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。     

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.     

复周期结构光子晶体的光子能带特性研究

本文构思了一种每个周期内部有几个不同的小单元的复周期结构光子晶体，并利用光学传输矩阵法对这种光子晶体进行了数值模拟计算。计算结果表明，这种复周期结构光子晶体比普通结构的光子晶体多出1个大的光子禁带区。适当调整参数还可以分别获得多通道窄带滤波特性、带通滤液特性和窄带透过特性。     

1维3元磁化等离子体光子晶体传输特性分析

为了研究1维3元磁化等离子体光子晶体的传输特性,采用传输矩阵法得到了TE波通过1维3元磁化等离子体光子晶体后的左旋和右旋极化波的传输特性,用计算得到的透射系数来讨论了周期常数、介电常数、介质层厚度和等离子体参量对其传输特性的影响。结果表明,改变介电常数、介质层厚度和等离子体频率可以实现对禁带数目和宽度的调谐,改变周期数和等离子体碰撞频率不能影响禁带带宽;等离子体回旋频率仅仅能影响右旋极化波的禁带带宽,对左旋极化波的禁带带宽无影响。这为设计1维3元磁化等离子体光子晶体器件提供了理论参考。     

1维等离子体光子晶体截止频率的研究

为了研究1维等离子体光子晶体的截止频率随介质材料的介电常数、等离子体频率、等离子体与介质材料厚度的比例系数以及入射角度的变化关系,采用传输矩阵方法,分析了1维等离子体光子晶体的色散关系,给出了截止频率的变化规律。结果表明,等离子体光子晶体不能完全截止任何小于等离子体频率的电磁波;随着入射角度的增加,截止频率逐渐趋向于等离子体频率;通过调节以上各参量,可实现等离子体光子晶体的可调谐功能。这与单纯等离子体截止频率相比,具有其鲜明特点。     

二维光子晶体的带隙分析

研究了三角形二维光子晶体的带隙随结构参数的变化规律。计算表明 ,对于空气柱等边三角形二维光子晶体 ,当介电常数比为 13:1时 ,最佳填充比为 0 .78,最大带宽是 0 .0 94 (Δωa/2πc) ;当填充比固定时 ,介电常数比大于 8才会有带隙出现 ,且介电常数比越大 ,带隙越宽 ;两个晶格矢量的夹角与最佳夹角偏离 60° ,向上最大达到 74°、向下最大达到 4 6°时带隙消失。     

1维石墨烯光子晶体的电磁吸收特性

为了研究1维石墨烯光子晶体在可见光波段的吸收特性,采用传输矩阵的方法进行了理论分析和数值仿真,得到了1维石墨烯吸收特性与石墨烯层数、缺陷层介质厚度、电磁波模式有关的结果。结果表明,增加石墨烯层数时,对波长为556nm左右的绿光的吸收作用明显增强;缺陷层介质厚度增加时会引起吸收峰的增加;在TE模式下,入射角对石墨烯光子晶体吸收特性影响较小。该研究结果为1维石墨烯光子晶体吸收器的设计提供了理论依据。     

光子晶体光纤的能带结构计算

光子晶体光纤具有传输距离长、通信容量大以及可适用的激光波长多等优点,是光纤通信理想的传输介质。简要介绍了光子晶体光纤(PCF)的结构特征、研究光子晶体光纤的多种理论方法。并对时域有限差分方法给出了较详细的描述,得出了时域离散化的麦克斯韦旋度方程。基于上述理论方法,编制了计算机程序对六角晶格结构的光子晶体光纤的能带结构进行了计算,给出了六角晶格结构的光子晶体光纤的能带结构计算结果,与其他研究者报道的结果吻合。     

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。     

三层单负材料为周期单元异质结构光子晶体的透射特性

应用传输矩阵法研究了以三层单负材料组成周期单元的异质结构光子晶体(ABA)M(CDC)N(ABA)M(CDC)N的光子禁带,相比于由两层单负材料构成的光子晶体(AB)M,具有更狭窄的通带,对结构周期数和入射角同样是不敏感。研究还发现,平均介电常数和平均磁导率均为零的该异质结构,其能带宽度随晶格常数的增大而逐渐变窄,这一特性可以用来设计单通道滤波器件,同时由于电磁波有效波矢量为零,利用这一特点可以设计零有效相位延迟滤波器。     

含正负介质光子晶体在角度入射情况下的带隙结构变化

采用传输矩阵法研究了在角度入射情况下由PIM/NIM组成的一维光子晶体的透射谱,得到其带隙结构的变化规律:光子晶体的带隙结构会随着入射角的改变而改变,尤其对于色散的NIM与PIM组成的一维光子晶体,在nN≈0附近会产生一个新的带隙,新带隙的中心位置保持不变,但宽度会随着入射角的增大而变宽;第一级Bragg隙的中心位置和隙宽也随着入射角的变化而变化,这为二次谐波效应实现完全相位匹配创造了条件.     

面心立方3维光子晶体带隙数值研究

为了数值研究面心立方晶格球形散射体3维光子晶体能带结构,采用平面波展开方法分别计算了空气中的介质球与介质中的空气球在不同参量下的能带.结果表明,空气中的介质球不论选任何参量都不出现完全禁带,介质中的空气球在选取适当参量时能出现禁带,禁带宽度与适当空气球半径、适当基质介电常数的关系相似,禁带位置中心坐标与适当空气球半径、适当基质介电常数的关系相反.此结论推广和补充了相关文献的研究.     

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.     

方形螺旋光子晶体的能带结构研究

介电常数在三维空间成周期性分布的三维光子晶体因具有全光子带隙而具有重要的应用价值。一种由方形螺旋周期性排列而成光子晶体不仅具有稳定的宽光子带隙,并且可以通过一种基于物理气相沉积的倾斜角沉积法经一步制备完成而具有自组装制备的优势。本文通过数值计算对方形螺旋光子晶体进行能带计算与优化,得到了一种宽带隙方形螺旋结构,并且研究了占空比与带隙宽度的统计分布,讨论了螺旋结构方位角对带隙宽度的影响。     

光子晶体禁带结构算法的几点讨论

本文对光子晶体禁带结构的几种算法进行了比较,分析了它们的优缺点,同时还从理论上解释了不同晶格结构产生完全带隙大小的原因,结论为光子晶体算法和结构提供了一些理论依据。     

左右手材料光子晶体能带结构及表面波色散关系

根据平面波展开的传输矩阵理论及布洛赫定理,通过参数匹配的方式,研究零平均折射率及表面含覆盖介质层条件下左右手材料光子晶体的能带结构和表面波的色散关系,结果表明:零平均折射率条件下,左右手材料光子晶体不同于正折射率材料光子晶体,能带结构中出现半封闭状禁带、封闭状禁带和通带,且通带中的分立能级沿着低频方向呈现振荡衰减和多重简并趋势,能带结构沿着波矢绝对值增大方向趋于简并至消逝。添加表面覆盖介质层的左右手材料光子晶体支持正反表面波和反向表面波的传播,部分半封闭状或封闭状禁带边缘出现简并能级分裂,形成禁带中斜率有正有负的分立色散曲线。表面覆盖介质层厚度可调制色散曲线的频率位置和数目,随覆盖介质层厚度增大,分立色散曲线向波矢减小方向移动,且高频区域半封闭状禁带中的色散曲线在覆盖介质层厚度达到一定数值时还出现耦合分裂现象,但覆盖介质层厚度变化对能级的多重简并和通带与禁带的简并态不产生影响。左右手材料光子晶体的能带结构特点和表面波色散特性,可为新型光波导器件的研究和设计等提供指导。     

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。     

材料特性对金刚石结构三维光子晶体带隙特性的影响

应用平面波展开法研究了ZnO、ALAs、CaP和HgTe四种材料构成金刚石三维光子晶体形成的带隙结构,结果发现随着四种材料的折射率和介电常数增加,带隙宽度也逐渐增加,高介电常数的材料容易形成较宽的光子晶体带隙,研究结果为金刚石结构三维光子晶体的制备提供参考.