光在一维光子晶体中的全反射贯穿效应

为了研究一维光子晶体中光波的全反射贯穿效应,利用传输矩阵法计算了TE波和TM波在大于全反射角入射一维光子晶体的透射率.在透射波中发现了全反射贯穿效应,得出了全反射贯穿效应随入射角的变化规律、全反射贯穿效应的波长特性以及全反射贯穿效应随介质光学厚度的变化规律.利用波的量子理论和渐逝波的理论对一维光子晶体的全反射贯穿效应作出了理论解释.     

光在一维光子晶体中的全反射贯穿效应

为了研究一维光子晶体中光波的全反射贯穿效应,利用传输矩阵法计算了TE波和TM波在大于全反射角入射一维光子晶体的透射率.在透射波中发现了全反射贯穿效应,得出了全反射贯穿效应随入射角的变化规律、全反射贯穿效应的波长特性以及全反射贯穿效应随介质光学厚度的变化规律.利用波的量子理论和渐逝波的理论对一维光子晶体的全反射贯穿效应作...     

1维圆柱掺杂光子晶体的滤波性能

为了研究1维圆柱掺杂光子晶体的滤波性质,利用光波在1维圆柱掺杂光子晶体中径向受限的条件,推导出光波在1维圆柱掺杂光子晶体中各个模式满足的关系式,研究了TE波和TM波各模式的缺陷模随模式量子数和杂质光学厚度的变化规律。TE波和TM波的缺陷模频率都随模式量子数的增加而增大;同一模式TE波和TM波的缺陷模频率都随杂质光学厚度的增加而减小。利用缺陷模随模式量子数的变化规律可以实现多通道滤波,利用缺陷模随杂质光学厚度的变化规律可以实现调谐滤波。     

各向异性光子晶体的全反射隧穿偏振特性

为了研究一维各向异性光子晶体的全反射隧穿偏振特性,利用传输矩阵法计算了TE波和TM波以大于全反射角入射一维各向异性光子晶体时的透射率,在透射波中发现了TE波和TM波的一、二级全反射隧穿带.得出了与一维各向同性光子晶体的全反射隧穿效应的不同点,即TE波和TM波的一、二级全反射隧穿带的频率中心和频率宽度存在着较大的差异,利用这个特性可以将两种偏振光进行频率分离,为设计优质偏振滤波器提供理论依据.     

一维光子晶体全反射隧穿的色散特性

利用介质材料的色散关系和特征矩阵法研究了一维光子晶体中TE波和TM波的全反射隧穿效应随色散的变化特征.TE波和TM波全反射隧穿导带的频率中心随色散强度的增加而降低,频率宽度随色散强度的增加而增大.TE波和TM波的全反射隧穿导带的频率中心随入射角的增加而升高,频率宽度随入射角的增加而减小.这些研究结果拓宽了对一维光子晶体中TE波和TM波波全反射隧穿效应的认识.     

圆柱光子晶体全反射隧穿的梳状滤波特性

研究一维圆柱光子晶体的全反射隧穿的梳状滤波特性,利用传输矩阵法计算光在大于全反射角入射一维圆柱光子晶体的透射率.在透射波中发现全反射隧穿效应,全反射隧穿峰具有优良的梳状滤波特性.得到圆柱光子晶体的全反射隧穿随周期数、模式量子数以及圆柱半径的变化特征,为设计性能优良的梳状光子晶体滤波器提供理论依据.     

二维函数光子晶体

光子晶体是由两种或两种以上不同介电常数材料所构成的周期性光学纳米结构.光子晶体结构可分为一维、二维和三维,其中二维光子晶体已成为研究的热点.可调带隙的二维光子晶体可以设计出新型的光学器件,因此,对它的研究具有重要的理论意义和应用价值.本文提出的二维新型函数光子晶体可以实现光子晶体带隙的可调性.所谓二维函数光子晶体,即组成它的介质柱的介电常数是空间坐标的函数,它不同于介电常数为常数的二维常规光子晶体.二维函数光子晶体是通过光折变非线性光学效应或电光效应使介质柱的介电常数成为空间坐标的函数.运用平面波展开法给出了TE和TM波的本征方程,由傅里叶变换得到二维函数光子晶体介电常数ε(r)的傅里叶变换ε(G),其傅里叶变换比常规二维光子晶体的复杂.计算发现当介质柱介电常数为常数时,其傅里叶变换与常规二维光子晶体的相同,因此二维常规光子晶体是二维函数光子晶体的特例.在此基础上具体研究了二维函数光子晶体TE波和TM波的带隙结构,其介质柱介电常数函数形式取为ε(r)=k·r+b,其中k,b为可调的参数.并与二维常规光子晶体TE波和TM波的带隙结构进行了比较,发现二维函数光子晶体与二维常规光子晶体TE波和TM波的带隙结构有明显的区别,二维函数光子晶体的带隙数目、位置以及宽度随参数k的变化而发生改变.从而实现了二维函数光子晶体带隙结构的可调性,为基于二维光子晶体的光学器件的设计提供了新的设计方法和重要的理论依据.     

由单负材料组成的对称型一维光子晶体的偏振特性

利用传输矩阵法,讨论了由单负材料组成的对称型一维光子晶体的偏振特性。结果表明:入射角较小时,TE、TM两波隧穿模的中心位置基本相同。入射角θ增加,两隧穿模均向短波方向移动,且其半峰全宽变窄。入射角θ>20°时,两隧穿模的蓝移量增加,且TM波的移动量大于TE的,入射角越大,这一变化越明显。周期数N增加时,两隧穿模的位置保持不变,半峰全宽变窄;TM波隧穿模的透射率保持为1,而TE波的有所下降。介质的几何厚度增加时,两隧穿模均向长波方向移动,隧穿模的透射率保持不变。两介质几何厚度的变化量相同,两隧穿模的移动量也分别相同。     

RTCM算法在一维光子晶体缺陷模中的应用

利用RTCM算法研究一维光子晶体的缺陷模.研究了TE波和TM波入射时的情况,通过改变杂质层的光学厚度以及杂质层的折射率从而得出一些有重要指导意义的缺陷模特性.同时对有缺陷的一维光子晶体在窄带滤波器中的应用做了一定程度的探讨.结果表明:正入射时,TE波和TM波的透射率几乎相同,随着杂质层光学厚度的增加,透射峰数目增加,这有助于制作多道窄带滤波器.因此,有缺陷的一维光子晶体可以制作波分复用中的多道滤波器.     

含负磁导率或双负材料的一维光子晶体的全方位带隙中波的反射相位特性

运用传输矩阵法研究了含负磁导率或双负材料的一维光子晶体结构在全方位光子禁带中波的反射相位谱.研究发现"负磁导率材料-正折射率材料"光子晶体和"双负材料-正折射率材料"光子晶体,在所述带隙中,对TE波而言,反射相位随入射角的增大而增大;对TM波而言,禁带频率范围内波的反射相位随入射角的增大而减小;TE波和TM波,两种结构的反射位相均随介质层的厚度缩放因子增大而增大,且都与周期数无关.     

一维光子晶体的全反射隧穿效应的解析研究

为研究一维光子晶体全反射隧穿效应的解析理论,利用多光束干涉理论推导出一维光子晶体的全反射隧穿导带频率满足的解析公式,从理论上解释了一维光子晶体的全反射隧穿效应产生的物理机理。利用频率的解析公式对全反射隧穿导带的频率随周期数、入射角以及周期光学厚度的变化规律进行了解析研究。并与传输矩阵法的计算结果进行了比较,结果发现两种方法得出的结论是吻合的,从而证明了解析理论的正确性。解析理论便于对各参量间的依赖关系进行解析研究,弥补了一维光子晶体研究中数值计算方法的不足。     

Optical properties of chiral photonic crystals with an anisotropic defect layer

Properties of defect modes in chiral photonic crystals with an anisotropic defect are considered. The influence of the defect layer thickness, its location in the crystal and orientation of its optical axis, as well as of the chiral photonic crystal thickness on the properties of defect modes is studied. It is shown that at certain values of the defect layer thickness the medium loses its main property, namely, the polarization dependence of the diffraction reflection. At certain thicknesses of the defect layer this system transforms from the source of the right circular polarization into the source of the left circular polarization, if the layer position in the chiral photonic crystal changes.     

Omnidirectional reflectance gaps and resonant tunneling effect in a one-dimensional photonic crystal consisting of two metamaterials

We investigate the properties of electromagnetic wave propagating in a one-dimensional photonic crystal (PC) consisting of two metamaterials with different dispersive model. The reflection gaps of metamaterials multilayer system are independent of the incident angle. Not only TE wave but also TM wave, the omnidirectional reflection gaps exhibit the same behavior with different incident angle for metamaterials as double negative material. We also observed that the frequency regimes of zero-transmission bands are different for TE and TM wave with the same incident angle, when one of metamaterials is the permittivity negative (ε < 0) and the other is the double negative. Correspondingly, we show that the result can be act as an efficient polarization splitter. At last, we discuss the resonant tunneling effect. If the total reflection condition is satisfied, the resonant tunneling effect is enhanced as the incident angle increases, even though the propagation wave is evanescent wave in the single layer medium.     

半无限周期光子晶体全反射隧穿效应的共振机理

建立了一维半无限周期光子晶体的谐振腔模型.利用谐振腔的共振条件推导出全反射隧穿导带波长满足的解析公式,从理论上解释了一维半无限周期光子晶体的全反射隧穿效应产生的物理机理.利用波长的解析公式对全反射隧穿导带的波长随导带级数、腔光学厚度以及入射角的变化规律进行了研究,解释了一维半无限周期光子晶体的全反射隧穿效应的变化规律.将共振理论的结果与色散法的结果进行比较,其结果吻合.     

半无限周期光子晶体全反射隧穿效应的共振机理

建立了一维半无限周期光子晶体的谐振腔模型.利用谐振腔的共振条件推导出全反射隧穿导带波长满足的解析公式,从理论上解释了一维半无限周期光子晶体的全反射隧穿效应产生的物理机理.利用波长的解析公式对全反射隧穿导带的波长随导带级数、腔光学厚度以及入射角的变化规律进行了研究,解释了一维半无限周期光子晶体的全反射隧穿效应的变化规律.将共振理论的结果与色散法的结果进行比较,其结果吻合.     

固-固无限周期声子晶体中SH波全反射隧穿的谐振理论

利用边界条件推导出SH波在一维固-固声子晶体中的转移矩阵, 得出一维固-固无限周期声子晶体中SH波的色散关系. 通过建立一维固-固无限周期声子晶体的谐振腔模型并利 用共振条件得出SH波的全反射隧穿的波长公式. 利用波长公式研究了SH波全反射隧穿的波长变化规律, 其结果与色散法一致. 解释了一维固-固无限周期声子晶体中SH波的全反射隧穿效应产生的原因. 关键词： 声子晶体 SH波 全反射隧穿 谐振理论     

Optical properties of a stack of layers of a cholesteric liquid crystal and an isotropic medium

Optical properties of a stack consisting of layers of a cholesteric liquid crystal (CLC) and an isotropic medium are investigated. The problem is solved using the modified Ambartsumyan layer-summation method. Particular features of reflectance spectra of this system are studied. It is shown that, in contrast to a single CLC layer, this system exhibits multiple photonic band gaps. There are two types of photonic band gaps: selective and nonselective with respect to polarization of the incident light. It is shown that eigenpolarizations in the system generally coincide with quasi-orthogonal quasi-circular polarizations, except for regions that are selective with respect to polarization of the diffractive reflection. It is shown that, for an even number of layers, the system under consideration is nonreciprocal and can function as an optical diode. The influence of thickness of CLC sublayers, angle of incidence, local dielectric anisotropy of CLC layers, refractive indices and thicknesses of layers of an isotropic media on reflectance spectra and other optical characteristics of the system is investigated.