可调谐光子带隙晶体的研究进展

近几年来,人们对可调谐光子晶体的兴趣日益增长,并且实际光子器件的应用推动着动态调谐方法的进一步发展。本文主要从光子带隙晶体的调谐机制、调谐途径、所用材料等方面,综述了可调谐光子晶体的研究进展。系统介绍了利用外部应力、电场、磁场、温度等激励,控制晶体结构参数的变化,实现光子带隙的改变;还介绍了通过控制介电材料来改变光子带隙,主要介绍了液晶材料、电光材料等几种常用的材料。比较了不同调谐方法的特点。最后分析了光子晶体带隙调谐的进一步研究方向。     

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。     

变周期结构光子晶体的带隙研究

研究了变周期结构的光子晶体,即两种介质的厚度随单元数增加而变化,并对其光子能带特性进行了分析.研究发现,相对于周期性光子晶体,相同单元数的变周期结构的光子晶体具有更宽的光子能带带隙,且周期非线性变化比线性变化结构有更宽的光子带隙,这样对于同样宽的带隙的光子晶体,可采用较少单元数的变周期结构光子晶体,这一结果有助于光子晶体的广泛应用.     

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.     

相位图法研究光子晶体的禁带

给出了一种判断一维光子晶体禁带位置的相位图,利用扩展相位图可方便地描述光子晶体的禁带位置和禁带特征.研究发现,当光子晶体为1/4波片层堆时,光子晶体的禁带最宽;若要进一步展宽禁带,需提高构成周期单元的两种介质的折射率比.对于一般的光子晶体,若周期单元中两种介质的光学厚度不等,则其禁带中心将偏离中心频率的整数倍.此外还研究了禁带中心区的透射率,给出了中心频率附近透射率的一级近似解析解,并由此定性讨论了Fabry-Perot腔的谱线宽度和品质因子.     

不同单元结构光子晶体的带隙分析

用时域有限差分法数值模拟了电磁波在二维光子晶体的传播,计算结果表明:填充率存在一个最佳值,使光子晶体带隙宽度最大,而带隙中心频率随填充率的增大而向低频移动;介质柱的横截面的形状是影响带隙的一个因素:填充率相同,横截面的形状不同,其带隙位置、宽度不同.     

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.     

Absolute band gap engineering of anisotropic square and triangular photonic crystals

We analyze the band gap properties of two-dimensional photonic crystals created by square and triangular lattices of rods, considering that the rods are formed of a dielectric core surrounded by an interfacial layer of anisotropic tellurium. Using the plane wave analysis, we study the modification of the band gap spectrum when the rods are infiltrated with different dielectric core and discuss the optimization strategies leading to the maximum value of the absolute band gap.     

对—维光子晶体带隙变化规律的研究

本文用光学传输矩阵理论 ,获得了一维光子晶体的带隙 ,并计算了其带隙与填充因子f的关系 ;进而研究了当填充因子不变时 ,带隙的宽度与光波的入射角的关系 ;并做出了它们的关系曲线。这些对于研究和设计二、三维光子晶体的研究具有一定的指导意义     

Compton散射下磁化等离子体光子晶体光子带隙特性

为了研究多光子非线性Compton散射对横向磁光效应磁化等离子体光子晶体光子带隙特性的影响,采用多光子非线性Compton散射模型和时域有限差分法进行了理论分析和实验验证,取得了关于晶体色散和调制不稳定性、光子带宽变化的重要数据,并提出了将入射光和Compton散射光作为磁化等离子体光子晶体色散的新机制.结果表明,Compton散射使等离子体色散增强,耦合电磁波通带变窄、阻带变宽,有效地降低了电磁波传输中的交叉相位调制的不稳定性,频率低于等离子体频率的电磁波在等离子体中的传播几率减小.     

Study of periodic band gap structure of the magnetized plasma photonic crystals

The characteristics of the periodic band gaps of the one dimension magnetized plasma photonic crystals are studied with the piecewise linear current density recursive convolution (PLCDRC) finite-differential time-domain (FDTD) method. In frequency-domain, the transmission coefficients of electromagnetic Gaussian pulses are computed, and the effects of the periodic structure constant, plasma layer thickness and parameters of plasma on the properties of periodic band gaps of magnetized photonic crystals are a...     

Photonic band gap of the photonic crystals with chiral and negative-index materials

In this paper, the photonic band gap of photonic crystals with chiral and negative-index materials alternately is investigated. It is shown that this kind of photonic crystal exhibits very wide photonic band gap. The photonic crystals with a defect layer have a narrow defect mode in the band gap, which can be used as a very good filtering material by choosing the parameters of the defect layer properly.     

对一维光子晶体带隙变化规律的研究

本文用光学传输矩阵理论,获得了一维光子晶体的带隙,并计算了其带隙与填充因子f的关系;进而研究了当填充因子不变时,带隙的宽度与光波的入射角的关系;并做出了它们的关系曲线。这些对于研究和设计二、三维光子晶体的研究具有一定的指导意义。     

光子禁带型遮阳品的设计

为了屏蔽紫外线,提出光子禁带型遮阳品,分别用传输矩阵、时域有限差分法计算紫外线在1维、2维光子禁带型遮阳品中的透射率。结果表明,选取合适的参量,可以设计紫外线的1维、2维光子禁带遮阳品;入射角对1维、2维遮阳品的禁带波长下限都有较大影响。     

单折射率层缓变结构-维光子晶体的能带特性

利用特征矩阵方法研究了一类周期厚度变化的一维光子晶体的能带特性。该光子晶体保持其中一折射率层的几何厚度不变,而另一折射率层的几何厚度缓慢变化。研究表明,与通常的均匀结构光子晶体的带隙相比,这种光子晶体能使光子带隙拓宽。改变高折射率层的几何厚度,光子带隙的拓宽更为显著。在设计光子晶体时,可以根据需要,通过缓慢改变光子晶体某一折射率层的几何厚度可实现对光子带隙的控制。     

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.     

面向集成的光子带隙波导放大器的研究

光子器件向集成化和小型化方向发展。文中利用光子带隙波导弯曲损耗低的特点设计了一种小型折叠式光子带隙波导结构,波导的芯层是稀土掺杂光子材料。在此基础上,建立了高浓度Er~(3+)-Yb~(3+)掺杂能量转移模型,理论模型包括速率方程、功率传输方程和其它辅助方程。对长度为3.5cm的波导增益计算表明,硅酸盐和碲酸盐波导中波长为1530nm的信号增益分别为17.86d B和20.31d B。     

复周期结构光子晶体的禁带特性

为了研究1维复周期全息光子晶体中的禁带特性,采用传输矩阵法进行了理论分析,计算了不同波长制作而成的1维复周期结构全息光子晶体的禁带.结果表明,复周期的禁带等效于两个分周期单独存在时的禁带叠加;当满足一定条件时,复周期的禁带可以实现展宽,展宽后禁带的位置是制作光波单独存在时两个禁带位置的平均值.     

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.     

结构参量对二维三角晶格光子晶体带隙影响规律的研究

本文利用了平面波展开法分别计算了二维三角晶格空气中介质柱和介质中空气孔两种形状的光子晶体,研究了填充率、介电常数对带隙宽度和中心频率的影响规律,研究结果对光子晶体的制作提供了理论依据.