一类粗锐复合结构光子晶体的完全带隙研究

通过研究发现粗锐组合的二维复式结构光子晶体的完全带隙宽度和带隙结构随结构粗锐尺寸灵敏地改变. 而其粗锐复合结构的复合错位对带隙宽度影响不大. 对二维复式正方格子和二维复式三角格子的研究结果表明：二维复式正方格子的粗锐尺寸选择恰当时其完全带隙的带宽可大于１8％. 二维复式三角格子中的粗锐尺寸选取可导致出现单、双完全带隙两种情况. 本文给出了反映其变化规律的关系曲线. 关键词： 光子晶体 光子能隙 复式结构     

中红外波段硅基两维光子晶体的光子带隙

利用电化学腐蚀的方法制备了大多孔硅两维光子晶体.结构图形对称性为正方格子，其结构参数为正方形晶格周期a=44μm，正方形空气柱的边长l=2μm.并用显微红外光谱仪表征了光谱性质，揭示了所制备两维光子晶体样品的中红外波段光子的反射特性. 关键词： 光子晶体 光子带隙 反射谱 时域有限差分法     

电磁波在周期介质中的传播及二维光子晶体的光子带结构

光子晶体是光学与凝聚态物理交叉的新领域,也是近年来应用物理学的一个重要研究领域,它是一种由介电常数高的(低的)介质在另一种介电常数低的(高的)背景介质中周期排列所组成的人造多维周期结构材料,能够产生光子带隙。频率落在带隙内的光在晶体里沿任何方向都不能传播,因而具有能够抑制原子、分子的自发辐射等诱人的光电子学特性,在基础研究和实际应用上都有着巨大的潜力。本文在这一领域里进行了富有成效的研究,获得了很好的结果。主要有:(1)利用平面波展开方法来计算二维光子晶体的带隙结构。首先,我们设计正方晶胞的二维光子晶体模型。设x₃方向为介质柱的轴方向,二维周期结构在x₁-x₂平面上。晶胞的晶格常数为a,半径为r,介质柱和空气柱的介电常数分别为ε_a=17和ε_b=1,a>2r。设计的核心思想是通过降低光子晶体结构的对称性,消除光子能带在晶体的布里渊区高对称点上的本征简并。(2)对于二维光子晶体的电磁波理论及周期介质中的Bloch波解做了详细的推导,给出了光子晶体中禁带存在的理论依据。同时以正方格子晶格的二维光子晶体为例,验证了电介质在空气圆孔中的排列存在E偏振和H偏振的光子带隙重叠区,称为绝对光子带隙。对于二维的光子晶体,两种本征偏振模式的光子能带结构可以独立地调节,以实现两者的光子带隙的最优重叠, 从而大大提高了二维光子晶体的完全带隙宽度。     

基于正方形格子的空芯光子带隙光纤的模式特性和泄漏损耗

利用全矢量有限元法计算和分析了基于正方形格子的空芯光子带隙光纤的模式特性和泄漏损耗.通过分析发现,圆正方形空气孔按正方形格子排列的空芯光子带隙光纤可以实现宽带和有效的单模运转.随后对正方形格子空芯光子带隙光纤的泄漏损耗进行了全面分析,通过分析发现纤芯直径和包层空气孔间距的变化对泄漏损耗的影响较小,但可以通过调节包层空气孔间距来实现给定的波长具有最小的泄露损耗;圆化直径对泄漏损耗的影响较前两个因素要大,且存在一个最佳的圆化直径即d_c/d=0.4;包层空气孔的 关键词： 空芯光子带隙光纤 全矢量有限元法 正方形格子 泄露损耗     

二维正方格子磁性光子晶体的带隙结构

采用平面波展开的方法计算了正方格子二维磁性光子晶体(MPC)的光子带隙结构.散射子的形状分别为：长方形，正方形，六角形和圆形.通过调节磁导率，填充率和散射子的旋转角度，找到了MPC各种结构的最大的绝对带隙宽高比ω_R.研究发现：随着磁导率的增加，MPC绝对带隙中心频率ω_g单调减小，绝对带隙宽度Δω和其宽高比ω_R可能不同时达到最大值.而随着填充率或者散射子旋转角的增加，基本不改变ω_g的大小，各种结构的Δω和ω_R同时达到最大值. 关键词： 磁性光子晶体 光子带隙结构     

二维棋盘格子复式晶格的完全光子带隙研究

设计了一种棋盘格子复式晶格的二维光子晶体：在二维正方形格子中，把截面为正方形的柱子旋转45°，同时在每个原胞中心引入一个圆形截面的柱子构成的光子晶体结构. 用平面波展开计算棋盘格子复式晶格的完全光子带隙，结果表明：棋盘格子复式晶格的完全光子带隙的Δω/ω比值几乎是普通棋盘格子的5倍，完全光子带隙的个数也增加. 与其他复式结构相比较，发现其最佳的Δω/ω比值是一类粗锐复合结构光子晶体的2.1倍. 关键词： 二维光子晶体 复式晶格 完全光子带隙     

二维三角格子光子晶体的带隙结构

用平面波展开法对二维光子晶体的电磁波理论及周期排列的电介质中电磁波的Bloch波解进行了详细的推导,计算出以GaAs为背景的空气柱构成的二维三角格子光子晶体的能带结构,研究了H偏振和E偏振带隙宽度随填充比f的变化.计算结果表明,当f=0.8时,H偏振和E偏振出现重叠的最大绝对光子带隙,带隙位于0.458-0.529ωe(ωe=2πc/a,a为晶格常数,c为光速),带隙宽度为0.071ωe,相应的带隙波长范围为472.6-545.9nm,处于可见光波段.     

光子晶体波导中的孤子传输及其延迟特性研究

研究了正方晶格和三角晶格空气背景硅介质柱光子晶体线缺陷波导导模左带隙边缘处的亮孤子脉冲传播特性及其慢光延迟特性. 采用平面波展开法仿真分析了波导相邻两行介质柱大小r₁和r₂以及波导宽度D对孤子脉冲传输所需峰值功率P₀和延迟时间T_s的影响,总结了其变化规律. 通过调整波导结构得到了正方晶格和三角晶格优化波导结构,优化后,正方晶格结构波导P₀减小了81.17%,T_s增加了66.32%;三角晶格结构波导P₀减小了73.7%,T_s增加了67.63%,实现了孤子传输性能的大幅度优化. 关键词： 光子晶体波导 光孤子 峰值功率 延迟时间     

基于布里渊区谱的二维光子晶格线性缺陷模式分析

结合均匀光子晶格的衍射关系和晶格中正负缺陷的布里渊区谱特性,探讨了光诱导二维光子晶格中线性缺陷模式的形成条件,对布里渊区中各点的缺陷模式进行了模拟分析,并得到了光子带隙结构中“嵌入点”X₁点的正、负缺陷模式.结果表明：对于二维缺陷,只有当衍射关系曲面中沿两个正交的横向波矢方向同时为正常（反常）衍射的区域才能存在正（负）缺陷模式;而对于一维缺陷,只要在一个横向波矢方向上存在正常（反常）衍射的区域就可以支持正（负）缺陷模式,因此在某些特殊点处,正和负的缺陷模式可以同时存在.X₁点正缺陷模式的存在预示着自聚焦非线性同样可以支持带内孤子.研究结果有助于对光子晶格中晶格孤子（特别是带内孤子）的理解和进一步研究. 关键词： 光诱导光子晶格 光子带隙 线性缺陷态     

二维光子晶体的完全带隙

为了研究二维光子晶体完全带隙的规律,采用平面波展开法模拟了4种结构二维光子晶体,在固定光子晶体周期常数a的情况下,研究完全带隙随柱半径r的变化规律.研究发现,六角晶格空气孔型光子晶体的完全带隙出现在r=0.42～0.50μm的范围,最大带隙宽度△ω1=0.08(ωa/2πc);方形晶格空气柱型光子晶体在r=0.47～0...     

Excitation of defect modes from the extended photonicband-gap structures of 1D photonic lattices

This paper stuides numerically the model equation in a one dimensional defective photonic lattice by modifying the potential function to a periodic function. It is found that defect modes (DMs) can be regarded as Bloch modes which are excited from the extended photonic band-gap structure at Bloch wave-numbers with k x = 0. The DMs for both positive and negative defects are considered in this method.     

光子晶体微腔中高偏振单偶极模的研究

三角晶格排列的光子晶体微腔中的偶极模式是简并的,通过改变其晶格的对称性可以消除模式简并.晶格的整体形变破坏了晶格对称性从而影响光场的分布,同时还改变了电磁场的偏振分布.晶格整体形变使得简并的偶极模式分离成x极和y极偶极模式.通过计算分析发现分离后的模式具有良好的偏振特性,从而为实现单偏振光子晶体激光器提供了一种很好的途径.文中针对光子晶体薄板结构的微腔,主要计算了偶极模中x极偶极模式在不同拉伸时以及不同填充因子情况下的Q值,并分别计算了x关键词： 光子晶体 偶极模 品质因子 偏振度     

横磁模式下二维非磁化等离子体光子晶体的线缺陷特性研究

采用等离子体的分段线性电流密度卷积时域有限差分算法研究了横磁波入射时具有单一线缺陷的二维非磁化等离子体光子晶体的缺陷模特性. 从频域角度分析得到微分高斯脉冲的透射系数,并讨论该光子晶体的晶格常数、介质圆柱半径、周期常数、缺陷层参数和等离子体参数对缺陷模特性的影响. 结果表明,改变周期常数、缺陷层位置和等离子体碰撞频率不会改变缺陷模的频率,改变缺陷层介质圆柱的相对介电常数、半径和缺陷层到介质层的中心距离可以在不改变禁带宽度的前提下实现对缺陷模的调节,改变晶格常数、介质圆柱半径和等离子体频率能同时实现对禁带宽度和缺陷模的调节. 关键词： 等离子体 光子晶体 缺陷模 时域有限差分算法     

Resonance fluorescence spectrum of two atoms,coherently driven by a strong resonant laser field

In Lehmberg's approach, we consider the resonance fluorescence spectrum of two radiatively interacting atoms. In the strong field limit we have obtained analytical solutions for the spectrum of the symmetric and antisymmetric modes without decoupling approximation. Our solutions are valid for all values of the distance r₁₂ separating the atoms. The spectrum of the symmetric modes contains additional sidebands in 2Ω (Ω is the Rabi frequency) with amplitude dependent on (a/Ω)², where a is a parameter dependent on r₁₂. The antisymmetric part of the spectrum has no additional sidebands in 2Ω. For small distances r₁₂ (a=1) our results for the symmetric modes are identical with those of Agarwal et al. apart from the so-called scaling factor. For large distances r₁₂ (a=0) the spectra of the symmetric and antisymmetric modes are identical with the well-known one-atom spectrum.     

Angular tuning of defect modes spectrum in the one-dimensional photonic crystal with liquid-crystal layer

A one-dimensional ZrO₂/SiO₂ photonic crystal with a 4-n -pentyl-4' -cyanobiphenyl (5CB) nematic defect layer was used to investigate the transmission spectra of light polarized parallel and perpendicular to the liquid-crystal director at different angles of incidence. The spectra of the photonic crystal were shown to split into four polarized components T_ij at oblique incidence. When the incident angle increased, the bandgap edges and the defect modes shifted towards short wavelengths, while the amplitudes of the defect modes increased for the transverse magnetic polarization and decreased for the transverse electric polarization. The observed discrepancy between the defect mode amplitudes in the center and near the edges of the photonic bandgap was found to be related to the radiation losses inside the defect layer of a non-ideal photonic crystal. The simulated transmission spectra obtained using recurrence relations and taking into account the decay of defect modes are in good agreement with the experimental data.     

色散光子晶体GHz波段的传输特性

将两单负材料耦合后,再与一双负材料交替生成光子晶体。然后利用传输矩阵法对该光子晶体的能带和缺陷模进行了研究。结果表明:这种结构的光子晶体具有一种新型的光子带隙,不随晶格常数的缩放而移动;当引入普通电介质缺陷层时,缺陷模对入射角的改变不敏感,但缺陷模个数随着缺陷层厚度的增加而增多。     

Optical properties of nanostructured 2D metal-dielectric photonic crystals with a lattice defect

Optical properties of 2D nanocomposite-based photonic crystals with a lattice defect are studied. The nanocomposite comprises metallic nanospheres dispersed in a transparent matrix and is characterized by an effective resonant permittivity. Transmission spectrum for s-polarized waves at oblique incidence is calculated. Spectral manifestation of the splitting of the defect mode when its frequency coincides with the resonant frequency of the nanocomposite is studied. The essential dependence of the splitting on the angle of incidence and concentration of metallic nanospheres in the nanocomposite matrix is established. Specific features of spatial distribution of the electric field intensity in defect modes of crystals are analyzed.     

Complete leaky mode coupling in dual-core photonic crystal fibre based on the coupled-mode theory

This paper theoretically investigates the dependence of leaky mode coupling between inner core fundamental mode and outer core defect mode on phase and loss matching in pure silica dual-core photonic crystal fibres with the multi-pole method. The complete mode coupling can take place when both the phase and loss matching conditions are satisfied at the avoided anti-crossing wavelength. It shows the influences of cladding structure parameters including the diameters of cladding air holes d₁, diameters of outer core holes d₂ and hole to hole pitch Λ on the characteristics of leaky modes coupling. The coupled-mode theory is used to analyse the mode transition characteristics and the complete coupling can be clearly indicated by comparing the real and imaginary parts of propagation constant of the leaky modes.