完全禁带二维光子晶体的研究

利用平面波展开法,对存在完全禁带的正三角排列的气柱型二维光子晶体和蜂窝状排列的介质柱型二维光子晶体进行了研究,分析了柱的半径和介质折射率对完全禁带大小的影响,结果表明,正三角排列气柱型比蜂窝状排列介质柱型具有更大的最大带隙率,而且最大带隙率还可以通过介质折射率的改变来优化;蜂窝状排列介质柱型二维光子晶体最容易加工的结构刚好适合常见材料硅或砷化镓,具有更大的实用价值.     

二维三角形光子晶体带隙与耦合特性研究

利用二维三角晶格介质柱光子晶体TE偏振的禁带与介质柱半径的变化关系,分析了二维光子晶体的带隙分布及斜边耦合特性.结果表明,光子禁带的大小受到构成光子晶体的介电材料的空间排列分布以及介质柱半径大小的影响;束缚在光子晶体中的光波可以在波导和谐振腔中进行传输,达到选择输出光波的目的.     

相位图法研究光子晶体的禁带

给出了一种判断一维光子晶体禁带位置的相位图,利用扩展相位图可方便地描述光子晶体的禁带位置和禁带特征.研究发现,当光子晶体为1/4波片层堆时,光子晶体的禁带最宽;若要进一步展宽禁带,需提高构成周期单元的两种介质的折射率比.对于一般的光子晶体,若周期单元中两种介质的光学厚度不等,则其禁带中心将偏离中心频率的整数倍.此外还研究了禁带中心区的透射率,给出了中心频率附近透射率的一级近似解析解,并由此定性讨论了Fabry-Perot腔的谱线宽度和品质因子.     

线缺陷对二维四方圆柱形介质光子晶体禁带的影响

利用平面波展开方法研究了二维四方格子圆柱形介质光子晶体中线缺陷对光子禁带的影响.结果表明光子晶体中的缺陷层圆柱半径及缺陷层厚度对光子晶体禁带有显著影响.TE波的第一禁带宽度随着缺陷层半径的增加先增加后减小,禁带的中心位置随着缺陷层圆柱半径的增加而下降,禁带的数目也随着缺陷层圆柱半径的增加而明显变化.禁带的宽度随着缺陷层厚度与正常层厚度差别的增加而减小.     

基于厚度精确法用遗传算法搜索一维宽带隙光子晶体

本文用遗传算法设计了大禁带的一维光子晶体.用传输矩阵法计算光子晶体能带.光子晶体的初始结构由计算机随机产生,通过遗传算法对光子晶体结构进行了优化,得到最大全方位相对禁带宽度(定义为禁带宽度与禁带中心之比)的一维光子晶体.发现由多种介质材料构建多层的一维光子晶体原胞时,折射率最大和最小的两种材料构成的两层结构的光子晶体相对禁带宽度最大,而且一维两层结构光子晶体的全方位禁带宽度随着两种介质折射率差的增大而增大,最后会达到一个饱和值200%.并研究了TM、TE模式的相对禁带宽度与光入射角的关系.     

1维光子晶体的能带结构分析

为了分析研究1维光子晶体的结构参量对其能带结构的影响,并把这种影响作用应用到滤波器的设计中,采用传输矩阵法、利用MATLAB仿真软件,对不同结构参量的1维光子晶体的能带结构进行了计算仿真,分别得到了不同周期数、不同介质层厚度、不同介质折射率的1维光子晶体的能带分布图,进一步分析比较,得出了1维光子晶体的结构参量对其能带结构的影响。结果表明,较大的周期数可以使1维光子晶体的禁带边缘更加陡峭,通带透射性增强,能带分布更加分明;介质层厚度可以调节光子晶体的能带分布情况及能带宽度;介质折射率比值可以改变禁带宽度,禁带宽度随介质折射率比值的增大而增大。这些结果对宽带带阻滤波器的设计是有帮助的。     

2维混合介质柱光子晶体传输特性的研究

为了研究晶体结构对电磁波传输特性的影响,提出了一种空气平板层和圆形复合介质柱混合组成的新型2维混合介质柱光子晶体结构.采用时域有限差分法对其进行了数值模拟和计算,研究了改变混合介质柱的形状和结构参量对晶体透射特性的影响.结果表明,该结构可以基本保留组合前光子晶体的主带隙,并且在新的频段产生新的禁带;在混合结构中将复合介质柱换为简单介质柱没有新的禁带产生.通过改变相关参量发现,增加介质平板的宽度,这增大内嵌介质柱的半径都有利于新禁带的产生.2维混合介质柱光子晶体比单一介质柱光子晶体有更多的可调因素,这为相关光子晶体器件的设计提供了理论依据.     

液晶分子取向对一维光学多层膜光子晶体透射谱的影响

比较研究了液晶分子平行和扭曲排列对TiO2 和SiO2 介质膜交替的一维光子晶体透射谱的影响。向列相液晶平行取向时,光子禁带中出现四个透过峰,中心波长约1 840、1 814、1 466、1 423 nm,加热器件,峰位蓝移,相邻的两个透过峰合二为一。向列相液晶扭曲排列时,光子禁带中出现两个独立透射峰,分别位于1 865、1 489 nm,加热样品峰位蓝移。液晶分子平行排列,液晶层折射率各向异性较明显,光子禁带具有两种偏振模式透过峰。液晶分子扭曲排列,液晶层折射率各向异性不明显,光子禁带只有独立透过峰。加热样品,液晶分子排列变化,引起液晶层有效折射率值改变,透过峰位移动。     

二维介质柱正方复合周期结构光子晶体的禁带研究

一种介质柱在空气中复合周期排列的二维光子晶体新结构被提出和研究,该结构是二套不同尺寸的介质柱的正方周期排列的叠加所构成。针对这种光子晶体,我们对Maxwell方程做出了严格的Fourier变换,从而建立了快速的平面波展开算法。应用所建立的快速理论算法,我们详细地数值分析了这种光子晶体的能带结构及相关禁带,结果表明,与介质柱的简单正方周期结构相比,复合周期结构由于降低了结构的对称性,它的绝对禁带得到了显著的增大。     

混合柱形二维光子晶体禁带特性研究

研究了正方形和圆形介质柱混合排列的二维光子晶体的能带特性.运用平面波展开法在正方形和正三角形晶格下将混合柱形与统一柱形光子晶体的禁带特性进行计算比较.仿真结果表明:对于正方形晶格,混合柱形使光子晶体的TM模高阶能带向低频方向移动,禁带的宽度和位置介于正方形柱体和圆形柱体之间.在正三角形晶格中,混合柱形光子晶体出现了明显...     

Properties of photonic bandgap in one-dimensional mutlicomponent photonic crystal

Photonic crystals have beenthe subject of researchformore than one decade since the year 1987 when E.Yablonovlitch[1]and S.John[2]first discovered them.Aphotonic crystal is a structure whose refractive indexismodulated periodically,and the resultant photo…     

可调一维光子晶体的带隙特性

在有限周期的一维光子晶体中引入铁电液晶作为缺陷层.然后在液晶层两侧加上外电场,调节外电场的电压大小,来改变铁电液晶分子取向,进而影响一维光子晶体的能带结构.用传输矩阵法对一维光子晶体的能带结构及其液晶缺陷对能带结构的影响进行了研究,发现铁电液晶缺陷在外界电压的作用下对光子晶体的能带结构有十分明显的影响.用计算机语言Matlab进行了数值模拟,对得到的结果进行了理论分析.     

棱镜全息干涉法制作二维光子晶体的研究

模拟了Top-cut棱镜全息干涉生成的各种光学晶格结构,为棱镜法制作光子晶体提供参考。用全息干涉理论分析了top-cut六棱镜多光束干涉生成的光学晶格结构,考虑了光束数目、偏振方向以及位相的不同对晶格结构的影响。改变光束数目可以生成不同周期的正六角、斜六角光学晶格;改变光束偏振特性则影响光学晶格格点的形状;改变光束初位相可以生成蜂窝状结构等。另外还模拟了top-cut五棱镜所生成的十重旋转对称光学准晶结构。并且用平面波展开法计算了六角和蜂窝结构的有机光子晶体带隙图,证明了蜂窝结构更容易产生大的光子带隙。     

基于Rouard方法的一维光子晶体带隙结构计算

文章将广泛应用于薄膜光学和波导光栅理论计算的Rouard方法引入到一维光子晶体(PC)带隙结构计算当中,从物理光学的多光束干涉角度解释了光子带隙的产生原因.详细推导了Rouard方法的相关公式,并应用Rouard方法计算了具有不同结构特点的一维光子晶体的反射谱.计算结果表明Rouard方法是有效的,并且具有物理概念清晰、公式简洁的特点.     

传输矩阵法分析一维光子晶体传输特性及其应用

利用传输矩阵法,设计了一维光子晶体滤波器,主要分析了缺陷层为F,结构为A(BA)~NF(AB)~MA的一维光子晶体的透过率的两个因素:A与B的厚度比和中间缺陷层.对A与B的厚度比和中间缺陷层对透射率的影响进行了计算机仿真研究,给出了一维光子晶体滤波器的设计方法.利用一维光子晶体中TM模与TE模的本征方程,针对光通信中常用的波长做了光子晶体全反射镜的设计和优化,并将一维光子晶体器件应用在卡塞格伦光学天线系统中,设计制作出一套空间光通信系统.     

掺杂一维光子晶体的杂质态

阐述了无缺陷光子晶体与掺杂光子晶体的结构,用光学特征矩阵方法,通过数值模拟计算具体讨论了一维光子晶体的一个实例。计算结果表明,掺杂光子晶体的禁带出现了极窄的、高透射率的尖峰,即光子杂质态,类似于半导体材料中的杂质能级。杂质层的引入增宽了原来光子禁带的宽度,杂质态的特征与杂质层的光学厚度、折射率及在晶体中的位置等因素有关。     

基于石墨烯的布洛赫表面波调控特性研究

布洛赫表面波(Bloch surface wave,BSW) 具有传输损耗低、显著表面局域场增强、环境敏感等特性,因而被视为研究近场光和物质相互作用的关键技术。其主要在截断的一维光子晶体与外界介质的界面激发并沿此界面传播,通过传播界面微纳结构的设计,可在纳米尺度实现对BSW的有效调控。本文从BSW的模式特性出发,提出了石墨烯加载的一维光子晶体BSW传感器件结构。通过改变石墨烯层的结构参数,调节激发模式在光子带隙中的位置,研究激发模式的光场传输特性,实现对BSW激发波长、振幅和相位的调控。进一步利用其对外界介质折射率变化非常敏感的特性,对其传感检测能力进行研究。结果表明,该器件有望实现高灵敏度的生化传感检测应用。该研究为新型BSW集成光子器件的设计与发展提供了新思路。     

一维掺杂光子晶体缺陷模的全貌特征

通过一维掺杂光子晶体缺陷模的三个不同角度的立体图以及它们对应的俯视切面图,全面地研究了缺陷模随杂质光学厚度、杂质折射率以及光子晶体折射率的变化关系,得出了一维掺杂光子晶体缺陷模的全貌特征,并得到以下重要结论:缺陷模透射峰随杂质光学厚度变化呈周期性的出现,在同一周期上缺陷模的波长随杂质光学厚度呈线性变化;缺陷模透射峰的半高宽度随杂质折射率的增加而减小,但陷模透射峰的高度不受杂质折射率变化的影响;光子晶体的折射率对缺陷模透射峰的峰高和半高宽度都有显著的影响.     

可调谐双通道光子晶体滤波器的设计

通过对设计出的一维掺杂光子晶体的数值计算和理论分析,得出:双通道透射峰的波长随杂质光学厚度呈线性变化和双通道透射峰的半高宽随光子晶体折射率n2的增加而减小.以此为基础,设计出可调波长范围达140 nm、滤波通道半高宽的可调范围在1～5 nm、滤波通道透射峰值大于0.98的一维光子晶体双通道可调谐滤波器.