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。     

金属银对光子晶体光吸收的增强效应北大核心CSCD

构造含金属银缺陷的光子晶体模型(AB)m AGA(BA)m,利用传输矩阵法理论,通过计算机计算仿真的方式,研究了金属银缺陷对光子晶体光吸收特性的增强效应,发现当光子晶体中引入金属银缺陷后,光子晶体的光反射率和吸收率均得到增强。在400~1400 nm范围内,平均反射率增强到93.87%,平均吸收率增强到6.13%,且吸收率大小和位置可调。随着周期数m或B介质层厚度d B增大,光子晶体的光吸收率均得到增强,当m=5时吸收率高达98.72%,当d B=118.52 nm时吸收率高达99.59%,且吸收峰的位置随m增大向短波方向移动,但随d B增大向长波方向移动。随着光入射角度θ增大,光子晶体的光吸收率先增强到极大值后再逐渐减弱,且吸收峰的位置随入射角θ增大向短波方向移动。随着A介质层厚度d A增大,光子晶体的光吸收率减弱,当d A=73.22 nm时吸收率为98.72%,且吸收峰的位置随d A增大向长波方向移动。含金属银缺陷光子晶体的光吸收特性,可为新型光学吸收器、太阳能电池、滤波器和全反射器等材料研究和选择提供理论参考。     

1维石墨烯光子晶体的电磁吸收特性

为了研究1维石墨烯光子晶体在可见光波段的吸收特性,采用传输矩阵的方法进行了理论分析和数值仿真,得到了1维石墨烯吸收特性与石墨烯层数、缺陷层介质厚度、电磁波模式有关的结果。结果表明,增加石墨烯层数时,对波长为556nm左右的绿光的吸收作用明显增强;缺陷层介质厚度增加时会引起吸收峰的增加;在TE模式下,入射角对石墨烯光子晶体吸收特性影响较小。该研究结果为1维石墨烯光子晶体吸收器的设计提供了理论依据。     

Compton散射对三元磁化等离子体光子晶体的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和传输矩阵法,研究了Compton散射对一维三元磁化等离子体光子晶体中TE波禁带特性的影响。结果表明,与散射前相比,随等离子体频率增大,散射使左旋极化和右旋极化波的禁带展宽和透射峰值分别减小0.1 GHz和0.21 GHz,禁带中心频率向高频区移动位置增大0.5 GHz。随等离子体碰撞频率增大,散射对左旋极化和右旋极化波的禁带宽度有一定的影响。随等离子体回旋频率、填充率、光入射角和介质相对介电常数的增大,散射对左旋极化波和右旋极化波的禁带有明显的调谐作用。     

光子晶体的双折射特性的数值模拟及理论分析

本文对一维光子晶体的双折射特性进行了数值和理论的计算.分析了低频及带边电磁波的双折射特性.在低频近似下导出了一维光子晶体对横电波(TE波)和横磁波(TM波)的折射率方程.当构成周期结构的两种介质的厚度相同时,折射率椭球的偏心率最大,光子晶体对两种不同偏振态的电磁波的双折射效应最明显.     

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。     

准周期结构一维光子晶体的缺陷模研究

利用传输矩阵方法,研究了光波在包含掺杂缺陷和替代缺陷的厚度渐变准周期结构一维光子晶体中的传播规律.研究结果表明,类似于传统的周期结构一维光子晶体,在准周期结构光子晶体引入缺陷,光子晶体禁带中也产生了缺陷模,并且两种缺陷所引起的缺陷模的性质基本一致;缺陷模的出现使带隙有了一定程度的加宽,而缺陷模的位置和强度与缺陷层所处的位置和缺陷层的光学厚度有关;随着缺陷层光学厚度的增大,缺陷模向长波方向移动.     

一维光子晶体的全向反射特性

利用传输矩阵方法研究了一维光子晶体的全向反射特性.研究表明,光子晶体的结构参数对全向反射带的产生影响很大.要提高光子晶体的全向反射带带宽,必须增大两种介质的折射率及它们的高低折射率比值,同时使低高折射率层的光学厚度比接近0.85.研究结果对全介质反射器的设计具有指导意义.     

含金属层一维三元光子晶体结构的高吸收特性研究

利用传输矩阵理论,分析了含金属层的一维光子 晶体对太阳光谱的吸收特性。通过对一维光子晶体透射谱、 反射谱和吸收谱的分析,分别研究了金属层的消光系数、色散系数、入射角和光子晶体结构 的周期数目变化对吸收率的 影响。结果表明随着消光系数和周期数的增加,吸收率都明显增加,谱线宽度和高吸收带位 置基本保持不变;吸收率随 着色散系数的增加变化规律略有不同,不同吸收带的频谱位置向长波方向移动,谱宽基本保 持不变;吸收率均值随入射 角的增加而减小,而且频谱位置向长波方向移动;一维光子晶体结构周期数增加,各吸收 带的吸收率波动程度减小。 本文结果可用于提高对太阳光辐射的吸收,为光子晶体的设计及其在太阳能利用方面的应用 提供重要依据。     

Purcell effect in disordered one-dimensional photonic crystals

Semiconductors - The rate of spontaneous emission of an emitter placed in a disordered one-dimensional photonic crystal is analyzed. It is shown that the spontaneous emission of a dipole placed in...     

Electromagnetic properties of one-dimensional photonic crystals with single negative materials

The electromagnetic properties of one-dimensional photonic crystals with two kinds of single negative(SNG) materials are investigated by the transfer matrix method.The results show that the photonic crystals have zero-effective phase(zero-Φeff) gap and angular gap,which are both non-Bragg gap.The zero-Φeff gap is invariant with the incident angle and lattice scaling for different polarizations.The gap can be adjusted by varying the ratio between the two single negative materials' thickness.The angular gap i...     

Theoretical investigation of one-dimensional cavities intwo-dimensional photonic crystals

We study numerically the features of the resonant peak of one-dimensional (1-D) dielectric cavities in a two-dimensional (2-D) hexagonal lattice. We use both the transfer matrix method and the finite difference time-domain (FDTD) method to calculate the transmission coefficient. We compare the two methods and discuss their results for the transmission and quality factor Q of the resonant peak. We also examine the dependence of Q on absorption and losses, the thickness of the sample, and the lateral width of the cavity. The Q-factor dependence on the width of the source in the FDTD calculations is also given     

基于一维光子晶体的偏振分束器

通过设计含缺陷的一维光子晶体,利用特征矩阵的方法计算了在特定频率条件下s光和p光在不同入射角度下的透射率,发现对特定频率的光在一定角度范围内s光和p光具有很高的消光比,且p光具有很高的透射率。说明该一维光子晶体可以作为优良的偏振分束器件。     

Transmission spectra of one-dimensional photonic crystals including negative-refractive-index media

We introduce a new model of one-dimensional （1D） photonic crystal composed of alternately arranged RHM and LHM layers with positive and negative refractive indices respectively, for which the transmission spectra of the model are calculated numerically with the transfer matrix method, and the bandgap structure and the polarization properties are analyzed. We found that the introduction of negative refractive index layers （i.e. LHM medium layers） gives rise to some peculiar band-gap structure and polarization properties as follows. Firstly, the forbidden bands are extremely wide and the transmission bands are very sharp without oscillation;and secondly, the change of incident angle has different influences on the forbidden bands of TE and TM modes. For the TM mode, the forbidden band width decreases substantially and finally vanishes, and for the TE mode with central wavelength, the total reflection happens at anv incident anale.     

一维光子晶体的带隙研究

采用光学传输矩阵方法,模拟研究了一维光子晶体的光学传输特性。考虑到实际需要给定波长为通带或禁带的光子晶体,研究了由光子带隙结构如何得到相应的光子晶体结构,结果表明本文方法完全能得到给定波长为通带或禁带的光子晶体。     

含增益缺陷层的1维三元光子晶体特性研究

为了设计出具有特殊光学特性的晶体,在不考虑色散的基础上,采用传输矩阵法对缺陷层为增益介质的1维三元光子晶体的光学特性进行了理论分析和数值模拟,主要研究了在0.242μm处能获得最大光放大时所对应的增益介质的厚度及光学常数,并讨论了当中心波长变化时的光放大特点。结果表明,当中心波长为0.3μm时,中心波长两侧存在着对应的禁带,改变缺陷层厚度及光学常数对该带隙结构的影响很小;但通带边0.242μm波长处获得很强的光放大。这一结果为今后获得具有所需特征缺陷的光子晶体提供了理论指导。     

一维多孔硅光子晶体的三阶非线性光学性质

在工艺参数实验和理论设计分析的基础上,制备 了包括多孔硅Bragg反射镜、多孔硅微腔和稳定 性很好的多孔硅三元结构在内的多孔硅一维光子晶体,对3种多孔硅光子晶体的结构进行了 表征,不同孔 隙度的多孔硅呈现出周期性的排列。采用单光束反射Z扫描方法 分别对3种结构的多孔硅在1064nm波长处的 非线性折射率进行了测量。实验结果表明,多孔硅三元结构光子晶体的三阶非线性折射率比 多孔硅Bragg 反射镜和多孔硅微腔高1个数量级,这将为多孔硅一维光子晶体用于先进光电器件的设计提 供了重要参考。     

含负折射率材料的1维光子晶体掺杂缺陷模研究

为了研究含有负折射率材料的光子晶体掺杂缺陷模的光学传输特性,利用传输矩阵理论进行数值分析。采用插入和替代两种方式对排列整齐的光子晶体进行掺杂,产生了缺陷模式。结果表明,引入正折射率缺陷只能在布喇格带隙中产生缺陷模,引入负折射缺陷能够同时在全方位光子带隙和布喇格带隙中产生缺陷模。同时研究了掺杂方式、入射方向、缺陷厚度、缺陷位置、缺陷类型对缺陷模式的影响,并对含有两层缺陷的光子晶体进行研究,得到两缺陷层的距离与带隙产生的关系,即距离越近越容易产生缺陷模式,且缺陷模的深度越深。这对于制造新型的全方位滤波器是有指导作用的。     

Fabrication of one-dimensional photonic crystals by photoelectrochemical etching of silicon

The conditions of formation of deep periodic trenches by photoelectrochemical etching of n-Si (100) with linear seeds on the surface are analyzed. Criteria for the proper choice of the period of seed grooves and the etching current density in relation to the doping level of the substrate are formulated. Corrugation of walls is a characteristic feature of the obtained structures; this corrugation is caused by traces of merged macropores. Atomic-force microscopy is used to study roughness of the side-walls in relation to the etching conditions; the current density at which one can obtain the smoothest side-walls is determined. The roughness of the side walls in structures with periods of 7 and 9 μm on Si with the resistivity of 15 Ω cm amounts to ∼40 nm. It is shown that additional treatment of the structures in alkaline solutions can decrease the side-wall roughness by approximately a factor of 2.     

一维光子晶体全向反射镜的研究进展

光子晶体最显著的特点就是其具有光子带隙结构,可以通过抑制某些频率电磁波的传播来实现在该频段上的全反射,利用光子晶体的这一特性可做成全向反射镜,文章介绍了目前一维光子晶体全向反射镜的基本理论以及在几个主要波段上的实现.