结构参数对二维光子晶体完全带隙影响的研究

完全带隙的分布决定了二维光子晶体特性,采用平面波展开法对三角形结构二维光子晶体的带隙随结构参数的变化进行了研究,计算结果表明：对于空气孔型二维光子晶体,当介质比εb/εa=13时,最佳归一化半径为r/a=0.48,此时完全带隙底宽度最大,最大完全带隙的宽度△ωa/2πc=0.0902;当归一化半径固定时,完全带隙的宽度随介质比的变大而增加.     

结构参数对二维光子晶体完全带隙影响的研究

完全带隙的分布决定了二维光子晶体特性,采用平面波展开法对三角形结构二维光子晶体的带隙随结构参数的变化进行了研究,计算结果表明:对于空气孔型二维光子晶体,当介质比εb/εa=13时,最佳归一化半径为r/a=0.48,此时完全带隙底宽度最大,最大完全带隙的宽度△(?)a/2πc=0.0902;当归一化半径固定时, 完全带隙的宽度随介质比的变大而增加。     

二氧化硅介质柱构成的8重准晶结构光子晶体的传输特性

采用时域有限差分法讨论了由二氧化硅介质柱构成的8重准晶结构光子晶体的带隙特性。数值模拟结果表明,该结构的光子晶体对TM模存在较宽的光子带隙,而对TE模不存在光子带隙;光子带隙的中心频率随着填充因子的增大向低频方向移动;相对带隙宽度随着填充因子的增大呈现先增大后减小的趋势,并在填充因子r/a为0.29时存在最大值,该带隙可以覆盖1.55μm附近44nm的宽度或1.31μm附近37nm的宽度,足以用于设计和制作准晶结构的光子晶体光纤等光通信器件;光子带隙的位置和宽度均与入射光的方向无关,带隙的这种各向同性使基于该结构的新型器件的制作有更大的设计自由度。     

太赫兹波在二维正方晶格光子晶体中的传播特性

本文用平面波展开法研究了太赫兹波(THz)在二维正方晶格光子晶体中的传播特性。分析了晶格常数为a=0.1mm的正方晶格介质柱二维光子晶体,在0~1.8THz频段范围内,通过数值计算,发现当介质圆柱半径r=0.2a时,E偏振出现最大绝对光子带隙,带隙位于0.283-0.400THz,带隙宽度为0.117THz,相应的带隙波长范围为84.9μm至120μm,处于THz波段,并分析了随着相对介电常数差值的增大出现的TM带隙宽度增大。研究结果为THz器件的开发提供了理论依据。     

Ge基二维三角晶格光子晶体的光子带隙

导出了二维三角晶格光子晶体的填充系数与正多边形散射子外接圆半径的普适关系,并利用平面波展开法计算了Ge基二维三角晶格光子晶体的光子带隙.计算表明:Ge圆柱置于空气背景中时,可产生TM、TE带隙,TM带隙占优势;随着Ge填充系数的增大,光子带隙的宽度先增大后减小,其中心频率由高频向低频移动;TM模第一带隙宽度在半径为0.14a处达峰值.空气圆柱置于Ge背景中时,可产生TM、TE及完全带隙,TE带隙占优势;随着空气填充系数的增大,光子带隙的宽度先增大后减小,其中心频率由低频向高频移动;TE模第一带隙宽度和最大完全带隙宽度分别在半径为0.46a和0.49a处达峰值.     

太赫兹波在二维三角晶格光子晶体中的传播特性

用平面波展开法研究了太赫兹波在二维三角晶格光子晶体中的传播特性。数值计算了以硅为背景的空气圆柱构成的二维三角晶格光子晶体的能带结构和态密度,计算表明r=0.50a和r=0.46a时,E偏振和H偏振分别出现最大光子带隙,带隙宽度分别0.1097THz和0.1935THz,在r=0.48a出现最大完全光子带隙,带隙宽度为0.0759THz,光子晶体态密度的分布也表明了存在光子带隙的范围,研究结果为太赫兹器件的开发提供了理论依据。     

一维声子晶体在防止低频噪声中的应用

应用集中质量法研究了集中质量数n、晶格常数a、组分比t、弹性模量E及密度ρ等因素对一维声子晶体带隙的影响.结果表明,带隙起始频率及带宽随a增加而减小,随t增加而快速增大(当t>1);带隙起始频率随两种材料E差值与ρ差值增加而减小,而带隙截止频率却不变;带隙精度则随n增加而增大.据此设计出一种能屏蔽约59～557 Hz范围内低频噪声的复合结构声子晶体.     

石墨烯纳米带p-i-n结构太赫兹探测器的设计

研究了石墨烯纳米带横向p-i-n结构探测器对太赫兹波的响应特性,基于载流子输运方程和泊松方程,建立了考虑迁移、扩散、生成、复合等载流子运动的太赫兹探测器数学模型。根据该模型,对石墨烯纳米带横向p-i-n结构的太赫兹波响应进行了仿真,获得了反向栅压诱导生成的p-i-n二极管的能带图;进而探讨了纳米带宽度、i区长度及偏置电压对响应电流的影响,分析表明石墨烯纳米带带隙随宽度增大而减小,响应频率减小;i区长度与载流子寿命匹配时响应电流达到峰值;光电流随偏置电压的增大而增大,并趋于饱和。     

双芯光子晶体光纤的带隙及色散特性

为了研究双芯光子晶体光纤的带隙和色散特性,采用平面波展开法计算了双芯光子晶体光纤的带隙特性,当相对孔径d/A≥0.2时,归一化传播常数βA的增大,导致光子禁带宽度增加,利用空气导光的工作波长范围越大。并采用全矢量模型分析了双芯PCF的色散特性,得到了通过适当调整光纤的结构参量,可以获得灵活的色散特性的结果。当孔距A=2μm、相对孔径d/A=0.4时,在波长1.55μm附近,获得近480nm的超平坦色散区;随着相对孔径和孔距的增大,零色散点向短波长方向移动。这为制作高效传输光信号和高性能的保偏光纤提供了一个有效途径。     

Ⅲ-Ⅴ族半导体材料组成光子晶体能态密度特性

基于平面波展开法,以Ⅲ-Ⅴ族半导体材料AIP、AIAs、AISb和GaP构成二维方形格子光子晶体,并对其光子晶体能态密度特性进行了数值模拟。结果表明,Ⅲ-Ⅴ族半导体材料构成二维方形格子光子晶体具有较好的光子带隙,形成的最大带隙随介电常数差值的增大而增大,f=0.2a时归一化频率达到最大光子带隙,AISb具有较宽的光子禁带。该研究结果为光子晶体器件的研究提供理论依据。     

TiO_2粒径对聚四氟乙烯/TiO_2复合材料性能的影响

采用热压烧结工艺制备了TiO2陶瓷填充聚四氟乙烯(PTFE)复合基板材料。系统研究了TiO2陶瓷粒径对PTFE/TiO2复合材料显微结构、热导率、微波介电性能的影响。结果表明,复合材料的密度随TiO2粒径的增大而增大,而介电损耗、吸水率则随着TiO2粒径的增大而减小;相对介电常数和热导率随粒径的增大先减小,当TiO2粒径D50为6.5μm时达到最小值,然后开始增大。当TiO2的粒径D50为11μm时,复合材料具有较高的相对介电常数(εr=6.8),较低的介电损耗(tanδ=0.001 2)和较高的热导率(0.533 W/(m·℃))。     

大带隙2维正方晶格光子晶体的优化设计

为了研究2维正方晶格光子晶体的完全带隙特性,采用平面波展开方法模拟了两种结构2维光子晶体,在固定光子晶体周期常数a的前提下,研究了2维正方晶格光子晶体的完全禁带随柱半径和折射率的变化规律。结果表明,以空气为背景的锗介质柱组成的光子晶体,随着半径的增大,完全带隙宽度先增大后减小最后消失,填充比为38.3%时,同时增大介质柱的介电常数,在介质柱折射率为4.2处,完全带隙最大,带宽是0.02754(ωa/(2πc));以锗为背景的空气柱组成的光子晶体,光子禁带对应的无量纲频率随半径的增大而增大,填充比为48.3%时,同时增大背景介质的介电常数,出现多个完全带隙,在背景折射率为6.2处,完全禁带最大,带宽为0.02922(ωa/(2πc))。光子晶体带隙的频谱响应也表明了完全带隙的范围。这为大带隙2维正方晶格光子晶体的设计和制备提供了依据。     

Compton散射对磁化等离子体光子晶体色散特性的影响

利用多光子非线性Compton散射模型和有限时域差分法,对Compton散射对磁化等离子体光子晶体色散特性的影响进行了理论分析和数值模拟,提出了将入射光和Compton散射光作为磁化等离子体光子晶体中产生色散的新机制。研究结果表明,与Compton散射前相比,Compton散射使零色散频率和截止频率增大,零色散线相对于平带有一定的偏离,截止频率点色散线位置上升,上、下色散曲线分别呈现更加明显的非线性增加和减小的趋势。背景的相对介电函数增加到一定值时,散射使出现的全方向带隙的归一化频率增大,带隙中心位置下降较快,带隙宽度增加较大,波矢偏离周期平面较明显,本征模的截止频率较大,理论计算和数值模拟吻合得很好。     

2维复式正方晶格结构的完全带隙研究

为了获得较大的完全带隙,采用平面波展开法对2维光子晶体的带隙结构进行计算,通过栅格结构连接方形硅介质柱对正方晶格的带隙结构进行优化。在适当调整介质柱宽度和栅格宽度后,所构成的复式结构获得了较大的完全带隙。结果表明,在正方晶格结构的情况下,只有方形硅介质柱且其宽度为0.5a(a为晶格常数)时,仅存在TE模的带隙;只有同周期硅介质栅格结构且栅格宽度为0.22a时,仅存在TM模的带隙;复式结构的情况下,适当调整介质柱宽度w和栅格宽度d,在w=0.5a和d=0.05a时,可以获得较大的完全带隙,其宽度为0.0417ωe(ωe为中心频率);在w不变时,随着d的变化,在0.04a～0.11a出现完全带隙;在d不变时,随着w的变化,在0.42a～0.76a出现完全带隙;在4～36的范围内调整介电常数,在8.41～36之间能够出现不同宽度的完全带隙。这些结果对2维光子晶体的制作和应用是很有帮助的。     

氧化锌电子结构的压力效应的理论研究

基于平面波函数密度泛函理论研究了不同压力条件下纤锌矿结构氧化锌的晶格结构和电子结构。计算结果表明,氧化锌的晶格参数和Zn—O键长随外压力的增加先增大后逐渐减小,晶胞纵横轴长之比增大,晶格对称性保持不变;带隙类型均为直接带隙,其宽度随外压力增加先降低后逐渐增大,零压力下其存在着0.908eV的直接带隙,在最大压力100GPa下其带隙达0.993eV;费米能级附近的状态密度随压力增加有增大的趋势,电子局域化趋势明显。分析结果表明,随着外压力的增加,氧化锌费米能级下方附近的载流子有效质量先增大后减小;导带的载流子有效质量均较小。外界加力还改变了氧化锌体系的电子分布情况。     

超薄层超晶格GaAs/AlAs(001)的电子结构

本文讨论了SU(N.M)的空间对称性和布里渊区经折叠后的特殊性质。使用分区变分法计算了超薄层超晶格(GaAs)_n/(AlAs)_n(n=1,2,3)的能带,运用四个势场调整参数所算出的能带和实验结果基本相符。结果表明,(GaAs)_1—(AlAs)_1为间接能隙半导体,禁带宽度为1.87eV,导带底位于Z_x点(1,0,0)(2π/a)。而(GaAs)_n—(AlAs)(n≥2)则为直接能隙半导体,且禁带宽度E_g随着n的增大而减小。并将计算结果和别的理论结果、实验数据作了比较和分析。     

激光参量对血管支架重铸层及热影响区的影响

为了探究光纤微秒激光加工中关键工艺参量对心血管支架重铸层和热影响区的形成机理及变化趋势, 采用了基于不同单因素参量下光纤微秒激光切割316L医用不锈钢的实验方法。通过进行理论分析和实验验证, 得到了单因素参量下316L心血管支架的实物模型及其热影响区及重铸层的检测数据。结果表明, 重铸层厚度主要受脉冲宽度及激光功率影响, 随脉冲宽度和脉冲功率的增大而增大, 当脉宽为20μs时, 最小重铸层厚度为3.0μm; 热影响区厚度与脉冲宽度、脉冲频率、激光功率、切割速率有关, 即随脉冲宽度及脉冲频率的增大而增大, 随功率的增大先增大后减小, 随切割速率的增大先减小后增大, 当脉冲频率为5000Hz时, 最小热影响区厚度为0.2μm。通过研究316L心血管支架重铸层及热影响区的形成机理及变化趋势, 为后续的正交实验及抛光实验奠定了基础。     

不同单元结构光子晶体的带隙分析

用时域有限差分法数值模拟了电磁波在二维光子晶体的传播,计算结果表明:填充率存在一个最佳值,使光子晶体带隙宽度最大,而带隙中心频率随填充率的增大而向低频移动;介质柱的横截面的形状是影响带隙的一个因素:填充率相同,横截面的形状不同,其带隙位置、宽度不同.     

Ⅲ-Ⅴ族半导体材料组成光子晶体能态密度特性

应用平面波展开法研究Ⅲ-Ⅴ族半导体材料组成光子晶体能态密度特性,得到填充率f随品格半径a之间的变化对应的能态密度分布,当f=0．2a时归一化频率存在最大光子带隙。通过比较化合物半导体材料为AIP、AJAs、AISb和GaP构成二维方形光子晶体得出GaP有较宽的光子禁带,随着填充率的增加光子晶体带隙增加。研究结果为光子晶体器件的研究提供理论依据。     

磁导率对光子晶体带隙特性的影响

利用时域有限差分(FDTD)法,计算了磁介质材料光子晶体(PC)的能带结构.结果表明,磁性散射也能形成光子禁带.增大PC构筑单元的磁导率,不仅能够增大带隙宽度,而且能够增加带隙个数和带隙深度.PC中引入磁性材料,增加了能带工程的调节自由度,为阻抗匹配设计提供了更多的可调参数,能更有效地吸收调频电磁干扰,对器件性能的改善具有广泛的应用价值.对其作用机理进行了探讨.