含左手材料的一维准周期光子晶体的透射特性研究

利用传输矩阵法,计算了含左手材料的一维准周期光子晶体的透射谱,并分析了其变化规律.结果表明:nR/ηL的比值对其透射谱影响较大,当比值为1时,透射率T恒为1,与N和△dR、△dL均无关;而当nR/ηL的比值在1.7～2.0之间、N=10时,透射谱的通带呈尖峰状,且通带中心在偶数倍频处有红移,通带峰值不变;而当nR/ηL的比值大于2.0时,在高频处的通带峰值变小,两介质的递增厚度△dR、△dL越大,nR越大,这种变化越明显,改变周期数N,对透射谱有较大的影响.     

太赫兹波在一维反铁磁/电介质准周期光子晶体的传输性质

本文利用传递矩阵方法研究了电磁波倾斜入射时,一维反铁磁/电介质准周期光子晶体的透射性质.反铁磁层和电介质层按Fibonacci数列排列构成准周期光子晶体.通过数值模拟发现光子禁带中有透射峰出现, 而且随着准周期光子晶体级数的增加透射峰的数目也在增加.此外,透射峰受电介质层的介电常数、入射角度和电磁波偏振影响明显. 关键词： 反铁磁层 准周期光子晶体 太赫兹波传输性质     

TiO2/SiO2多层膜的带隙结构及光催化性能

利用传输矩阵法设计了由SiO2、TiO2组成的多层膜高透射率光子晶体结构,并分析了其透射谱特性,根据等效层原理改变多层膜一维光子晶体的自身结构来提高通带内特征波长附近的透射率,获得了最佳结构参数。研究结果表明,当晶格参数为150nm,填充比为0.346,周期数为6时,400nm波长附近吸收带处的透射率最低也可达96.5%,并且不论是TM模式还是TE模式,入射角在0°～45°范围内仍保持高的透射率,该结构可望用于空气净化装置以提高SiO2、TiO2光催化剂的光催化效率。     

基于光子晶体塔姆态的带隙分裂

将由两个一维介质层光子晶体组成的异质结拓展为超晶格结构,分析了该结构的能带和透射谱。该超晶格结构可以产生多个界面隧穿态,它们之间的耦合可产生新的通带。研究结果表明,该通带的宽度随光子晶体的周期数变化,而通带的中心位置保持不变。当光子晶体周期数取特定值时,这个通带将发生分裂,在带间产生零相位带隙或π相位带隙。     

多通道可调TM偏振滤波特性研究

基于光子晶体的光子局域特性,并利用液晶的电控双折射效应,设计了一种新型的多通道可调滤波器。采用传输矩阵法对该滤波器的光学传输特性进行了数值模拟,分析了透射谱与晶体结构参数的关系,讨论了大角度入射光子晶体时电控双折射效应对透射谱的影响。结果表明:当入射角为89°时会出现多个间距不等的高透射率的透射峰。随着各液晶层折射率的增加,缺陷模发生红移。当向光子晶体施加电压时,透射峰的位置发生蓝移,但透射峰峰值大体不变,从而验证了此滤波器的可调节性。该光子晶体滤波器结构简单,可调谐性好,在波分复用系统光源、光谱分析仪和信道监测中有一定的应用价值。     

一维光子晶体中多缺陷耦合导致的杂质带

利用传输矩阵方法研究了包含多个周期性分布的缺陷的一维光子晶体的透射谱.以33个周期的1/4波堆存在5个缺陷的光子晶体为例作了数值计算.结果表明,在周期性光子晶体中加入多个缺陷时,将在截止带中产生多个缺陷模.这些缺陷模构成的杂质能带依赖于缺陷在晶体中的分布.当缺陷密集时,缺陷模耦合较强,杂质带中透射峰相距较远,它们对应禁带中许多分立定域的杂质能级;当缺陷稀疏时,缺陷模耦合较弱,透射峰相距较近,分立的杂质能级趋于简并,由此形成一个很窄的通带.     

单负材料一维光子晶体超窄带滤波特性研究

用传输矩阵法研究了单负材料一维光子晶体(ABD)m(CBA)n(ABD)m(CBA)n的透射谱。结果表明:当增加周期数m或D层介质厚度dD时,透射谱中的两个隧穿模越加锋锐,但所处频率位置不变;当增加周期数n或C层介质厚度dC时,透射谱中的两个隧穿模向中间靠拢趋于简并;当增加A层介质厚度dA时,透射谱中双隧穿模结构及位置无变化,而当增加B层介质厚度dB时,透射谱中的三模结构向低频方向移动,且逐渐消失;随着入射角θ的增大,透射谱中两隧穿模向禁带中心靠拢。利用单负材料光子晶体的透射谱特性可实现可调性和高品质的单、多通道超窄带滤波功能。     

含负折射率材料的异质结构光子晶体的光学传输特性

利用传输矩阵法研究了正负折射率材料构成的异质结构光子晶体的光学传输特性。结果表明:当入射波正入射时,在这种异质结构光子晶体内出现了光子带隙,并且带隙内出现了3个极窄的透射峰,这是正负交替光子晶体和常规材料构成的同周期一维异质结构光子晶体所不具有的新颖物理特性。计算了这种异质结构光子晶体的透射谱。发现:这3个透射峰不敏感于入射角的变化,而在带隙两侧的透射峰则会随着入射角增大统一向带隙靠近;能带敏感于晶格厚度和周期数的变化。     

基于光子晶体光纤Lyot-Sagnac环的可调谐微波光子滤波器

提出了一种光子晶体光纤Lyot-Sagnac环切割宽带光源的中心频率连续可调的微波光子滤波器.用温敏液体(Cat.19340)对两段光子晶体光纤(长度为11.94m和1.94m)中心的一个大孔进行填充后嵌入Lyot-Sagnac环,仿真分析了不同填充占空比对Lyot-Sagnac环梳状谱周期和滤波器通带中心频率调谐范围的影响,结果表明:占空比越大,Lyot-Sagnac环的梳状谱周期越小,滤波器通带中心频率的调谐范围越大.在占空比最大温度为20℃和80℃时,两段光子晶体光纤的有效长度为10m时,LyotSagnac环的梳状谱周期分别为0.36nm和0.26nm;当两段光子晶体光纤的有效长度为13.88m时,Lyot-Sagnac环的梳状谱周期分别是0.26nm和0.19nm.用该Lyot-Sagnac环对宽带光源进行切割,当温度在20℃到80℃之间变化时,通过调节环内的偏振控制器,多波长光源波长间隔可在0.19nm~0.36nm范围内连续可调,实现了滤波器通带中心频率在31.04GHz~58.81GHz范围内连续可调.     

对称双缺陷光子晶体的可调谐滤波特性分析

基于光子晶体的光子局域特性,并利用光子晶体的介观压光效应,提出了一种新型的双通道可调滤波器结构.采用传输矩阵法对该滤波器的光学传输特性进行了理论推导,建立了透射谱与光子晶体结构参数的关系,讨论了介观压光效应对双缺陷光子晶体透射谱的影响,并对所设计的光子晶体结构进行了数值模拟.结果表明:随着入射角度的增大,缺陷峰发生蓝移.随着各介质层折射率或几何厚度的增加,缺陷峰发生红移.当光子晶体发生轴向拉伸应变时,缺陷峰的位置向长波长移动,但缺陷峰的峰值大体不变,从而验证了此滤波器的可调节性.该光子晶体滤波器结构紧凑,可调谐性好,为光子晶体激光器及传感器的设计提供了一定的理论参考.     

一维液晶光子晶体透射谱的研究

一维液晶光子晶体在光滤波器、低阈值激光器和光开关等领域有着很好的应用前景。研究了一维液晶光子晶体的透射谱,电压范围在0～10V内,光谱调谐范围约为50nm,透射峰半高宽为18nm,禁带宽度近400nm。进一步提出了非偏振光型液晶光子晶体,设计了相互垂直0°扭曲取向的双液晶层一维液晶光子晶体器件。双液晶层起到了对各向偏振光光程的补偿作用,使得禁带中的两个透射峰合并为一个透射峰,加强了光强度,增强了滤波性能。     

Localized electromagnetic modes and the transmission spectrum of a one-dimensional photonic crystal with lattice defects

The properties of localized electromagnetic modes in a one-dimensional photonic crystal with a structural defect layer were studied. The role of the defect was played by an anisotropic nematic liquid crystal layer. The frequency and the damping factor of defect modes were shown to substantially depend on the defect layer thickness and the orientation of the optical axis of the nematic. The transmission spectra of photonic crystals with one and two lattice defects were studied. Taking into account the special feature of nematic liquid crystals distinguishing them from usual crystals, namely, large permittivity anisotropy, it was shown that the transmission spectrum of the photonic crystal could be controlled by varying the orientation of the optical axis of the nematic, for instance, under the action of an external electric field.     

镜像对称缓变准周期结构一维光子晶体的缺陷模

利用传输矩阵方法,研究了镜像对称缓变准周期结构一维光子晶体的缺陷模。结果表明,当镜像对称缓变准周期结构一维光子晶体的周期数增加时,禁带宽度逐渐展宽;引入缺陷后,出现缺陷模,缺陷模的波长随缺陷层厚度增加和缺陷层介质折射率的增大而向长波方向移动。     

Transmission properties of one-dimensional Photonic crystals containing double-negative and single-negative materials

The transmission properties of one-dimensional photonic crystals containing double-negative and singlenegative materials are studied theoretically.A special kind of photonic band gap is found in this structure.This gap is invariant with scaling and insensitive to thickness fluctuation.But when changing the ratio of the thickness of two media.the width of the gap could be enlarged.The defect modes are analyzed by inducing a linear defect layer in the structure.It is found that the number of defect modes will increase when the thickness of the defect layer becomes larger.     

可见光波段SiO2/CdSe一维光子晶体及缺陷模的研究究

采用SiO2/CdSe构建了可见光波段一维光子晶体结构,并在其中引入LiTaO3缺陷层。利用传输矩阵法,分析了电磁波在无缺陷与含LiTaO3缺陷层两种光子晶体中的带隙结构,系统地研究了缺陷层参数对光子晶体可见光波段带隙结构的影响规律。计算结果表明：LiTaO3的引入,有利于带隙宽度的增加,调整缺陷层结构参数,缺陷模的位置可在不同颜色区域出现,如红光、黄光等缺陷模。该结构有望用于制作可见光波段的滤波器。     

DOUBLE PERIODIC PHOTONIC CRYSTAL WITH METAMATERIAL

In this paper, the reflection and transmission coefficients of multi-layer dielectric and metamaterial media are derived by transmission-line method. Then, it is applied to double periodic photonic crystal structure, which is composed of two thin dielectric layers sandwiched by two thin metamaterial layers. The results show the structure has a large passband and a monotonous symmetric rising band edges compared with that for a conventional photonic crystal structure. If a defect layer is introduced, the localized modes appear. Furthermore, the number of transmission peaks in the photonic crystal structure can be tuned by changing the thickness of the defect in the structure. This photonic crystal may find application to broadband reflectors and the multi-wavelength narrow band optical filters.     

时变磁化等离子体光子晶体光子局域态分析

采用磁化等离子体的分段线形电流密度卷积(Piecewise Linear Current Density Recursive Convolution,PLCDRC)时域有限差分(Finite-Different Time-Domain,FDTD)算法研究了具有单一缺陷层一维时变磁化等离子体光子晶体的光子局域态特性。以高斯脉冲为激励源,用算法公式所得的电磁波透射系数来讨论了等离子体上升时间对其缺陷模的影响。结果表明,改变等离子体上升时间和密度可以获得不同的缺陷模。     

一维新型阶梯函数光子晶体透射特性

研究了阶梯型折射率n₂₂、n₁₁(阶梯分布高度)的大小、对应的分布厚度、不同入射角以及缺陷模对阶梯函数型光子晶体透射特性的影响.由费马原理给出光在函数光子晶体中的运动方程,再由电磁传播理论给出函数光子晶体的传输矩阵,进一步推导出函数光子晶体的透射率以及电场分布的表达式.研究表明,1)随n₂₂,n₁₁大小或者厚度改变,其禁带变宽;2)随光的入射角增加,其禁带变窄;3)当加入缺陷层时,随着缺陷层介质折射率增加,缺陷模强度减小且位置发生红移;4)在函数光子晶体中,缺陷层前电场分布保持不变,而在缺陷层处以及之后的电场强度都明显增强,这不同于常规光子晶体的电场分布仅在缺陷层处局域增强.