光子晶体及其应用

主要介绍光子晶体的基本概念,光子晶体的晶体结构和能带结构方面的三种计算方法,并简单介绍光子晶体的应用。     

光子晶体的研究进展

阐述了光子晶体理论研究方法。分别对一维、二维、三维光子晶体的研究进展进行介绍,并对光子晶体的应用前景给予了简短的评述。     

带隙可调光子晶体的研究进展

介绍了近几年带隙可调光子晶体的研究进展。带隙调节的机制主要有改变晶体材料的平均折射率和改变晶体的结构参数两种。综述了通过电场调制、磁场调制、压力调制、光照调制、温度调制和复合调制等实现带隙实时可调的研究进展,提出了目前存在的问题及研究方向。     

光子晶体应用研究进展

光子晶体是一种具有光子带隙的新型材料,其概念提出比较早,距今已经过了30年。由于光子晶体具有很多新颖的特性,使其成为微纳光子学和量子光学的重要研究领域。随着微加工技术的进步和理论的深入研究,光子晶体在信息光学以及多功能传感器等其他多个学科中也得到广泛应用。本文从理论上详细综述了光子晶体的各种奇异特性,并从各种特性出发,详细介绍近年来光子晶体在光子晶体光纤、反射镜、滤波器、波导、低阈值激光器、多功能传感器、腔量子电动力学、偏振器、量子信息处理等领域的应用研究,并与传统的器件进行性能比较得出光子晶体器件具有无可比拟的优势。最后提出,随着3D打印制造技术的成熟,光子晶体材料必然会推动信息技术的新一轮革命。     

光子晶体应用研究进展

光子晶体是一种具有光子带隙的新型材料,其概念提出比较早,距今已经过了30年。由于光子晶体具有很多新颖的特性,使其成为微纳光子学和量子光学的重要研究领域。随着微加工技术的进步和理论的深入研究,光子晶体在信息光学以及多功能传感器等其他多个学科中也得到广泛应用。本文从理论上详细综述了光子晶体的各种奇异特性,并从各种特性出发,详细介绍近年来光子晶体在光子晶体光纤、反射镜、滤波器、波导、低阈值激光器、多功能传感器、腔量子电动力学、偏振器、量子信息处理等领域的应用研究,并与传统的器件进行性能比较得出光子晶体器件具有无可比拟的优势。最后提出,随着3D打印制造技术的成熟,光子晶体材料必然会推动信息技术的新一轮革命。     

一维光子晶体的带隙特性研究

一维光子晶体是指介质只在一个方向呈周期性排列的材料。利用薄膜光学的特征矩阵法研究了一维光子晶体的禁带特性，分析了填充率变化、厚度的随机扰动对光子带隙的影响。结果表明，各能级的带隙率随填充率的变化而变化，并且存在一个极大值；厚度的随机扰动对光子带隙也有一定影响，但随机度不同，对光子带隙的影响也不一样。     

决定二维声子晶体带隙的关键材料参数

从弹性波动方程入手,获得决定二维声子晶体z模态带隙的关键材料参数是散射体对基体的质量密度比和剪切模量比.利用平面波展开法计算带隙结构,研究正方点阵、三角点阵以及不同填充率时材料参数对带隙的影响.发现质量密度比对带隙起决定作用.仅以声阻抗比或波速比的大小不能决定带隙的存在和大小.给出不同点阵形式下产生带隙的材料参数取值范围.给出材料参数-带隙图,对以材料参数设计带隙具有直观的指导作用.     

一维光子晶体的带隙特性研究

一维光子晶体是指介质只在一个方向成周期性排列的材料。利用薄膜光学的特征矩阵法研究了一维光子晶体的禁带特性,分析了填充率变化、厚度的随机扰动对光子带隙的影响。结果表明,随着填充率的变化,各能级的带隙率变化,并且存在一个极大值;厚度的随机扰动对光子带隙也有一定的影响,随机度不同,对光子带隙的影响也不一样。本研究对一维光子晶体的设计与制备有一定的参考价值。     

二维光子晶体带隙的计算方法及研究现状

二维光子晶体制备简单,且在可见光范围内更容易产生带隙,在光通信及新型光子器件设计等方面具有重要应用.但当前研究工作中理论计算对实验制备的指导作用明显不够,因此对二维光子晶体带隙的各种计算方法,如平面波展开法、FDTD法、多极法等进行了评述.发现各种方法各有优缺点,如平面波展开方法应用广泛、概念清晰,但收敛速度慢;时域有限差分法通用性适用性强、节约存储空间,但精确度低.通过评述总结出不同方法的适用范围及发展趋势.     

非空气-石英结构PCF的带隙特性分析

光子晶体光纤是近十来年兴起的一个新兴的研究领域,是现今纤维光学的研究重点,光子带隙特性是光子晶体光纤区别传统光纤的主要特征。本文利用全矢量平面波展开法对非空气-石英结构PCF的带隙特性进行分析,并且重点讨论空气孔内填充介电材料对光子带隙存在的影响。     

Band Gap Characteristic and Transmission Spectrum of Ring-shaped Holes Photonic Crystal in THz Range

采用平面波展开法研究了2D三角晶格空气孔型光子晶体的带隙结构和空气环型光子晶体的完全带隙。结果发现空气孔半径R从0.41a到0.49a之间变化时,空气孔型的完全带隙会越大;在同一空气孔半径(R=0.41a~0.47a)下空气环型结构都能得到比空气孔结构更宽的完全带隙,得到最优参数R=0.47a,r=0.133a下的完全带隙为0.1698THz,是空气孔结构的1.15倍。使用时域有限差分法研究了空气环型结构的透射谱,根据计算结果设计了(0.7198~0.8655)THz波段的滤波器。     

三角晶格固/气型声子晶体的弹性波带隙结构

将椭圆钢柱散射体引入到三角晶格固/气型声子晶体中,用平面渡法计算了其带隙结构.研究表明,通过降低散射体横截面的对称度,可在几乎不改变带隙中心频率的条件下获得更宽的低频带隙,还能在极低的填充率下实现低频带隙.随着填充率的增大,带隙变宽,中心频率下降.当散射体绕其中心轴的旋转角度小于60°时,带隙宽度随旋转角度的增大而减小,但带隙中心频率基本不受影响.     

椭圆柱三角晶格固态声子晶体的带隙结构

用平面波法研究了椭圆钢柱与环氧树脂组成的二维三角晶格声子晶体的带隙结构.结果表明,带隙的宽度和中心频率随填充率F或椭圆柱体横截面两半径之比T的变化表现出明显的变化规律;椭圆柱体横截面的对称性越高,带隙越宽;当F很小时,F对带隙中心频率的影响与T关系不大;椭圆柱体绕其中心轴旋转时,带隙的宽度呈现出与中心频率相反的变化规律,而且最小的带隙宽度及最高的中心频率均在柱体旋转60°左右出现.     

近红外光学带隙硅三维光子晶体的制备

用溶剂蒸发法将单分散SiO2微球组装成三维有序结构的胶体晶体模板,用低压化学气相沉积法填充高折射率材料硅,酸洗去除SiO2模板,获得了硅反蛋白石三维光子晶体.通过扫描电镜、X射线衍射仪和紫外-可见-近红外光谱仪对硅反蛋白石三维光子晶体的形貌、成分、结构和光学性能进行了表征.研究结果表明:Si在SiO2微球空隙内具有较高的结晶质量,填充致密均匀;通过控制沉积条件,可控制硅的填充率;制备的硅反蛋白三维光子晶体在近红外区(1.4μm左右)具有明显的光学反射峰,表现出光学带隙效应,测试的光学性能与理论计算基本吻合.     

三组元光子晶体的宽带隙及缺陷模研究

运用时域有限差分(FDTD)方法计算了GaAs/玻璃/空气三组元光子晶体的透射频谱及缺陷模的传输特征,发现GaAs/玻璃/空气三组元体系的最低完全带隙宽度明显宽于玻璃/空气或GaAs/空气二组元体系,适当调整GaAs/玻璃比例可以得到宽带隙;光子晶体中的缺陷会形成局域模式,线型缺陷形成光波波导;设计适当的组合缺陷,并通过缺陷之间的耦合作用可以实现对光波传播的选择性输出.     

光子晶体--一种新型人工带隙材料

光子晶体是近十年来才发展起来的存在光子禁带的一种新型人工材料,具有操控光子行为的独特能力,在众多领域有着广泛的用途.介绍了光子晶体的结构特征,分析了光子带隙产生的物理机理,着重介绍了光子晶体材料中存在的新现象及其应用.     

新型光学/声学带隙材料研究进展

光子晶体/声子晶体研究是材料、物理、光学、化学等学科的一个全新领域和研究热点.概述了光子晶体/声子晶体的特性及应用,比较、综述了光子晶体/声子晶体的研究进展及面临的主要问题,评述和展望了光子晶体/声子晶体的发展趋势和应用前景.     

ZnO光子晶体的自组装工艺及带隙特征研究

以Zn（Ac）2和DEG为原料,采用胶体自组装工艺制备了不同胶粒尺寸的ZnO光子晶体,探索了胶体自组装ZnO光子晶体的制备工艺,研究了自组装温度、溶剂、悬浮液浓度、热处理温度等因素对光子晶体排布平整度、周期性和空间紧密度的影响规律,对各种工艺条件下光子晶体的带隙特征进行了研究,试验结果表明,通过自组装工艺条件选择可实现对光子晶体带隙结构的可控性制备。