一维光子晶体光子禁带研究

设计SiO2/TiO2一维光子晶体,利用琼斯矩阵理论,模拟分析其禁带特性。结果表明：光子禁带随光子晶体介质厚度比的增大而加宽,且往长波方向移动;光子禁带不受光子晶体周期数的影响。根据理论模拟得出的最佳参数制作了应用于光通讯波段的一维光子晶体带阻滤波器,并测量了该光子晶体的光子禁带,实验结果与理论模拟一致.     

一维掺杂光子晶体的带隙结构及特征的研究

基于传输矩阵法,数值模研究了光子晶体带隙特征与光子晶体结构参量的关系。研究表明：一维光子晶体的带隙是由光子晶体结构决定的,单个基本周期结构的光子晶体不具有带隙结构,随着周期数的增加,光子带隙结构逐渐形成,禁带中心无导带;当掺杂时,禁带中心位置出现一个极窄的导带,并且导带深度随着杂质层折射率的增大而逐渐变浅,一维光子晶体的这种特性可应用于滤波器件和光学谐振腔的设计。     

一维光子晶体滤波器的设计

利用光子晶体的光子禁带和光子局域的两点特性,对一维光子晶体带隙和加入缺陷后光子禁带中出现极窄透射带宽进行了分析,设计了中心波长在532 nm、透射谱线宽度低至0.0002 nm,中心波长透射率接近100 %,带外透射率为0 %的一维光子晶体滤波器,并对一维光子晶体滤波器的滤波特性进行仿真.结果得出:在入射角偏移时,透射峰中心波长向短波方向偏移,峰值透射率有所下降,运用缺陷层厚度变化可导致透射峰偏移的特性,对入射角引起的透射峰偏移进行修正.     

一种多频道全息光子晶体滤波器

为了满足光学器件实现真正集成化的要求,提出一种基于光子禁带的全息光子晶体的多频道滤波器.在同一个记录介质上记录多个周期结构,可以在可见光频率范围内产生一系列光子禁带.通过改变制作波长,可以控制禁带的位置和宽度,从而实现多通道的光学滤波.     

三种缺陷态光子晶体的比较研究

利用光学传输矩阵法对3种基于均匀结构光子晶体的一维缺陷态光子晶体进行了比较研究.研究发现,对于每种结构,当缺陷介质层厚度变大时,缺陷模中心波长向长波区移动,且缺陷模式的带宽随之增加,当缺陷层介质厚度增加到一定数值时会出现多个缺陷模.对于缺陷层两侧为高折射率介质层的结构一和结构三,缺陷模波长与缺陷层厚度呈非线性比例增加关系;对于缺陷层两侧为低折射率介质层的结构二,缺陷模波长与缺陷层厚度呈线性比例增加关系.对于结构一和结构三,在特定的中间缺陷层厚度时光子禁带区内的缺陷模会消失,而对于结构二,禁带区域内始终存在缺陷模式.     

一维光子晶体无序膜厚扰动的分析及优化

基于一维周期性光子晶体模型,引入服从高斯分布的无序扰动,形成周期性无序扰动的薄膜模型,研究膜厚微扰对纳米光子器件性能的影响.通过分析周期数和两种材料厚度对光学特性的影响,提出在周期性光子晶体中,同一个周期内一种材料的厚度误差可用另一种材料的厚度来弥补,从而得到稳定的禁带中心位置和禁带宽度.理论和实验结果均验证了此补偿方案可以削减相关厚度偏差的累积,同时降低制备精度要求,减小实验值和理论值的偏差.     

各向异性材料一维光子晶体的传输特性研究

为研究由电各向异性材料和磁各向异性材料构建的一维光子晶体的电磁传输特性,分析了不同电等离子体频率和磁等离子体频率对TE极化波和TM极化波禁带宽度的影响规律。结果表明,磁等离子体频率对TE极化波及TM极化波的禁带宽度有较大的调节作用。当电导率和磁导率都为正的各向同性材料缺陷结构引入到光子晶体中时,会有电磁缺陷模式出现,而且缺陷模式的频率随缺陷厚度的增加而降低,同时缺陷的厚度对TM极化波缺陷模式的调谐作用大于对TE极化波的调谐作用,这对滤波器的频率调节具有潜在的应用价值。     

平板光子晶体的禁带特性分析

利用时域有限差分法研究了平板光子晶体的禁带特性。通过模拟仿真得出,随着棒结构和孔结构的平板光子晶体厚度的增加,其禁带宽度先增大后减小,存在最大值。对于棒结构的平板光子晶体来说,随着介质柱的半径的增大,禁带宽度逐渐减小。而对于孔结构的平板光子晶体来说,随着孔的半径的增大,禁带宽度逐渐增加。     

含负折射率介质的一维光子晶体的带隙结构

提出了用正、负折射率介质层交替排列构成的一维光子晶体模型,并且用传输矩阵法计算了该模型的透射谱,从理论上分析了其带隙结构。发现负折射率介质层的引入导致了奇异的带隙特性:禁带很宽,禁带宽度2△ε／ε0趋于2,导带为没有振荡的尖锐峰;禁带宽度对折射率对比度和周期数的变化非常敏感。     

准周期结构一维光子晶体的带隙结构及偏振特性

提出了折射率分别递增或递减的准周期结构一维光子晶体,研究了其带隙结构和偏振特性。研究表明,光子带隙的大小与两种介质的折射率比有关,随折射率比的增大而展宽。TE模和TM模的偏振特性不同,随入射角的增大,虽然TE和TM模的带隙中心都向短波方向移动,但TE模的禁带展宽而TM模的禁带变窄。不论入射角多大,当各层介质的折射率递增时光子带隙向长波方向移动,而当折射率递减时光子带隙则向短波方向移动。     

SiO_2三维光子晶体薄膜的制备与光学特性

利用胶体晶体法沉积SiO2三维光子晶体,利用扫描电子显微镜（SEM）和分光光度计研究该晶体的结构特性和光谱特征,考察颗粒浓度、反应温度对光子禁带的影响.结果表明：随着SiO2颗粒浓度增大,反射强度随之增大,当浓度为1.92%时,反射强度最大,进一步增加浓度反射强度降低,同时光子禁带宽度变窄,禁带位置蓝移;随着温度增加,反射强度增加,禁带位置蓝移.     

二维复合三角格子光子晶体FDTD带隙结构分析

设计一种二维复合三角晶格结构光子晶体,采用时域有限差分法数值计算了这种光子晶体的带隙结构。计算结果表明,介质圆柱在空气中按复合三角形排列存在E偏振和M偏振模完全重叠的光子带隙区,即具有绝对光子带隙。绝对光子带隙的宽度与介质柱的介电常数有关,介电常数差越显著越有     

单负材料-维光子晶体的带隙和局域模特性

利用传输矩阵法研究了由两种单负材料构成的一维周期性结构的透射谱。研究发现,单负材料光子晶体中存在着一个特殊的禁带,禁带宽度取决于两种单负材料的厚度比,而与晶格常数、入射角无关。在光子晶体中引入缺陷,可以在禁带中出现局域模。随着缺陷层厚度的增加,局域模向低频方向移动。随着入射角的增大,局域模会发生改变。在一定条件下,可以实现TE或TM局域模的全向透射。     

准周期结构一维光子晶体的透射谱

提出了折射率和层厚分别递增或递减的准周期一维光子晶体结构,并用传输矩阵计算了此类准周期光子晶体的透射谱,其光子带隙均相对于周期性光子晶体带隙产生了移动。当折射率递变时,移动方向与递变符号有关。当层厚递变时,光子带隙均向长波方向移动。光子带隙移动量的大小随周期数的增加而增加。     

利用复式原胞实现二维光子晶体中的完全带隙

为了实现二维光子晶体的完全带隙，采用不同结构的复式原胞，构成了一种复式光子晶体．用多重散射的方法，分别计算了不同占空比和内部参数，以及当光沿不同方向入射时s偏振波和p偏振波的透过谱．从理论上论证了在这种复式原胞的光子晶体中，只要选择合适的内部参数和占空比，就可以在二维复式光子晶体中达到三维光子晶体效果，即获得到完全带隙．     

三角晶格二维光子晶体带隙结构数值研究

为了详细研究三角晶格二维光子晶体的带隙结构特性,采用平面波展开法对该类光子晶体的能带结构作数值研究,计算不同参数下三角二维光子晶体的能带曲线.结果表明,三角二维光子晶体介质基质中空气柱结构比空气基质中介质柱结构在柱体半径相同时更容易形成完全禁带.特别对TE模式而言两种结构都较容易形成禁带,介质基质中的空气柱结构不存在完全禁带.     

介质／金属一维光子晶体中电场分布研究

本文设计了一种太赫兹波段的介质／金属一维光子晶体,并采用FDTD法对所设计的结构的电场分布进行仿真研究。在电场为500THz条件下,分别研究了周期数、介质厚度、不同金属层对电场分布的影响,并给出影响规律。所得结果为该类结构用于光学器件的设计提供一种依据。     

带隙型光子晶体光纤及其分析方法

光子晶体光纤是近年来出现的一种新型光纤,其特点是包层排列有规则或随机分布的波长量级的空气孔。包层中的微结构使得光子晶体光纤能够呈现出许多传统光纤不具备的特性,其在光通信领域具有极大的应用前景。文章从光子晶体的概念出发,概述了光子晶体的特征,通过引入光子晶体光纤的概念,介绍了光子带隙型与全内反射型光子晶体光纤的基本结构及导光原理。同时文章简要分析了带隙型光子晶体光纤的各种主要理论研究方法,并对其做出了相应的评价。