二氧化硅介质柱构成的8重准晶结构光子晶体的传输特性

采用时域有限差分法讨论了由二氧化硅介质柱构成的8重准晶结构光子晶体的带隙特性。数值模拟结果表明,该结构的光子晶体对TM模存在较宽的光子带隙,而对TE模不存在光子带隙;光子带隙的中心频率随着填充因子的增大向低频方向移动;相对带隙宽度随着填充因子的增大呈现先增大后减小的趋势,并在填充因子r/a为0.29时存在最大值,该带隙可以覆盖1.55μm附近44nm的宽度或1.31μm附近37nm的宽度,足以用于设计和制作准晶结构的光子晶体光纤等光通信器件;光子带隙的位置和宽度均与入射光的方向无关,带隙的这种各向同性使基于该结构的新型器件的制作有更大的设计自由度。     

十重准晶光子晶体结构带隙特性的研究

利用平面波展开法对十重准周期光子晶体（QPC）的带隙特性进行了研究。讨论了十重QPC的第一带隙宽度随介电常数对比度、介质柱填充因子的变化规律,发现带隙宽度和介电常数存在线性关系,并且存在最佳的填充因子。通过比较TE和TM模式的带隙,发现TM偏振模式下的带隙更宽。并比较了十重QPC与八重QPC的带隙特性,发现十重准晶光子晶体更容易产生带隙。     

部分无序二维光子晶体透射特性研究

用时域有限差分法研究了光在部分无序二维光子晶体中的透射特性。结果表明：介质柱的位置和大小无序都对光子晶体的高频透射特性都有影响而对低频几乎无影响,随着无序度增大,禁带呈现拓宽的趋势。仅介质柱的位置无序变化时,每个带隙低频端边缘比高频端边缘对无序度变化更敏感。仅介质柱的大小无序变化时,每个带隙间的通带频率越高对无序度变化越敏感。介质柱的大小无序和位置无序度相同时,在高频段后者比前者作用更显著。     

光子晶体光纤包层中气孔和掺杂介质柱尺寸对光纤带隙特性的影响

采用平面波展开法(PWM)研究了基于三角晶格、复合蜂窝晶格和改进的复合蜂窝晶格光子晶体光纤(PCF)的包层中不同层气孔和掺杂介质柱尺寸对光纤带隙的影响.结果表明,在第m层(m=1,2,3)空气孔直径改变同样大小的情况下,随着m的增大,第m层空气孔尺寸的变化对带隙的影响越来越小;通过改进光纤结构中介质柱的排列,或掺杂折射率比较大的介质,可以有效地调节或增宽光子带隙(PBG),具有改进的复合蜂窝品格结构的光子晶体光纤可实现更宽的带隙分布.     

无序一维三元光子晶体的能带特性研究

运用光学传输矩阵理论，研究了具有无序结构的一维三元光子晶体的能带特性。结果表明，与周期结构相比，无序结构可以显著地拓宽光子晶体的光子带隙；随取无序膜层数目的增加，带隙逐渐变宽，3种折射率介质均取无序的情况下，带隙拓宽到550～1800nm的区间范围，是周期结构光子晶体带隙宽度的2倍多。讨论了无序度、不同折射率分布对带隙的影响，随着无序度和高低折射率的差别的增大，带隙变宽。     

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。     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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。     

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.     

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.     

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。     

层状光子晶体光纤的设计和特征

设计一种层状光子晶体光纤 ,应用特征矩阵的方法研究了光波在其中的传播规律 ,发现它同其它光子晶体一样 ,存在周期性的带隙结构 ,在一定的频率范围内 ,光沿横向平面的传播受到抑制 ,沿轴向传播的能量损失降低到最小程度。让介质层的空间周期长度成等差级数变化。且相邻介质层的空间周期长度之差很小 ,带隙结构仍然存在 ,但禁带宽度增大 ,增大的程度还与介质层数有关。当介质层数达到一定数值时 ,除极低的频率范围外 ,所有光波在横向平面均被抑制。     

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。     

一维全息光子晶体基本周期对光子禁带的影响

利用由传输矩阵法得到的一维光子晶体的反射率计算公式,针对具体的一维全息光子晶体周期结构,计算了折射率调制周期的改变以及光学厚度的改变对光子禁带结构的影响．结果表明：随着折射率调制周期参数的增大,禁带宽度减小,禁带中心的位置移向短波;随着光学厚度的增大,禁带宽度增大,禁带中心的位置移向长波．在设计光子晶体时,可以根据需要,通过改变光子晶体基本周期结构的参数来实现对光子带隙的控制．     

2维复式正方晶格结构的完全带隙研究

为了获得较大的完全带隙,采用平面波展开法对2维光子晶体的带隙结构进行计算,通过栅格结构连接方形硅介质柱对正方晶格的带隙结构进行优化。在适当调整介质柱宽度和栅格宽度后,所构成的复式结构获得了较大的完全带隙。结果表明,在正方晶格结构的情况下,只有方形硅介质柱且其宽度为0.5a(a为晶格常数)时,仅存在TE模的带隙;只有同周期硅介质栅格结构且栅格宽度为0.22a时,仅存在TM模的带隙;复式结构的情况下,适当调整介质柱宽度w和栅格宽度d,在w=0.5a和d=0.05a时,可以获得较大的完全带隙,其宽度为0.0417ωe(ωe为中心频率);在w不变时,随着d的变化,在0.04a～0.11a出现完全带隙;在d不变时,随着w的变化,在0.42a～0.76a出现完全带隙;在4～36的范围内调整介电常数,在8.41～36之间能够出现不同宽度的完全带隙。这些结果对2维光子晶体的制作和应用是很有帮助的。     

获得一维光子晶体最大带隙的介质宽度精确组合

采用传输矩阵法对一维光子晶体的带隙结构进行了研究.当介质层的宽度发生改变时,带隙也随之相应地发生变化.数值分析结果表明:通过对介质层不同厚度的组合可获得连续且更大的带隙,运用此方法可在不改变光子晶体材料总体介质厚度的情况下获得理想的滤波效果.