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.     

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。     

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。     

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.     

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。     

缺陷对光子晶体透射能带谱的简并效应研究

为了设计高品质、高性能的光学滤波器和光开关,利用传输矩阵法通过数值计算模拟的方式绘制1维光子晶体的透射能带谱,研究和分析了两缺陷之间距离和缺陷的厚度对光子晶体透射能带谱的简并效应。结果表明,当两缺陷之间距离越大,透射能带谱简并效应越明显,当间距增大到一定数值时,出现分立透射峰完全简并现象;当缺陷厚度整数倍增大时,光子晶体透射能带谱出现简并的趋势,但缺陷厚度奇数倍增大与偶数倍增大时,透射能带谱简并速度不一样,前者的简并速度小于后者的简并速度;缺陷厚度无论是奇数倍增大还是偶数倍增大,光子晶体透射能带谱简并的速度均逐渐减小。缺陷对光子晶体透射能带谱简并效应的调制规律,为光子晶体设计新型光学滤波器件、光学开关及其调制机制等提供了指导。     

InP薄膜网格结构二维光子晶体

使用转移矩阵方法设计了InP薄膜正方网格结构二维光子晶体的带隙结构.计算结果表明:由单胞参数为250nm,填充比为0.45组成的正方网格结构,在可见光和近红外波段有两个不完全带隙存在,透射率接近于零.     

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.     

一维光量子阱滤波性能的研究

利用传输矩阵理论研究了形式为(AB)m(ABBA)n(BA)m一维对称光量子阱结构的传输特性.研究结果表明:一维光量子阱垒区和阱区不同周期数、介质A和介质B不同高低折射率比都会对该结构的禁带宽度和透射率影响很大,而选取不同的中心波长又会影响光量子阱的带隙位置.为了制作更精密的光学开关、光滤波器等光学器件,综合考虑这些因素的影响是十分必要的.     

光子晶体的制备及其应用

简述了光子晶体的基本概念和主要特征,重点阐述了光子晶体的制备方法及其潜在应用。     

含负折射率材料的光子晶体异质结构的能带

构造了(AnBm)s型正负折射率材料交替生成的一维异质结构光子晶体.由于传输矩阵法具有方法简单、计算量低和精确度好等优点,本文利用传输矩阵法来研究电磁波在这种结构中的传输特性.由透射谱可以看出,该结构的光子晶体具有宽窄不同的通带,且整个能带结构不敏感于周期数的变化,而敏感于晶格厚度和入射角的改变:随着晶格厚度的减小,禁带逐渐变宽,在原来的通带区逐渐形成多个禁带,通带区震荡的剧烈程度逐渐减弱;随着入射角的增加,在原来的通带区也会逐渐出现多个禁带,其中在低频区逐渐出现的禁带都比较窄,而在高频区则逐渐出现一个很宽的禁带,并且这个禁带随着入射角的增加而变宽,同时透射峰随入射角的增加而逐渐向低频移动.由此可以看出,这种光子晶体可以同时实现窄带滤波和宽带滤波的双重滤波功能.     

球状光子晶体滤波器

设计一种球状光子晶体滤波器,应用特征矩阵的方法研究了光波在其中的传播规律,发现它同其他光子晶体一样,存在周期性的带隙结构,与一维和二维光子晶体相比较,具有全方向的滤波功能.     

一维光子晶体Si/C60多层膜的透射性质

用传输矩阵法推导了一维光子晶体的透射率公式,研究了[Si(30 nm)/C60(70 nm)N体系当电磁波沿z方向入射时不同周期层数的透射特性.结果表明,当周期数达16时在325～585 nm波段内的透射率基本为零且电磁波损耗最低仅为1％;而在585～825 nm波段存在多个完全透射峰,其半峰宽随波长增加而增加.改变掠...     

光子晶体缺陷模随缺陷结构变化规律及其双模特性的数值研究

本文利用光学传输矩阵理论,对一维光子晶体缺陷层存在和不存在时光子晶体缺陷模进行了研究。计算表明:在计算模型中缺陷层存在与否,都可以产生缺陷模,并从产生机理上给予了解释。计算了不同周期厚度与光的入射角对光子晶体缺陷模的影响,得到了单缺陷层时,双模产生的条件及随缺陷层光学厚度变化的规律,得到的一些结论将有助于我们更好的理解和进一步开发光子晶体的应用。     

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     

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。