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.     

平面波展开法在质量分数测量上的应用研究

为了提出测定果糖质量分数的新方案,采用光子晶体平面波展开法进行了理论分析和数值模拟。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,分别取得了正方晶格和三角晶格的空气孔结构光子晶体的TE模、TM模禁带结构特性。结果表明,在高频率区域,2维正方晶格或三角晶格结构各向同性光子晶体的光子带隙随待测质量分数不同是单调变化的;同时,晶格结构对光子带隙有一定的影响,不论是在正方结构还是三角结构光子晶体中,TE模带隙都比TM模大得多。这对质量分数测量和高血糖患者的临床应用有一定的指导作用。     

平面波展开法在质量分数测量上的应用研究

为了提出测定果糖质量分数的新方案,采用光子晶体平面波展开法进行了理论分析和数值模拟。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,分别取得了正方晶格和三角晶格的空气孔结构光子晶体的TE模、TM模禁带结构特性。结果表明,在高频率区域,2维正方晶格或三角晶格结构各向同性光子晶体的光子带隙随待测质量分数不同是单调变化的;同时,晶格结构对光子带隙有一定的影响,不论是在正方结构还是三角结构光子晶体中,TE模带隙都比TM模大得多。这对质量分数测量和高血糖患者的临床应用有一定的指导作用。     

枕形柱正方晶格二维宽完全带隙光子晶体的全息设计

提出了一种利用多光束全息干涉产生类似结构的方法,系统分析了制备条件对所得结构能带性质的影响,证明这种具有枕形柱的正方晶体可以产生比最佳设计的正方形柱晶体更宽的完全带隙,同时给出了该全息结构的光学制备方法,包括各光束的波矢及偏振态。     

二维光子晶体1.55μm带隙中心的优化设计

利用平面波展开法对正方晶格二维光子晶体带隙随结构参数的变化进行了研究,计算结果表明,能带频率随着归一化半径r/a的增大有减小的趋势,带隙宽度是先增大后减小.带隙宽度随介电常数比ε的变大而增加,能带频率有减小的趋势.当格子常数a=0.594μm,r/a=0.16,ε=13时得到能带中心波长为1.55μm,最大能带归一化频率宽度为0.15.     

太赫兹波在光子晶体中的传输特性

为了研究太赫兹波在2维正方晶格光子晶体中的传播特性,利用平面波展开法数值模拟了光子晶体能带结构和态密度分布。计算表明,E偏振当填充率f=0.6362和H偏振当填充率f=0.7845时出现最大光子带隙,在f=0.7791出现最大完全光子带隙;增加介电常数的差值,也增加了太赫兹波在正方晶格光子晶体中传输的带隙;光子晶体态密度的分布验证了存在光子带隙的范围。研究结果为太赫兹波器件的开发提供了理论依据。     

2维各向异性正方介质柱的带隙研究

因各向同性介质组成的正方晶格方形介质柱不能产生绝对带隙,而三角晶格正方介质柱可以产生很小的带隙,为了得到更大带隙,引入各向异性介质来代替各向同性介质,由于各向异性介质在不同方向上的介电常数不同,可以产生较大的绝对带隙,利用平面波展开法分别计算了正方晶格各向异性介质柱产生的绝对带隙宽度为0.03095ωe(ωe为中心频率),三角晶格各向异性正方介质柱产生的完全禁带宽度为0.03831ωe,是各向同性介质所产生带宽的3.6倍。这一结果对光子晶体带隙的研究是很有帮助的。     

二维复周期光子晶体的带隙结构

提出了由二维六边形结构和三角结构叠合构成的复周期光子晶体 ,利用平面波展开法计算了由空气中的介质圆柱棒组成的该复周期光子晶体的带结构。结果表明二维六边形结构和三角结构叠合构成的复周期结构的光子晶体可以形成很宽的TE波光子带隙 ,并且具有较宽的TE波和TM波带隙重叠的绝对光子带隙     

折射率可调的二维光子晶体设计与特性

光子晶体在传感、滤波和光子晶体激光器等方面具有很重要的应用价值。设计了一种基于改变缺陷介质折射率的可调谐二维正方晶格和三角晶格光子晶体激光器微腔,在平面光子晶体薄板中引入点缺陷磷酸氧钛钾(KTP),在KTP两端施加交流电场控制KTP晶体折射率变化。实验中随着KTP晶体折射率逐渐增大,正方晶格光子晶体禁带数量减少,归一化频率减小,禁带宽度基本不变;而三角晶格光子晶体禁带逐渐变窄,且向低频方向移动。最后,用平面波展开法分析了晶体的能带结构,得到理论上的描述,验证了实验结果。     

太赫兹波段光子晶体传输特性的研究

为了得到光子晶体太赫兹波段的传输特性,研究了晶体材料和晶体类型两个主要因素对传输特性的影响。利用MATLAB程序分别优化计算得到宽禁带和窄禁带光子晶体材料的最大完全带隙以及不同晶格结构和最大完全带隙之间的关系。对于相同晶格结构,带隙随介电常数比增大,对于不同晶格结构,三角晶格形成的最大带隙最大,最后根据太赫兹波的性质设计了太赫兹传输器件。研究结果为太赫兹波器件的开发提供了理论依据。     

Formation of absolute PBG of 2D square lattice by changing the shapes and orientations of rods

In this paper, the effects of shapes and orientations of rods on absolute PBGs in 2D square lattice are studied. By replacing round rods with square rods, which sides are along with the direction of elementary lattices vectors, the absolute PBGs in 2D square lattice with wave vector in periodic plane and off periodic plane have been studied and then through changing the square rods orientation, the changing of the width and position of PBG has been obtained.     

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。     

填充率对有限高度二维光子晶体带隙的影响

针对三角晶格空气孔和四方晶格介质柱这两种结构的有限高度二维光子晶体,用平面波展开法计算它们在不同填充率下的带隙结构,分析了带隙特性及填充率对带隙结构的影响。结果表明,晶胞中的空气所占的比例较大时,带隙的位置向高频方向移动,带隙宽度则在逐渐增大的同时又受到光锥边界的限制,结构参数为相对介电常数2和12,总高度为3L1;三角和四方晶格的中间层高度分别为L1=0．6a和L1=1.5a时,填充率r／a分别取0．42和0．19可得到较大的带隙,范围分别是(0．30～0．45)和(0．34～0．45)wa／2πc。     

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.     

Differences of Band Gap Characteristics of Square and Triangular Lattice Photonic Crystals in Terahertz Range

Band gap characteristics of the photonic crystals in terahertz range with square lattice and triangular lattice of GaAs cylinders are comparatively studied by means of plane wave method (PWM). The influence of the radius on the band gap width is analyzed and the critical values where the band gap appears are put forward. The results show that the maximum band gap width of photonic crystal with triangular lattice of GaAs cylinders is much wider than that of photonic crystal with square lattice. The research provides a theoretic basis for the development of t rahertz (THz) devices.     

Differences of Band Gap Characteristics of Square and Triangular Lattice Photonic Crystals in Terahertz Range

Band gap characteristics of the photonic crystals in terahertz range with square lattice and triangular lattice of GaAs cylinders are comparatively studied by means of plane wave method （PWM）. The influence of the radius on the band gap width is analyzed and the critical values where the band gap appears are put forward. The results show that the maximum band gap width of photonic crystal with triangular lattice of GaAs cylinders is much wider than that of photonic crystal with square lattice. The research provides a theoretic basis for the development of terahertz （THz） devices.     

Numerical simulation of absolute photonic band gaps for two-dimensional photonic crystals with the rotational square lattice

The band gap of two-dimensional (2D) photonic crystals with the square lattice of rotational square air columns made of GaAs and Ge is analyzed by the plane wave expansion method. The effects of dielectric refractive index and crystal structures on the absolute photonic band gap are investigated. The results show that the maximum absolute photonic band gap emerges when the square air columns are rotated for 30° and the filling ratio f of the medium is 0.3276. It is also noticed that absolute photonic band gaps appear when the refractive index of the medium (n) is 2.61. When n=3.70, the width of the absolute photonic bandgaps reaches the maximum.