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。     

3维函数光子晶体的特性研究

为了研究3维函数光子晶体的光子禁带特性,采用平面波展开法计算得到色散曲线,推导了平面波展开法的相关计算公式以及介质球介电常数的函数关系式,探讨了可调参量函数系数I和介质球半径R₁对光子禁带特性的影响。结果表明,3维函数光子晶体呈立方体晶格分布,由介质球填充空气背景;与常规3维介质光子晶体相比,3维函数光子晶体不仅能得到可调谐的光子禁带,而且可以拓展禁带带宽,并增加光子禁带的数量;改变函数系数I的大小可以实现对光子禁带数量、位置和带宽的调谐;改变介质球半径R₁可以对光子禁带带宽实现展宽,并改变光子禁带的位置。该研究对设计新型可调谐器件是有帮助的。     

太赫兹波段二维渐变型光子晶体的透射谱研究

通过改变介质柱之间的距离、介质柱半径以及介质柱的介电常数构造了3种二维渐变的光子晶体,应用时城有限差分(FDTD)法计算了透射谱,并分别对不同形式渐变组合的光子晶体结构进行了比较分析.仿真结果表明,不同形式的渐变组合对光子晶体禁带有着不同的影响,可以获得比一堆渐变型光子晶体更大的禁带宽度.     

复合介质柱缺陷光子晶体波导透射谱的研究

为了更好地利用光子晶体的导光和滤波性质,采用时域有限差分方法研究了在光子晶体波导中引入复合层状介质柱缺陷后,复合层状介质层的材料在折射率、厚度等参量改变时,2维光子晶体透射率随入射光频率变化的关系.结果表明,随着介质柱半径及折射率的增大,透射谱中导带内出现更多模式的缺陷态,当介质柱半径接近光子晶体空气柱半径时,可以产生频率范围更大的导带,介质柱折射率比较大时,会在导带内形成窄的禁带.实际应用时可根据具体需要调节.该研究为利用光子晶体制作滤波器和光开关等器件提供了理论基础.     

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。     

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。     

复合三角柱光子晶体传输特性研究

应用平面波展开法研究了二维复合介质柱光子晶体中引入缺陷和改变其折射率对传输特性的影响,得到了不同尺寸和介电常数下的透射谱,并与无复合介质柱光子晶体的结果进行了比较。结果表明:复合柱越细,禁带越宽,中心频率越高,变化关系与无复合柱的结果相反;复合柱折射率越大,禁带越窄,中心频率越低,与无复合柱的结果相同。     

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.     

正方形具有缺陷结构二维光子晶体结构参数对本征模的影响

由于正方形二维光子晶体具有光子禁带,所以在光子晶体缺陷处可形成对光子束缚的缺陷本征模.本征模的频率应在光子禁带频率范围内,而光子禁带频率又取决于光子晶体的结构参数.通过有限元法数值计算得到并图示了正方形具有缺陷结构二维光子晶体本征频率和介质柱半径、晶格常数以及介质柱介电常数之间的关系.利用这些关系当增大介质柱半径而相应减小介质柱介电常数时,本征频率将会保持不变.此外由于光子晶体结构参数的不同,本征模对应的电磁场在晶体中的分布也不同,文中图示了电场强度的大小在一些结构中的分布.