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。     

双负介质对光子晶体透射能带谱的简并效应研究

利用传输矩阵法理论,通过数值计算模拟的方法,研究双负介质对一维光子晶体透射能带谱的影响。结果表明:当C介质由双正介质变成双负介质时,光子晶体(CBAABC)n的禁带、能带和光子晶体(AB)m(CBAABC)n(BA)m的透射峰均出现明显的简并现象,即前者相邻多禁带和多能带结构简并为较宽的单禁带和单能带结构,后者的透射峰由2n+1条简并成2n-1条;当双负介质C的光学厚度负值减小时,光子晶体(AB)m(CBAABC)n(BA)m的透射峰向禁带中心靠拢,出现简并趋势。双负介质对光子晶体透射能带谱的简并效应,为光子晶体设计光学滤波器件、光学开关等提供参考。     

对称型单负交替一维光子晶体的能带结构

构造了(AB)^N(BA)^N对称型两种单负材料交替一维光子晶体,利用传输矩阵法进行数值模拟.结果表明：这种单负交替对称型一维光子晶体具有一种特殊带隙结构,该带隙不敏感于入射角和晶格的无序性.在该带隙内出现了两个隧穿模,该隧穿模不敏感于入射角的改变和晶格的无序性,但能带及带隙内的隧穿模却敏感于晶格标度和周期数的变化;随着入射角的改变,带隙两侧的隧穿模趋于简并.这些特性对在利用此结构光子晶体设计双重超窄带滤波器时,具有一定的参考价值. 关键词： 光子晶体 单负材料 光子带隙     

左手介质对一维光量子阱透射谱的影响

通过传输矩阵法理论研究左手介质对一维光子晶体量子阱(AB)m(CBAABC)n(BA)m透射谱的影响,结果发现:当C层为双正介质时,光量子阱透射谱中出现2n+1条窄透射峰,当C层为左手介质时,呈现简并现象,光量子阱透射峰中仅出现2n-1条窄透射峰;当C层左手介质折射率负值增大时,光量子阱透射谱向禁带中心两侧移动,同时透射峰快速变窄;当C层左手介质光学厚度负值减小时,光量子阱透射谱向禁带中心靠拢,同时透射峰迅速变窄;光量子阱透射变窄对左手介质光学厚度的响应灵敏度高于对折射率负值的响应。左手介质对光量子阱透射谱特性的影响规律,可为光子晶体理论研究及新型量子光学器件设计提供参考。     

具有三量子阱结构的一维光子晶体透射谱研究

在适当选择结构参数基础上,通过传输矩阵法计算模拟光子晶体(AB)m(CD)n(BA)m结构模型的透射谱,当光子晶体(CD)n的三个导带分别处于光子晶体(AB)m(AB)m相邻的三个禁带中时,构成光子晶体三量子阱结构,在光量子阱透射谱的归一化频率1.0(ωa/2πc),2.0(ωa/2πc)和3.0(ωa/2πc)三处周围,分布着三套具有规律的局域共振峰,出现明显的量子化效应,且三套透过峰数目都可以通过光子晶体(CD)n的重复周期数n来调节,这一现象可用于设计可调性多通道滤波器。     

实现多共振模的一维异质结构光子晶体

用两种正折射率材料设计了一维光子晶体异质结构模型,并利用传输矩阵法对该光子晶体的透射谱进行了理论研究。结果发现:光通过光子晶体时,在较宽的禁带范围内出现透射率为100%的多条共振模,且共振模的数目与光子晶体结构周期数m相对应;当入射角一定时,共振模的位置可以通过介质的折射率、厚度来调制;当入射光入射角度增大时,多共振模出现整体蓝移,同时共振模宽度变窄。这些特性有望应用于多通道窄带滤波器的设计。     

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.     

两端对称负折射率缺陷复合光子晶体:多通道滤波和光开关

采用传输矩阵法对两端对称负折射率缺陷复合光子晶体结构[D(AB)mD]N的透射特性进行了研究.结果表明:当N=2时,该结构透射谱的禁带出现两个完全共振透射峰,当N增加时,每个共振透射峰又分裂为N-1条；当复合光子晶体的层数m逐渐增加时,透射峰的品质因子逐渐提高,且分裂的共振透射峰距离逐渐减少；既为该结构实现高品质的多通...     

三层单负材料结构中电磁波模分析

本文分析了由负介电常数材料和负磁导率材料交替排列组成的一维三层结构中的电磁波模式,包括传播模及波导模.传播模对应于入射的行波模,着重研究了发生共振隧穿时场分布和透射谱随入射角度的变化关系,发现改变结构参数时共振隧穿频率会劈裂成两个,且这两个隧穿模的频率间距随着中间层厚度的减小而逐渐加大.波导模是指在结构两边的半无限真空中以倏逝场形式存在的电磁模式,分析了它的存在条件即色散关系,发现这种模在材料的交界面处会出现较强的局域场. 关键词： 单负材料 共振隧穿 传播模 波导模     

单负材料光子晶体异质结构的频率响应

用传输矩阵方法研究了由两种单负材料构成的光子晶体异质结构的透射特性.结果表明，当异质结构具有零有效折射率时，由于迅衰场表面模共振耦合，在异质结构双周期光子晶体的每一个分界面上都会出现隧穿模.零有效折射率隧穿模不受入射角、电磁波偏振态、结构周期数和晶格常数标度等因素影响，并且具有零相位延迟，这一特性可用来设计零相位延迟全向多通道滤波器件.而位于中心两侧的隧穿模随入射角、结构周期数和晶格常数标度的减小都统一由中心向两侧移动. 关键词： 单负材料 异质结构 传输矩阵     

基于谐振耦合现象的三芯光子晶体光纤带通滤波器

设计了一种三芯光子晶体光纤带通滤波器结构.利用纤芯间的谐振耦合,实现了滤波.当3个纤芯基模模式有效折射率在同一频率点实现匹配时,将产生谐振现象.通过合理选取光纤结构参数,可以使3个模式满足谐振条件.由于3个纤芯基模只在工作波长处实现有效折射率的匹配,因而纤芯间发生波长的选择性耦合.应用全矢量光束传播法(BPM)分析了这种光纤带通滤波器的性能.结果表明:在1.55 μm工作波长上,光纤耦合长度为22.8 mm;在损耗低于-3 dB前提下,通带带宽为8.9 nm.     

Fano-type spin-flip mesoscopic transport through an Aharonov-Bohm interferometer

We have investigated the mesoscopic transport properties of a quantum dot embedded Aharonov-Bohm (AB) interferometer applied with a rotating magnetic field. The spin-flip effect is induced by the rotating magnetic field, and the tunneling current is sensitive to the spin-flip effect. The spin-flipped electrons tunneling from the direct channel and the resonant channel interfere with each other to form spin-polarized tunneling current components. The non-resonant tunneling (direct transmission) strength and the AB phase φ play important roles. When the non-resonant tunneling (background transmission) exists, the spin and charge currents form asymmetric peaks and valleys, which exhibit Fano-type line shapes by varying the source-drain bias voltage, or gate voltage. The AB oscillations of the spin and charge currents exhibit distinct dependence on the magnetic flux and direct tunneling strength.     

Absence of compressible edge channel rings in quantum antidots

We report resonant tunneling experiments in a quantum antidot sample in the integer quantum Hall regime. In particular, we have measured the temperature T dependence of the peak value of a conductance peak on the i = 2 plateau, where there are two peaks per magnetic flux quantum straight phi(0). We observe a T-1 dependence as expected when tunneling through only one electron state is possible. This result is incompatible with tunneling through a compressible ring of several degenerate states. We also observe, for the first time, three conductance peaks per straight phi(0) on the i = 3 plateau.     

由光子晶体局域模对称关系分析其简并性

使用平面波展开法计算了二维正方格子介质柱光子晶体在改变中央介质柱半径的情况下谐振腔的模式，根据所计算的局域模式场分布的对称关系，研究了二维光子晶体谐振腔模式的简并性.结果表明：具有C4v对称群光子晶体谐振腔，存在着二重简并偶极模和二重简并六极模，同时也存在非简并单极模和四极模，二重简并模的90°旋转态与其形成简并对.模式的简并与非简并可以直观地通过考察模式场分布的对称关系而得到.     

Theory of single molecule vibrational spectroscopy and microscopy

We have carried out a density functional study of vibrationally inelastic tunneling in the scanning tunneling microscope of acetylene on copper. Our approach is based on a many-body generalization of the Tersoff-Hamann theory. We explain why only the carbon-hydrogen stretch modes are observed in terms of inelastic and elastic contributions to the tunneling conductance. The inelastic tunneling is found to be efficient and highly localized in space without any resonant interaction and to be governed by a vibration-induced change in tunneling amplitude.     

Magnetotunneling relaxation of electrons in double quantum wells

Electron tunneling relaxation in double quantum wells subject to a transverse magnetic field is studied. The resonant peaks in the tunneling relaxation rate appear when the energy splitting Δ of the tunnel-coupled pair of the left- and right- well electron states is a multiple of the cyclotron energy ℏω_c and two series of the Landau levels coincide. The shape of such resonant oscillations of the relaxation rate is determined by the Landau levels' broadening (which is associated with the intrawell scattering in the case of small tunnel coupling), but it is not expressed through the electron density of states directly. The dependence of the tunneling relaxation rate on ℏω_c and Δ is calculated taking into account elastic scattering of the electrons by the inhomogeneities of the structure in the limit when the scattering potential is slowly changing on the magnetic length scale.     

Inter-Well Coupling and Resonant Tunneling Modes of MultipleGraphene Quantum Wells

We investigate the inter-well coupling of multiple graphene quantum well structures consisting of graphene superlattices with different periodic potentials. The general form of the eigenlevel equation for the bound states of the quantum well is expressed in terms of the transfer matrix elements. It is found that the electronic transmission exhibits resonant tunneling peaks at the eigenlevels of the bound states and shifts to the higher energy with increasing the incident angle. If there are N coupled quantum wells, the resonant modes have N-fold splitting. The peaks of resonant tunneling can be controlled by modulating the graphene barriers.     

三片光学共振反射器及其设计中的若干问题

本文分析了共振反射器系统的调制特性,重点分析了简并型共振反射器的各区段光程间的偏差对频率调制的影响,以及各光学面相对不平行产生的空间调制,从而提出了对共振反射器的高精度设计要求及其解决方法。对非简并型共振反射器也作了讨论。