光子晶体在光催化领域的研究进展

光子晶体是由具有不同介电常数的物质,在空间按照周期性排列形成具有光子带隙的介电结构材料.光子带隙中的慢光子和带隙反射可以促进光子的捕获和控制光与物质之间的相互作用.基于光子晶体独特的光学特性和较大的比表面积,将光子晶体结构引入到半导体光催化材料的设计中,可以有效地增强光催化反应活性.本文介绍了三维光子晶体的制备方法及慢光子效应,总结了光子晶体特别是反蛋白石结构的光子晶体作为光催化剂在废水净化、制氢、二氧化碳的转化等领域的研究进展,并针对光子晶体光催化剂面临的挑战,提出了开发具有不同折射率和周期性的多层三维光子晶体,促进光子晶体在光催化领域的应用.     

光子晶体在Si基发光器件中的应用

在Si基集成光电子学的发展中,实现高效的Si基光源始终是人们期待的目标.但是Si材料的间接带隙特性导致其发光效率低.目前,已经探索了多种Si基材料体系以提高Si材料的发光效率,但是尚未取得突破性的进展.近年来,光子晶体以其独特的控光能力而备受人们的关注,将光子晶体引入到Si基材料体系中可以显著提高Si基材料的发光效率,这无疑对Si基光电子学的发展起到了重要的贡献.本文简述了利用光子晶体提高Si基材料发光效率的机制,介绍了光子晶体在几种Si基材料中的应用,探索了Si基光子晶体发光器件的潜在应用前景.     

三维光子晶体研究进展

光子晶体是电子晶体的光学相似物,它是一种周期性的介电结构物,根据晶体的对称性,其介电常数在空间是变化的.三维光子晶体具有完全的光子带隙,在该结构中某一能量范围,光子不能在任一方向传播,这种光学特性在科学上有重要的应用价值.阐述了三维光子晶体结构具有潜在的光学特性,介绍了一些制备方法和存在的难题,以及对未来三维光子晶体的展望.     

光子晶体

光子晶体是20世纪80年代末提出的新概念和新材料,光子晶体中存在着光子能隙,正是由于这种光子能隙的出现,产生许多新的物理现象,这种新的物理现象具有重大的理论价值,简单介绍光子晶体的概念和特征,光子晶体的制备方法和理论研究方法,最后简单给出光子晶体的应用。     

二维旋转直柱光子晶体的频率带隙结构分析

设计了一种二维方形旋转正四边形直柱光子晶体,利用平面波展开方法计算了其光子频率带结构,发现在低频和高频区域,该类光子晶体的光子频率禁带明显增大.计算了空气中Al材料的旋转四边形直柱光子晶体的带结构和态密度,当填充比等于0.5时存在绝对带隙,旋转角度为45°时绝对带隙最大,旋转角度为0时,光子频率禁带位于高频区域.利用FDTD方法检验了计算结果,并分析了旋转角度为45°时,正四边形直柱光子晶体的波导特性以及TM模的电场分布.     

一维光子晶体完全光子禁带与结构的关系

阐述了完全光子禁带的概念.用光学特征矩阵方法,通过数值模拟计算,讨论了一维光子晶体出现完全光子禁带与晶体结构和介质材料的折射率的密切关系.具体计算了用同样两种介质材料组成3种不同结构的一维光子晶体,对于TM及TE电磁模式在不同入射角下的透射率谱,从中找出它们的完全光子禁带,发现3种结构的完全光子禁带的波长范围及宽度各不相同.另外,研究结果表明组成光子晶体的两种材料的折射率差别越大,两种电磁模的禁带越宽,越容易产生完全光子禁带.简单讨论了完全光子禁带出现的条件.     

精确的一维光子晶体的带隙

半导体材料的折射率是光频率的函数,所以在计算光子晶体的能带结构时必须考虑到色散关系。光子晶体存在光子禁带在反射谱上表现为高反射率带。本文已GaAs基材料为例,利用传输矩阵方法计算了考虑色散后的一维光子晶体的反射谱,计算结果表明考虑色散后的光子晶体禁带的宽度较不考虑色散关系的光子晶体的带隙要窄,如果光子晶体中存在缺陷则考虑色散后的光子晶体缺陷态的位置较不考虑色散关系时红移,且光子损耗较小。     

聚合物凝胶光子晶体及其对物理环境的响应

文中简要介绍了物理响应性光子晶体的国内外研究动态。重点介绍以下几种物理响应性光子晶体:温度响应性光子晶体,溶剂响应性光子晶体,电场响应性光子晶体,磁场响应性光子晶体,机械力响应性光子晶体等。     

一维含负折射率光子晶体光学特性

负折射率材料是一种新型的人工合成材料,它的介电常数和磁导率都为负值。把负折射率材料和光子晶体相结合形成的负折射率光子晶体具有奇特的光电磁特性。用传输矩阵法计算光经过一维含负折射率光子晶体的透射情况,总结一维含负折射率光子晶体的光学特性,并简单介绍负折射光子晶体的应用前景。     

光子晶体的研究进展

从20世纪80年代末提出光子晶体的概念以来,由于光子晶体独特的调节光子运动状态的特性,使其在许多领域有着广泛的用途.系统叙述了光子晶体的产生、结构、制备和应用,介绍了ZnO光子晶体的最新研究进展.     

CdS、Ag^+掺杂改性纳米TiO_2光催化降解有机物研究

在理论分析的基础上对纳米Ti02分别进行掺CdS和掺银改性实验研究。采用XRD和粒度分析技术对改性后的样品进行表征,并以掺杂CdS、Ag^＋纳米Ti02进行光催化降解甲基橙模拟实验。结果表明,掺杂CdS、Ag^＋纳米Ti02在可见光范围内降解有机物的效率有较大提高。     

Planar waveguide photonic crystals as an alternative for refractive index optical sensors design: theoretical evaluation

In this paper, the possibilities of designing refraction index optical sensors in planar waveguide photonic crystals are demonstrated for the first time. Photonic crystals obtained by connecting in cascade planar optical waveguides with high index contrast are analyzed. Photonic band gaps (PBGs) and photonic windows (PWs) were obtained. If a local defect is introduced in the PBG structure, the optical path length is modified and on states can be created in the gap. Besides, the on states wavelengths can be tuned if the optical path of the defect is modified: changing the physical length and/or the refraction index of the defect. In this way, planar waveguide photonic crystals could be used for sensing applications when a specimen modifies the refraction index lattice site. Sensing properties of planar waveguide photonic crystals, with one, two and three sensing channels, are demonstrated.     

非晶无序光子晶体结构色机理及其应用

结构色是一种由光学尺度的微纳结构与光相互作用形成干涉、衍射或散射而产生颜色的物理生色效应。与化学生色不同,结构色由于没有色素或者染料的参与,因此没有颜色褪色的现象,同时能够避免使用染料和色素带来的环境污染。目前结构色材料受到研究者和应用开发人员的广泛关注,大量的研究发现结构色可以来源于光子晶体与非晶光子晶体两种结构。光子晶体由规整的周期性结构组成,产生的颜色鲜艳却具有明显的角度依赖性。而非晶光子晶体,其"自身缺陷"导致的短程有序结构具备了各向同性的光子带隙、非虹彩效应、光局域化等特点,赋予了材料柔和亮丽不随角度变化的显色效果,可控的激光效应以及优良的发光效率,从而更能满足材料领域对光散射和光传输等方面的特殊需求。对非晶光子晶体的概念和结构,与可见光作用产生颜色的原理,以及制备非晶光子晶体的不同方法(平板刻蚀法、胶体颗粒自组装法、模板法、相分离法)做了详细的讨论,并对非晶光子晶体产生的结构色效应在光电器件、功能涂料和纺织材料等多个领域中的应用进行了展望。     

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。     

Application of the standard coupled-mode formalism to the analysis of holey photonic crystals

Presented below is a new, Standard Coupled-mode Theory (CMT) based approach for analysis of optical characteristics of holey photonic crystals (i.e., photonic devices, built on periodicity of holes in dielectric media). This class of devices encompasses the majority of photonic crystal fibres and several kinds of modern thresholdless lasers. Naturally, holey photonic crystals were considered as a sequence of holes, surrounded by dielectric media. This model made it impossible to utilise CMT for analysing their characteristics. The underlying idea of our approach is a different physical model, considering holey photonic devices as a sequence of coupled dielectric spots (waveguides), surrounded by air. This model can be combined with the Standard Coupled-mode formalism. The latter combination allows fast (on a timescale of several minutes to tens of minutes) and accurate analysis of holey photonic devices. Moreover, it gives a deeper insight into the behaviour of EM fields in holey photonic crystals.     

光子晶体的能带结构、潜在应用和制备方法

光子晶体是指具有光子能带和能隙的一类新型材料,它具有奇特的调节光子传播状态的特性．本文将从光子晶体的能带结构、潜在应用和制备方法三方面对其进行综述性介绍．由于光子晶体有着非常广阔的应用前景,这一领域已成为当今世界范围内的研究热点．     

光子晶体传感器的研究进展

光子晶体是一类具有光子能带和带隙的新型光学材料,近年来已成为传感器技术领域的研究热点。光子晶体微腔、光子晶体波导、光子晶体光纤在传感器领域得到了广泛应用,而凝胶光子晶体、反蛋白石光子晶体、分子印迹光子晶体则实现了化学生物传感器的"裸眼检测技术"。重点分类介绍了一维、二维、三维光子晶体的制备及其在传感器领域的应用进展。     

General conditions of polarization-independent transmissions in one-dimensional magnetic photonic crystals

Abstract

Based on the transfer matrix theory, general conditions of polarization-independent transmissions in one-dimensional photonic crystals are derived. It is shown that the polarization-independent transmissions are obtained in photonic crystals consisting of two alternating layers with the same refraction index and optical thickness as well as the mutually reciprocal wave impedance. By using two different photonic crystals satisfying the above relation to constitute the light quantum-well structures, the structures have polarization-independent transmission properties. When a defective layer with wave impedance of 1 is introduced in the photonic crystals, the defective photonic crystals also have the polarization-independent transmission properties. In addition, polarization-independent low-pass spatial filters are achieved based on these photonic crystal structures.     

PMMA光子晶体及PMMA/TiO2光子晶体的制备及表征

用无皂乳液聚合法,制备单分散的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微球,并使其在重力和表面张力作用下自组装成PMMA光子晶体。用SEM研究其表面形貌,并对其进行光学性质的研究。此外还制备了PMMA／TiO2光子晶体,用AFM表征了其形貌,XRD表征了混合体系的TiO2的晶型。经光学性质研究表明,TiO2纳米粒子提高了光子晶体的折射率比,光子带隙红移。