一维固-液掺杂声子晶体缺陷模的干涉理论

建立了一维掺杂声子晶体的多波束干涉模型,利用波的干涉理论推导出一维掺杂声子晶体缺陷模的透射率公式和频率公式,成功地解释了一维掺杂声子晶体中缺陷模产生的物理机理。利用干涉理论和转移矩阵法对一维掺杂声子晶体缺陷模的特征进行了比较研究,两者的结论一致。     

一维光子晶体缺陷模光场分布的色散效应

利用特征矩阵的方法推导出光在一维掺杂光子晶体中光场的分布公式,利用光场的分布公式和材料的色散公式研究了杂质色散对一维掺杂光子晶体缺陷模和禁带光场分布的影响。研究表明:杂质色散对一维掺杂光子晶体缺陷模的光场的分布会产生明显的影响,杂质色散会使缺陷模的光场的峰值明显降低,会使光场分布的半高宽明显减小。     

一种研究一维光子晶体缺陷模的新方法——解析法

为了解析地研究一维光子晶体的缺陷模,利用多光束干涉原理和布洛赫定理,推导出一维光子晶体缺陷模的解析公式.利用它对一维光子晶体的缺陷模进行了解析研究,得到了缺陷模的变化规律.这一方法克服了特征矩阵法和F-P法不能对缺陷模进行解析分析的弱点,是一种研究一维光子晶体缺陷模的精确和有效的方法.     

固-液结构平板掺杂声子晶体的滤波特性

为了研究一维固-液结构平板掺杂声子晶体的滤波特性,利用一维固-液结构平板掺杂声子晶体中弹性波横向受限的条件,推导出弹性波在一维固-液结构平板掺杂声子晶体中各个模式满足的关系式。研究了弹性波各模式的缺陷模随模式量子数和杂质厚度的变化规律。这些结果可用于声子晶体滤波器的设计。     

可调谐声子晶体滤波器的设计

推导出一维掺杂声子晶体的转移矩阵,研究了一维掺杂声子晶体的缺陷模随杂质厚度和声子晶体的声阻抗的变化特征。设计出能很好地满足设计要求,滤波通道的频率半高宽的可调范围在4~18 Hz,滤波通道的频率可调范围达1 750 Hz的可调谐一维声子晶体滤波器。     

杂质吸收对一维光子晶体缺陷模的影响

为了研究杂质吸收对一维光子晶体缺陷模的影响,采用复折射率和法布里-珀罗(F-P)干涉法,计算出掺有吸收杂质的一维光子晶体的缺陷模透射率和反射率随消光系数的变化特征。得出消光系数对一维掺杂光子晶体的缺陷模的透射率和反射率会产生显著的影响。当消光系数由0增加到0.03时缺陷模的透射率由1减少为0。当消光系数由0增加到0.03时缺陷模的反射率由0增加到0.86。消光系数增加时反射波中的缺陷模宽度会增大,而消光系数的变化对透射波中的缺陷模宽度影响很小。     

一维固-固结构声子晶体中SH波的声场分布

利用转移矩阵法推导出SH波在一维固-固结构声子晶体中声场的分布公式,利用这个公式研究了一维固-固结构声子晶体中声场的分布特征。禁带中声场随着SH波在一维固-固结构声子晶体内部传播深度的增加而迅速衰减。导带中声场不随SH波的传播深度的增加而衰减。这些特征的获得深化了对SH波在一维固-固结构声子晶体的禁带和导带的形成的认识。     

一维掺杂光子晶体缺陷模的全貌特征

通过一维掺杂光子晶体缺陷模的三个不同角度的立体图以及它们对应的俯视切面图,全面地研究了缺陷模随杂质光学厚度、杂质折射率以及光子晶体折射率的变化关系,得出了一维掺杂光子晶体缺陷模的全貌特征,并得到以下重要结论:缺陷模透射峰随杂质光学厚度变化呈周期性的出现,在同一周期上缺陷模的波长随杂质光学厚度呈线性变化;缺陷模透射峰的半高宽度随杂质折射率的增加而减小,但陷模透射峰的高度不受杂质折射率变化的影响;光子晶体的折射率对缺陷模透射峰的峰高和半高宽度都有显著的影响.     

声子晶体中SH波的全反射隧穿滤波特性

利用边界条件推导出SH波在多层介质系统中的转移矩阵,得出了SH波在一维固-固结构声子晶体中的透射率公式.利用透射率公式研究了SH波在一维固-固结构声子晶体中的全反射隧穿滤波的特征.实验得出,SH波以大于全反射角入射一维固-固结构声子晶体时,在出射空间会出现全反射隧穿现象,利用SH波的全反射隧穿现象可实现多通道滤波.     

半无限周期光子晶体全反射隧穿机理的干涉诠释

为了解释一维半无限周期光子晶体全反射隧穿效应的产生机理,利用光的干涉理论推导出一维半无限周期光子晶体的全反射隧穿峰的透射率公式和波长公式,成功地解释了一维半无限周期光子晶体的全反射隧穿现象的产生机理。并利用干涉理论和共振理论对一维半无限周期光子晶体全反射隧穿现象的特征进行了比较研究,两者的结论是一致的。     

有限周期声子晶体中SH波能带的波叠加理论

利用波的叠加原理推导出一维有限周期声子晶体中偏振方向垂直于入射面的横波(SH)的透射率公式,即建立了一种研究一维有限周期声子晶体中SH波能带的新方法——波叠加法。将波叠加法和转移矩阵法进行了比较研究,结果表明,波叠加法与转移矩阵法的结果一致。波叠加法既具有转移矩阵法能对能带进行数值计算的优点,又克服了转移矩阵法不能解释能带的产生原因的缺点。因此,波叠加法是研究一维有限周期声子晶体中SH波能带的一种更有效的方法。     

一维有限周期光子晶体全反射隧穿的多光束干涉理论

为了解释一维有限周期光子晶体全反射隧穿效应的产生原因,利用多光束干涉理论得出了一维有限周期光子晶体的全反射隧穿导带的透射率公式和频率中心公式,成功地解释了一维有限周期光子晶体的全反射隧穿现象的产生原因。利用透射率公式和频率中心公式研究了全反射隧穿导带随周期数、周期光学厚度以及入射角的变化规律。     

非对称掺杂的一维声子晶体的缺陷模特性

利用转移矩阵法,计算了弹性波在该非对称掺杂声子晶体中的传播特性.结果表明,缺陷模出现在中心频率一半的两侧附近;缺陷模的峰值随着介质吸收系数的增加而显著下降,同时带宽加宽;杂质厚度增加时缺陷模透射峰值变化很小,但带宽变窄.另外,掺杂介质两侧的周期对称性越差,缺陷模的变化越显著.     

1维方形掺杂光子晶体波导中缺陷模的色散特性

为了研究1维方形掺杂光子晶体波导中缺陷模的色散,采用特征矩阵的方法研究了1维方形掺杂光子晶体波导中TE波和TM波缺陷模的变化特征,得到了TE波和TM波的缺陷模随色散强度、色散厚度变化的结果。结果表明,色散强度和色散厚度都会对1维方形掺杂光子晶体波导中TE波和TM波的缺陷模产生明显的影响;利用TE波和TM波的缺陷模随色散强度、色散厚度的变化规律,可以有效地实现对1维方形掺杂光子晶体波导中TE波和TM波各传输模式的有效控制。     

3D Micro‐ and Nanostructures via Interference Lithography

Interference lithography (IL) holds the promise of fabricating large‐area, defect‐free 3D structures on the submicrometer scale both rapidly and cheaply. A stationary spatial variation of intensity is created by the interference of two or more beams of light. The pattern that emerges out of the intensity distribution is transferred to a light sensitive medium, such as a photoresist, and after development yields a 3D bicontinuous photoresist/air structure. Importantly, by a proper choice of beam parameters one can control the geometrical elements and volume fraction of the structures. This article provides an overview of the fabrication of 3D structures via IL (e.g., the formation of interference patterns, their dependence on beam parameters and several requirements for the photoresist) and highlights some of our recent efforts in the applications of these 3D structures in photonic crystals, phononic crystals and as microframes, and for the synthesis of highly non spherical polymer particles. Our discussion concludes with perspectives on the future directions in which this technique could be pursued.     

含负折射率材料一维掺杂光子晶体的缺陷模特性研究

采用光学传输矩阵给出了含负折射率材料一维掺杂光子晶体的特征矩阵,研究了缺陷模的相关特性,经数值模拟计算得出：改变负折射率的大小、杂质的吸收系数和厚度,缺陷模的中心频率位置不变,缺陷模透射率随负折射率的减小而降低,透射谱的频率宽度也逐渐减小,同时缺陷模的半高宽度随消光系数和杂质厚度增大而增宽。光子晶体的这些特性将为光的传输控制、全反射镜和滤波器的设计等提供理论依据。