含左手材料异质结构光子晶体的零平均折射率带隙的展宽

运用光学传输矩阵理论,研究了含左手材料一维二元光子晶体的禁带特性.提出了含左手材料的光子晶体异质结构中零平均折射率带隙展宽的方法.根据此方法设计的异质结构的光子晶体形成的零平均折射率带隙,与一维光子晶体零平均折射率带隙相比,零平均折射率带隙的宽度和相对带隙宽度可以得到显著的拓宽.而且它的零平均折射率带隙的边缘与TM波和TE波相关.这种特性在微型谐振腔、天线基片、同轴波导等方面都具有潜在的应用.     

一维光子晶体禁带特性的研究

应用传输矩阵法研究了一维光子晶体的禁带特性,数值模拟得到了一维光子晶体TE模、TM模和TE/TM模禁带结构,计算结果表明,介质层的厚度发生变化时,禁带宽度发生变化。研究结果为一维光子晶体器件的设计提供了理论依据。     

基于传输线技术的零平均折射率(zero-)带隙的实验研究

基于传输线方法,制备了含左手材料和右手材料的一维光子晶体.通过仿真软件ADS的模拟和矢量网络分析仪的测量,研究了光子晶体的传输特性.实验结果表明:由左手材料和右手材料构成的一维光子晶体具有零平均折射率(zero-)带隙,这一带隙处于左手通带和右手通带之间.zero-带隙分别由零平均介电常量和零平均磁导率决定,进而对晶格尺度不敏感.     

基于传输线技术的零平均折射率(zero-n-)带隙的实验研究

基于传输线方法,制备了含左手材料和右手材料的一维光子晶体.通过仿真软件ADS的模拟和矢量网络分析仪的测量,研究了光子晶体的传输特性.实验结果表明:由左手材料和右手材料构成的一维光子晶体具有零平均折射率(zero-n-)带隙,这一带隙处于左手通带和右手通带之间.zero-n-带隙分别由零平均介电常量和零平均磁导率决定,进而对晶格尺度不敏感.     

一维光子晶体光谱控制实验研究

光子晶体的禁带特性为伪装材料的光谱控制研究提供了一条新的技术途径。利用传输矩阵的方法建立了一维光子晶体光谱透射、反射的理论模型,针对伪装材料近红外高反射、中远红外低发射的要求,优选Ag,MgF2和ZnS等材料作为光子晶体的薄膜材料,采用真空蒸发镀膜的方法制备出Ag/MgF2,Ag/MgF2/ZnS 4种不同周期结构的一维光子晶体,并实验研究了一维光子晶体的光谱反射和透过特性。结果表明:材料和周期结构对一维光子晶体光谱特性有不同的影响,通过优化设计可以实现在伪装波段内的光谱特性要求。     

一维全息光子晶体的透射谱分析

利用传输矩阵法数值计算了一维全息光子晶体的带隙结构,分析了针对记录材料重铬酸盐明胶(DCG),折射率周期性渐变的一维全息光子晶体结构的透射谱特性.通过计算记录光路中相干光束以不同入射角干涉时产生不同的禁带分布范围,与改变再现光路中光束和干板的夹角相比较,提出了弥补固定厚度DCG产生光子晶体的禁带分布范围较窄的方法.     

异质结构对多通道滤波器禁带的展宽

采用光学传输矩阵法首次研究了掺有缺陷的一维三元异质结构光子晶体的传输特性。研究显示,三元异质结构光子晶体与三元周期结构光子晶体相比光子禁带显著扩大。在异质结构光子晶体中引入缺陷并调整缺陷的数目可以实现多通道滤波现象。本文主要讨论了在该结构产生一、二、三通道滤波现象。     

一维光子晶体的光学传输特性分析

采用等效F-P腔方法对一维光子晶体进行研究,计算并讨论不同周期数的一维光子晶体对光学传输特性的影响.计算结果表明,一维光子晶体具有光子禁带,表现为对光的高反射率;掺杂的一维光子晶体的光子禁带中央将出现频宽极窄的缺陷态,即光子局域,与复折射率和晶体周期数有密切的关系.所得结果与实验分析一致,证明了方法的有效性和实用性,并为光子晶体的设计提供依据.     

组合一维光子晶体全能反射器

为了能充分地展宽一维光子晶体的全方位禁带,从一维光子晶体禁带结构的特点出发,对于不发生Brewster效应的一维光子晶体,提出了通过两个或两个以上一维光子晶体的组合来实现和展宽一维光子晶体全方位禁带的理论依据和最佳组合方式.并给出了所提出的组合方式下相关参数的定量计算公式. 最后用传输矩阵法进行了数值模拟计算,对提出的组合方式进行验证,计算结果与预期结论符合很好.     

一维光子晶体的透射谱特性

利用传输矩阵法研究了一维光子晶体的透射谱特性,数值模拟得到了可见光波段一维光子晶体中的透射谱特性,计算结果表明可见光波段入射波长变化时,透射谱禁带宽度发生变化。研究结果为可见光波段一维光子晶体器件的设计提供了理论依据。     

含负折射率材料的一维光子晶体的光学传输特性

采用光学传输矩阵方法,模拟研究了由正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体的光学传输特性.计算了这种含负折射率材料的一维光子晶体的透射谱和色散关系.结果表明,在正入射时,含负折射率材料的光子晶体的带隙要比传统的光子晶体要大得多,并具有狭窄的透射带,从光学薄膜理论的色散关系出发解释了形成上述现象的原因.讨论了在不同的偏振模式下,光以中心波长入射时,反射率随着入射角度的变化关系.发现含负折射率材料的一维光子晶体具有更好的角度特性,可以用来实现对中心波长的全方位反射.     

含特异材料一维超导光子晶体的带隙特性研究

利用传输矩阵法研究了含特异材料的一维超导光子晶体的带隙特性. 研究表明, 这类超导光子晶体同样具有由传统的电介质材料构成的超导光子晶体一样的低频带隙, 且在一定的参数下该低频带隙可以相当宽. 但在一定的结构参数下, 这类超导光子晶体同完全由传统的电介质构成的光子晶体一样不存在低频带隙. 还就超导光子晶体的偏振特性、光子晶体结构参数及环境温度的变化对光子带隙结构的影响进行了研究. 关键词： 超导光子晶体 传输矩阵法 特异材料 光子带隙     

正负折射率材料组成的一维光子晶体的能带及电场

计算了由正负折射率材料交替排列组成的一维光子晶体的能带及电场，发现其能带不同于由普通正折射率材料组成的光子晶体的能带.当选择合适的参数时，由正负折射率材料组成的光子晶体的TE模或TM模有完全光子带隙出现，这在普通光子晶体中不出现.导带中的电场波函数与普通光子晶体相比具有很强的局域性.对于负折射率材料层为色散介质的情况，计算了在不同的具有正负折射率区域能带.     

Photonic band gap and defect mode from a layered periodic structure with anisotropic nonmagnetic right-handed and left-handed metamaterials

We demonstrate a photonic band gap (PBG) from a layered periodic structure containing anisotropic nonmagnetic right-handed and left-handed metamaterials whose permittivity elements are partially negative. A set of criteria imposed on materials and structures to realize a PBG is derived, and the transmission spectra are also discussed. When a defect layer is introduced, some unusual properties are found in contrast to that of a defect mode in ordinary PBG structures.     

含负折射率材料1维光子晶体的偏振无关非全向的缺陷模

运用光学传输矩阵理论,研究了含负折射率材料1维光子晶体缺陷模的偏振特性。结果显示,零均折射率带隙中缺陷模对入射角和偏振有较强的依赖。通过对缺陷层参数的优化设计,得到了一系列的偏振无关非全向缺陷模,这是传统1维光子晶体中不能出现的。应用这些缺陷模,设计了低通、高通、带通空间滤波器。与传统光子晶体空间滤波器相比,这些空间滤波器具有偏振无关的优点。     

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在理想条件下,为了研究等离子体参数、填充率、入射角度和介质层相对介电常数对一维三元磁化等离子体光子晶体的禁带特性的影响,用由传输矩阵法计算得到的TE波任意角度入射时的左旋极化波(LCP)和右旋极化波(RCP)的透射系数来研究其禁带特性。结果表明,仅增加等离子体碰撞频率不能实现禁带宽度的拓展,改变等离子体频率、填充率和介质层的相对介电常数能实现对禁带宽度和数目的调谐。改变等离子体回旋频率能实现对右旋极化波的禁带的调谐,但对左旋极化波的禁带几乎无影响。入射角度的增大使得禁带低频区域带宽变大,而高频区域带宽则是将先减小再增大。     

Photonic band gap of one-dimensional periodic structure containing dispersive left-handed metamaterials

Band structures of one-dimensional(1D)photonic crystals(PCs)containing dispersive left-handed metamaterials are studied theoretically.The results show that the structure possesses a type of photonic band gap originating from total internal reflection(TIR).In contrast to photonic band gaps corresponding to zero average refractive index and zero phase.the TIR gap exhibits sharp angular effect and has no polarization effect.It should also be noted that band structures of transverse electric(TE) and transverse magnetic(TM) mode waves are exactly the same in the PCs we studied.     

Anisotropic photonic crystals and microcavities based on mesoporous silicon

A technique to prepare one-dimensional anisotropic photonic crystals and microcavities based on anisotropic porous silicon exhibiting optical birefringence has been developed. Reflectance spectra demonstrate the existence of a photonic band gap and of an allowed microcavity mode at the photonic band gap center. The spectral position of these bands changes under rotation of the sample about its normal and/or under rotation of the plane of polarization of the incident radiation. The dependence of the shift of the spectral position of the photonic band gap edges and of the microcavity mode on the orientation of the polarization vector of incident electromagnetic wave with respect to the optical axis of the photonic crystals and microcavities was studied.     

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.     

Photonic gap vanishing in one-dimensional photonic crystals with single-negative metamaterials

The properties of photonic band gap in one-dimensional photonic crystals composed of single-negative metamaterials are studied theoretically. Our study shows that the photonic gap will vanish at a certain incident angle when both the phase-match and impedance-match conditions are satisfied simultaneously, suggesting that the bandwidth and location of the photonic gap are strongly dependent on the incident angle and polarization. However, the photonic gap will not vanish and may become insensitive to the incident angle when the two match conditions cannot be met. Our study also shows that losses in metamaterials have little effect on the properties of the photonic gap.