可能性。     

基于光学超品格的准白光激光器

激光显示作为新一代的显示技术,在清晰度、色域、色饱和度等方面有着传统显示方式无法比拟的优势,而红绿蓝三基色/准白光激光器则是激光显示技术的基础.获得红绿蓝三基色激光可以通过多种技术途径,使用非线性频率转换技术获得三基色光是其中的一种.基于准相位匹配技术的光学超晶格作为非线性频率转换晶体,通过对结构的设计能够同时完成多个光参量过程.把光学超晶格的多波长频率转换功能和全固态激光技术结合起来,可以获得红绿监三基色激光的同时输出[1.2],通过控制三色光之间的功率比例,还可以获得准白光的视觉效果.     

复合型二维光子晶体的带隙展宽特性

选用时域有限分方法(FDTD)分析光子晶体带隙结构.选择两种不同晶格常数的二维光子晶体构成复合型二维光子晶体,计算了复合型光子晶体和组合光子晶体在近红外频段的带隙结构,结果表明,复合型二维光子晶体在近红外波频段的禁带宽度明显大于组合光子晶体禁带宽度.通过改变复合光子晶体的介电常数,实现其禁带向高频区或低频区移动.     

掩埋光子晶体加强LED出光效率的理论研究

作者采用有限时域差分法计算研究了掩埋光子晶体对发光二极管的出光功率的加强作用。作者计算比较了不同掩埋光子晶体的晶格种类、多层掩埋光子晶体、掩埋光子晶体与发光层的不同距离的发光二极管的正面光输出功率。计算表明掩埋一维光子晶体可发挥与掩埋二维光子晶体相同的作用。同时,作者提出了一种多层掩埋光子晶体结构可以进一步提高加强发光二极管的正面光输出。而同时使用表面光子晶体和掩埋光子晶体的结构使正面光输出达到一般发光二极管的五倍。     

1维光子晶体的带隙研究

为了得到给定波长为通带或禁带的光子晶体,采用光学传输矩阵方法,模拟研究了由光子带隙结构如何得到相应的光子晶体结构.通过优化计算得到了指定波长带隙结构的光子晶体.结果表明,光学传输矩阵法完全能得到给定波长为通带或禁带的光子晶体.这一结果有助于光子晶体的广泛应用.     

基于光子晶体平板传导共振模的低功率光开关

利用严格耦合波算法计算了二维光子晶体平板结构随角度变化透过谱和波长变化透过谱,研究了透过谱上传导共振峰与二维光子晶体平板能带结构的关系。利用共振传导模的低透过和高Q值的特点,设计了基于磷化铟材料的工作在1550nm波长附近的角度分辨和波长分辨的光子晶体光开关。理论模拟结果表明,该结构透过谱上传导共振峰品质因子可达105,非线性折射率变化为10-4即可实现开关对比度接近100%。当信号光或泵浦光分别与光子晶体平板传导共振模耦合时,由于共振耦合使得泵浦光场增强,需要泵浦能量仅为184fJ,为目前所知能量最低的光开关。     

波导层介质对二维光子晶体反射光谱的影响

构建了基底介质为SiO2、表面覆层介质为TiO2 的二维光子晶体,采用严格耦合波法分析了二维光子晶体的窄带光学传输特性。分析了二维光子晶体的晶格周期、波导层的折射率及厚度对其反射光谱的影响。分析结果表明:当光子晶体的晶格周期和波导层介质厚度为常数时,随着波导层介质折射率的增大,光子晶体的反射峰值波长红移,且波导层折射率与反射峰值波长呈线性关系。当光子晶体波导层介质折射率为常数时,波导层厚度增大或光子晶体晶格周期的增大都会引起光子晶体反射峰值波长增大,但这两个参数与反射峰值波长只是在一定的变化范围内为线性关系。此种结构的二维光子晶体覆层表面吸附分布不均匀的介质时,通过分析光子晶体的呈现光谱可获得其表面吸附介质的不均匀特性。     

二维光子晶体窄带滤波器研究

由于光子晶体存在带隙,只要在完整的二维光子晶体中引入线缺陷,那么原来处于禁带处特定波长的光也能沿着形成的波导传播,从而该光子晶体就具备了滤波的功能,再在线型波导的一侧设计个点缺陷,利用时域有限差分法分析发现,在缺陷处耦合出来的光不仅仅光强增大了,而且半高宽也变小了,这就与窄带滤波器的功能十分吻合。此外,只要根据光子晶体的晶格常数和椭圆介质柱的半径与窄带滤波器的中心波长关系,通过调整光子晶体的晶格常数和介质柱的半径,就可以改变窄带滤波器的中心波长。     

一维光子晶体的带隙研究

采用光学传输矩阵方法,模拟研究了一维光子晶体的光学传输特性。考虑到实际需要给定波长为通带或禁带的光子晶体,研究了由光子带隙结构如何得到相应的光子晶体结构,结果表明本文方法完全能得到给定波长为通带或禁带的光子晶体。     

柱体截面不同二维光子晶体透射谱TMM数值研究

为了研究柱体截面对二维光子晶体传输特性的影响,应用转移矩阵方法数值计算不同截面形状柱体组成二维光子晶体的透射谱。数值结果表明在一定的入射方向。某些频率的光不能在光子晶体中传播即出现所谓的禁带．禁带的宽度、频率范围、频率中心与光予晶体柱体的截面形状有关。在相同截面时可通过角度调节实现对禁带的微调。     

正方形具有缺陷结构二维光子晶体结构参数对本征模的影响

由于正方形二维光子晶体具有光子禁带,所以在光子晶体缺陷处可形成对光子束缚的缺陷本征模.本征模的频率应在光子禁带频率范围内,而光子禁带频率又取决于光子晶体的结构参数.通过有限元法数值计算得到并图示了正方形具有缺陷结构二维光子晶体本征频率和介质柱半径、晶格常数以及介质柱介电常数之间的关系.利用这些关系当增大介质柱半径而相应减小介质柱介电常数时,本征频率将会保持不变.此外由于光子晶体结构参数的不同,本征模对应的电磁场在晶体中的分布也不同,文中图示了电场强度的大小在一些结构中的分布.     

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.     

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.     

快速遗传算法优化计算二维光子晶体

采用平面波展开法和快速遗传算法优化设计具有大禁带的二维光子晶体.从随机产生的晶体结构开始,在遗传算法中引入占空比控制算符和傅里叶变换数据备份机制,快速搜索到了具有较大绝对禁带的正方晶格光子晶体,其最大完全禁带的相对宽度值为13.25%,并且制备难度较低.     

快速遗传算法优化计算二维光子晶体

采用平面波展开法和快速遗传算法优化设计具有大禁带的二维光子晶体.从随机产生的晶体结构开始,在遗传算法中引入占空比控制算符和傅里叶变换数据备份机制,快速搜索到了具有较大绝对禁带的正方晶格光子晶体,其最大完全禁带的相对宽度值为13.25%,并且制备难度较低.     

PbS量子点电致发光器件中的光子晶体结构设计

将PbS量子点电致发光器件的发光层引入二维光子晶体结构,利用光子晶体的光子带隙效应提高器件的发光效率。采用平面波展开法计算了以空气为背景,由圆形或方形介质柱所构成的不同晶格排列的光子晶格的能带图,获得光子晶体结构参数对完全带隙的影响规律。结果显示:采用方形介质柱以蜂窝方式排列的光子晶体在填充率f=0.283时具有较宽的完全带隙△ω=0.134 6(2πc/a)。利用有限元法模拟了晶格常数a=476 nm,方形介质柱边长l=167 nm时,波长为1 124 nm的光在该光子晶体中传播的光场分布图。计算得到具有该光子晶体结构的PbS量子点电致发光器件的发光效率可达57.9%。     

结构和缺陷对二维光子晶体传输性质的影响

用转移矩阵方法计算了二维光子晶体的传输性质，讨论了不同极化光的透射行为，比较了正方点阵、有心正方点阵、含缺陷有心正方点阵光子能带对透射特性的影响，获得了第一禁带特性与光子晶体结构的一些基本关系。     

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。