一维半导体-有机物型光子晶体的光学特性

理论上采用转移矩阵法研究了具有P3OT/AlN多层膜结构的一维半导体-有机物型光子晶体的光学特性. 计算结果表明：由厚度分别为30,30nm的P3OT,AlN薄膜组成的多层膜结构,在中心波段为275nm处有一不完全的光子带隙存在,反射率最高可达98%;而且可以通过调整薄膜厚度、填充比等参数对光子带隙的位置、反射强度进行调制. 因此,这种一维半导体-有机物型光子晶体对在紫外波段获得具有一定功能的光子晶体具有重要的指导意义.     

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。     

对称型正负交替一维光子晶体超窄带滤波器

构造了(AB)N1(BA)N2对称型正负折射率交替一维光子晶体,并利用传输矩阵法进行数值模拟,研究了这种正负折射率交替一维光子晶体的能带结构与各参数之间的关系.结果表明:当两种材料的光学厚度相同时,该结构光子晶体比传统的光子晶体的带隙大得多,且在主禁带内有极窄的透射带.并利用此透射带,设计了一种在红外波段1550nm窗口3dB带宽可以做到0.000001nm以下,窗口内透过率接近100%的超窄带滤波器.该结构的光子晶体可以用作超窄带滤波器,有望在光通信超密集波分复用系统中获得广泛应用.     

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.     

含激活介质的一维光子晶体缺陷模特性研究

首先研究了(AB)6A(BA)6型一维光子晶体带隙特征,然后将激活介质C替代中间位置的A,构成(AB)6C(BA)6型光子晶体,并用数值模拟法研究了缺陷层C的厚度和折射率对光子晶体带隙的影响.结果显示这种含有激活介质的光子晶体具有一些新的特征,在原来的禁带位置出现了透射率大于1的透射窄带,并且透射窄带的数目和透射率可以通过改变缺陷层的相关参数调节.这些现象都可以用布拉格散射和法布里一珀罗共振原理得到解释.     

一维ZnO光子晶体带隙的FDTD法模拟研究

介绍了时域有限差分法(FDTD)的基本原理,设计了一个由ZnO和MgF2组成的一维光子晶体模型,并对光子晶体中传播的电磁场作了模拟和分析,通过对光子晶体透射谱的研究,详细讨论了不同周期数、不同厚度和不同厚度比对光子晶体带隙的影响,最后通过在周期薄膜层状结构中引入缺陷层构造了光子缺陷态。     

TiO2/SiO2多层膜系一维光子晶体缺陷态特性研究

建立了一种基于TiO2/SiO2多层膜系并含缺陷层的一维光子晶体模型。基于时域有限差分(FDTD)算法,对其基本层周期数,缺陷层位置、光学厚度以及不同材料等情况下的带隙特性在理论上进行了系统的模拟与分析,发现这种一维光子晶体的缺陷态的透过率和带隙宽度受基本层周期数、缺陷层所在位置和材料的影响较大,而缺陷态中心波长位置仅由缺陷层的光学厚度决定。     

无序一维三元光子晶体的能带特性研究

运用光学传输矩阵理论，研究了具有无序结构的一维三元光子晶体的能带特性。结果表明，与周期结构相比，无序结构可以显著地拓宽光子晶体的光子带隙；随取无序膜层数目的增加，带隙逐渐变宽，3种折射率介质均取无序的情况下，带隙拓宽到550～1800nm的区间范围，是周期结构光子晶体带隙宽度的2倍多。讨论了无序度、不同折射率分布对带隙的影响，随着无序度和高低折射率的差别的增大，带隙变宽。     

一种具有光放大功能的滤波器设计

设计了包含缺陷层和多层异质结构的混合结构的一维光子晶体,然后在光子晶体中加入泵浦源.用传输矩阵法研究了加入泵浦源前后光子晶体的透射谱,结果发现该混合结构的光子晶体具有非常宽周且平坦的禁带,且在此禁带内只有一条极窄的透射带,加入激励源后的透射带透射率远远大于1,并且透射带的透射率和位置都可以通过调节光子晶体的参数来改变.利用这些特性,设计了一种具有放大功能的宽禁带超窄单通滤波器,当激活系数取0.033 4时,在1000～2000 nm的禁带范围内只有在红外波段1550 nm处出现一条透射率为1.1×106,3 Db带宽为0.005 nm的透射窄带.     

厚度误差对特定波段光子晶体温度传感器的影响

以工作在特定波段的光子晶体温度传感器作为研究对象,通过具体的数值模拟发现:温度变化时,基于光子晶体的热膨胀效应和热光效应,透射峰峰值保持不变,同时透射峰和光子带隙发生漂移。测量透射峰中心波长或光子带隙的起始波长即可得到光子晶体对温度变化的灵敏度。分析了介质层的厚度误差对光子晶体温感特性的影响。引入误差后,透射峰与光子晶体温度传感器的灵敏度保持不变,但透射峰的中心波长与光子带隙所在波段发生改变,从而影响了光子晶体温度传感器的工作波段。     

Si/C60多层膜一维光子晶体的光学特性

The feasibility of using Si/C60 multilayer films as one-dimensional （1D） photonic band gap crystals was investigated by theoretical calculations using a transfer matrix method （TMM）. The response has been studied both within and out of the periodic plane of Si/C60 multilayers. It is found that Si/C60 multilayer films show incomplete photonic band gap （PBG） behavior in the visible frequency range. The fabricated Si/C60 multilayers with two pairs of 70 nm C60 and 30 nm Si layers exhibit a PBG at central wavelength of about 600 nm, and the highest re？ectivity can reach 99%. As a consequence, this photonic crystal may be important for fabricating a photonic crystal with an incomplete band gap in the visible frequency range.     

Optical properties in 1D photonic crystal structure using Si/C60 multilayers

The feasibility of using Si/C60 mulfilayer films as one-dimensional(1D)photonie band gap crystals was investigated by theoretical calculations using a transfer matrix method(TMM).The response has been studied both within and out of the periodic plane of Si/C60 multilayers.It is found that Si/C60 multilayer films show incomplete photonic band gap(PBG)behavior in the visible frequency range.The fabricated Si/C60 multilayers with two pairs of 70 am C60 and 30 nm Si layers exhibit a PBG at central wavelength of about 600 nm.and the highest reflectivity call reach 99%.As a consequence,this photonic crystal may be important for fabricating a photonic crystal with an incomplete band gap in the visible frequency range.     

平面波展开法在质量分数测量上的应用研究

为了提出测定果糖质量分数的新方案,采用光子晶体平面波展开法进行了理论分析和数值模拟。通过研究以硅半导体材料为背景介质周期性排列空气孔圆柱构成的光子晶体,分别取得了正方晶格和三角晶格的空气孔结构光子晶体的TE模、TM模禁带结构特性。结果表明,在高频率区域,2维正方晶格或三角晶格结构各向同性光子晶体的光子带隙随待测质量分数不同是单调变化的;同时,晶格结构对光子带隙有一定的影响,不论是在正方结构还是三角结构光子晶体中,TE模带隙都比TM模大得多。这对质量分数测量和高血糖患者的临床应用有一定的指导作用。     

Optical Properties of One-dimensional Three-component Photonic Band Gap Structure

1　IntroductionMaterialswithPhotonicBandGaps (PBG’s)havebeenwidelystudiedboththeoreticallyandex perimentallyinthepastfew years[1～ 4] .Theexis tenceofgaps,which prohibitthepropagationofelectromagnetic (EM )wavesinacertainrangeoffrequencies,canhavesignificantimpactsbothinsci enceandtechnology .Manypracticalapplicationsofthesestructureshavebeensuggestedanddemon strated ,suchasPhotonicCrystal (PC)microcavi ties[5] ,infraredPC[6] ,PClens[7] ,suppressingspontaneousemission ,manipulatinglight…     

Photoluminescence of ZnO infiltrated into a three-dimensional photonic crystal

The effect of the photonic band gap (stopband) of the photonic crystal, the synthesized SiO₂ opal with embedded zinc oxide, on its luminescence in the violet spectral region is studied. It is shown that the position of the photonic band gap in the luminescence and reflectance spectra of the infiltrated opal depends on the diameter of the constituent nanoglobules, the volume fraction of zinc oxide, and on the signal’s acceptance angle. It is found that, for the ZnO-opal nanocomposites, the emission intensity is decreased and the luminescence decay time is increased in the spatial directions, in which the photonic band gap coincides in spectral position with the luminescence peak of zinc oxide. The change in the decay time can be attributed to the change in the local density of photonic states in the photonic band gap.     

Numerical simulation of absolute photonic band gaps for two-dimensional photonic crystals with the rotational square lattice

The band gap of two-dimensional (2D) photonic crystals with the square lattice of rotational square air columns made of GaAs and Ge is analyzed by the plane wave expansion method. The effects of dielectric refractive index and crystal structures on the absolute photonic band gap are investigated. The results show that the maximum absolute photonic band gap emerges when the square air columns are rotated for 30° and the filling ratio f of the medium is 0.3276. It is also noticed that absolute photonic band gaps appear when the refractive index of the medium (n) is 2.61. When n=3.70, the width of the absolute photonic bandgaps reaches the maximum.     

波分复用各向异性光子晶体滤波器

从光子晶体的光子频率禁带特性出发，提出了用两个或两个以上的各向异性周期结构光子晶体叠加在一起，形成叠层结构光子晶体，以获得窄带滤波特性的设想；利用光学传输矩阵法研究了这种结构的光子晶体，分析了在不同入射角和折射率条件下，该周期结构的透射和偏振的光学特性。分析表明，各向异性光子晶体在折射率比值较大或与高折射率各向同性介质结合使用，可以获得较窄的通带，从而实现滤波。数值模拟的结果也证实了上述构思的正确性。     

近红外波段二维环形光子晶体

提出了带隙在近红外波段的环形光子晶体，主要有一系列环形的孔在背景材料为GaAs上构成. 发现带隙不依赖于入射方向，很少的几排即可在透过谱上产生带隙. 六角形构成的环形光子晶体的S波和P波的透过谱显示有一个完全带隙存在，带宽-带隙中心比率高达11%.     

金刚石结构光子晶体的计算与制备

通过平面波法计算金刚石结构光子晶体的禁带特征,得出:当RA=0.16时,禁带宽度最大;当晶格常数a=8.5mm时,对应的最大禁带宽度为3.5GHz,对应的禁带范围为15.3～18.7GHz.利用CAD软件设计了在x,y,z三个方向上的周期数分别为2,4,6的金刚石结构的光子晶体模型,并采用立体印刷技术制备出了17.4mm×36.54mm× 54.32mm的三维微波金刚石光子晶体.最终通过HP网络测试仪对样品的禁带特征进行测试,结果表明;在晶体的＜100》方向上存在频率为14.7～18.5GHz的光子禁带,这与理论值相一致.当电磁波频率为17GHz时,对应的衰减率为-30dB.