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.     

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。     

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.     

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。     

二维正方晶格光子晶体波导的慢光特性研究

利用平面波展开法对二维正方晶格光子晶体波导进行了理论研究和分析.通过减小一排介质柱半径至原来的一半以及直接去除一排介质柱分别获得了0.066c和0.083c的最大群速度,对应的带宽分别为0.060(ωa/2πc)和0.062(ωa/2πc),得出了通过减小介质柱的半径比去除一排介质柱可获得更优慢光效果的结论.进一步分析了缺陷柱半径的变化对导模色散曲线及群折射率曲线的影响,发现当缺陷柱半径在低于介质柱半径的范围内变化时,导模曲线随着缺陷柱半径的增加而向低频方向移动,且渐趋平坦,亦即群速度变小.研究结果对优化正方晶格光子晶体慢光波导提供了理论依据.     

2维组合宽带隙光子晶体的研究

为了研究由两种不同的介质柱组合成的2维光子晶体的传输特性,对包层介质柱/基质光子晶体与空气柱/基质光子晶体组合的三角晶格光子晶体进行研究,采用时域有限差分法,对其进行模拟计算,得到多种情况下光子晶体的透射系数与入射光频率的关系曲线.结果表明,在这种组合结构的光子晶体中,可以得到从低频到高频的组合宽带隙,从而达到在更宽范围内控制电磁波传播的目的;包层介质柱外半径的变化对带隙的宽度影响较大;包层介质柱的内半径的大小、内柱和中间夹层的介电常数对带隙宽度没有影响,但是对带隙内的缺陷模有明显的影响.由此可以根据实际需要,通过调节此种光子晶体的结构参量制作极窄带通的滤波器和光开关等.     

2维组合宽带隙光子晶体的研究

为了研究由两种不同的介质柱组合成的2维光子晶体的传输特性,对包层介质柱/基质光子晶体与空气柱/基质光子晶体组合的三角晶格光子晶体进行研究,采用时域有限差分法,对其进行模拟计算,得到多种情况下光子晶体的透射系数与入射光频率的关系曲线.结果表明,在这种组合结构的光子晶体中,可以得到从低频到高频的组合宽带隙,从而达到在更宽范围内控制电磁波传播的目的;包层介质柱外半径的变化对带隙的宽度影响较大;包层介质柱的内半径的大小、内柱和中间夹层的介电常数对带隙宽度没有影响,但是对带隙内的缺陷模有明显的影响.由此可以根据实际需要,通过调节此种光子晶体的结构参量制作极窄带通的滤波器和光开关等.     

无限周期正负折射率光子晶体的全反射隧穿效应

为了研究一维无限周期正负折射率交替结构光子晶体中光的全反射隧穿效应,利用色散法计算了TE波和TM波在大于全反射角入射一维无限周期正负折射率交替结构光子晶体的色散函数。得出了一维无限周期正负折射率交替结构光子晶体中TE波和TM波的全反射隧穿导带的频率随入射角的变化特性、全反射隧穿导带的频率随负折射材料厚度的变化特性。     

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.     

层状复合介质柱二维光子晶体透射谱研究

针对用层状复合材料柱体构成二维光子晶体的这一设想,采用时域有限差分方法数值研究了多层复合介质材料在折射率、厚度、层数、组成次序等因素对组成二维光子晶体透射特性的影响。数值结果表明,透射谱中出现禁带宽度、中心频率所处位置都与单一介质组成二维光子晶体存在差别,特别是在多层环柱时变化更明显,因此在实际应用中,根据具体要求设计二维光子晶体比设计单一介质有更多的可调因素,为二维光子晶体的应用奠定了理论依据。     

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.     

颗粒膜电介质光子晶体低频折射率问题分析

应用颗粒膜电介质晶体在低频极限下的准静态折射率和静态折射率的关系,分析和计算了光子晶体低频折射率,结果表明：由于低频电磁波诱导的涡流（或极化电流）,使非磁性光子晶体显现反磁性共振,这个共振依赖于周期性颗粒的半径和趋肤深度之间的关系。即,如果趋肤深度远远小于周期性颗粒的半径,包含物内部电磁场被屏蔽,使每一种包含物的行为像理想反磁性体。对于平行颗粒膜平面的（H偏振）电磁波,光子晶体的反磁性磁导率总体上是随填充数的增加而线性的减少;相反的,当趋肤层大于半径,则反磁性体共振可以忽略。周期性颗粒的磁化引起静态和准静态折射率的结论,解释了非对易限制的问题。     

SiO2/Si光子晶体透射特性的数值研究

为了了解电磁波在2维三角晶格SiO2/Si光子晶体的传输特性,利用时域有限差分方法进行了数值模拟和计算,并研究了SiO2介质柱的形状和入射波模式的变化对晶体透射特性的影响。计算后得到多种情况下该光子晶体的透射率与入射光频率的关系曲线。结果表明,禁带的宽度和位置与构成光子晶体中SiO2的形状有关,SiO2柱半径变大则禁带变宽且禁带中心频率变大,半径为0.4α时,禁带宽度达到最大值。与TM模相比,TE模入射时,光子晶体更易形成禁带。这为光子晶体的实验制作和应用提供了理论依据。     

Effects of negative index medium defect layers on the transmission properties of one-dimensional photonic crystal

The photonic band gap structure of 1D photonic crystal with a negative index medium defect layer is studied by using the transfer matrix method. Investigations show that the introdution of negative index medium defect layer and the increase of the negative index value will result in an extension of the band gap. Moreover, by increasing the negative index, the width of defect layer and the numbers of period photonic crystal, the width of defect modes will be narrowed, which is advantaged to obtain optical filters with narrow band. Finally, the effects of absorption on the properties of band gap and on defect modes have been discussed.     

关注激光技术的一些发展和应用

本文阐述了激光、光纤通信、计算机控制系统的基本特点和作用,介绍了国外激光武器和激光制导的应用状况,说明了激光技术与计算机控制系统结合的重要性,并站在节能减排和保护环境的高度,预测了激光技术未来应用于电力行业的内容和前景。     

负折射率缺陷层的一维各向异性光子晶体缺陷模特性

本文提出了负折射率缺陷层的一维各向异性光子晶体结构,利用传输矩阵的方法给出了TE波和TM波的透射率,结果表明在TE波中出现两个及多个缺陷模,TM波存在单缺陷模,两种偏振状态不同的透射波的缺陷模能分开,得出了光通过负折射率缺陷层的一维各向异性光子晶体后TE波和TM波随入射角的变化特性、随缺陷层厚度的的变化特性。这些特性用于光子晶体多通滤波、光子晶体偏振和激光谐振腔等器件的设计具有重要意义。     

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。     

结构无序对8重准晶光子晶体带隙特性的影响

采用时域有限差分法(FDTD)对介质柱构成的8重准晶光子晶体(PQC)的光子带隙(PBG)特性进行了研究,分别讨论了介质柱尺寸无序和位置无序对其带隙宽度、位置和各向同性的影响.数值模拟结果表明,随着介质柱尺寸无序和位置无序的增大,8重准晶光子晶体带隙的中心频率向低频方向移动,带隙的相对宽度均变窄,但介质柱尺寸无序对带隙的影响远大于位置无序的影响.当尺寸无序达到介质柱半径的一半时,带隙完全消失,而对于相同大小的位置无序,相对带隙宽度只改变了1%;同时,在较大结构无序范围内,带隙的各向同性也能很好地保持.     

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.