二维光子晶体介观温光效应的研究

低维和介观物理系统的研究是凝聚态物理学中的重要研究方向,我们以二维三角晶格介质柱型光子晶体为研究对象,利用时域有限差分的方法,分析了其介观温光效应的影响:由于温度改变导致晶体介质的折射率和厚度发生变化,继而对光子禁带产生影响.结果表明:当晶体所处环境温度升高时,光子禁带发生整体平移(波长大的方向),禁带宽度变窄,禁带中心波长与温度变化存在线性关系,引入介观温光系数来描述该线性变化,得到理论数值γ=0.336nm/℃,这为二维光子晶体基光学器件的制备和使用提供了理论参考.     

温度对超导光子晶体光子能带的影响

建立了二维超导光子晶体的物理模型,在超导二流体模型并考虑原子作非简谐振动情况下,用平面波展开法求出超导光子晶体的光子能带满足的方程.以YBaCuO超导光子晶体为例,探讨温度对它的光子能带结构的影响.结果表明：二维超导光子晶体在低温时具有较宽的禁带,且禁带宽度随温度的升高而变小.     

温度对超导光子晶体光子能带的影响

建立了二维超导光子晶体的物理模型,在超导二流体模型并考虑原子作非简谐振动情况下,用平面波展开法求出超导光子晶体的光子能带满足的方程.以YBaCuO超导光子晶体为例,探讨温度对它的光子能带结构的影响.结果表明:二维超导光子晶体在低温时具有较宽的禁带,且禁带宽度随温度的升高而变小.     

二维介质柱型Archimedes(4,8~2)复式晶格光子晶体禁带特性研究

采用平面波展开法分别模拟了空气背景下由介质圆柱和方柱构造的二维Archimedes(4,82)复式晶格光子晶体的能带结构,讨论了介质柱形状、折射率、填充比和旋转对称性等因素对完全光子禁带的影响.研究发现,当折射率在2.60到5.40之间时,介质圆柱和方柱构造的二维Archimedes(4,82)复式晶格光子晶体都出现了完全光子禁带.随着折射率的增大,最大完全禁带宽度并非随之增大而是存在峰值,介质圆柱型晶格在折射率为2.80时出现峰值;介质方柱型晶格在折射率为2.80和4.40两处出现峰值,且旋转介质方柱能够明显增大禁带宽度,同时存在最佳旋转角度.分析结果表明,在最大完全禁带处,折射率、填充比以及旋转角度等因素的变化对禁带特性的影响很小.     

二维Kagome格子光子晶体禁带的数值模拟

采用平面波展开法模拟计算了由空气背景中的介质柱构成的二维Kagome格子光子晶体的能带结构,得到了使完全光子禁带最大化的结构参量.计算结果表明:由圆形、正六边形和正四边形三种不同形状锗介质柱构成的Kagome格子光子晶体都出现了完全光子禁带,最大禁带分别为Δ=0.014(ωa/2πc)、Δ=0.013(ωa/2πc)、Δ=0.011(ωa/2πc)发现由圆形和正六边形两种介质柱构成的Kagome格子光子晶体在填充比连续变化的较大的范围内都有宽度较为稳定的完全禁带,且它们具有非常相似的能带结构.     

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。     

基于正方和六角排列结构光子晶体对发光二极管出光效率的研究

采用时域有限差分（finite-difference time-domain, FDTD）方法计算正方和六角排列圆形光子晶体的能带结构,研究了光子晶体占空比对能带的影响,找到一组获得带隙个数最多的二维光子晶体的几何结构参数;采用FDTD方法计算具有该参数的光子晶体的发光二极管（LED）出光效率,模拟表明该结构参数的正方和六角排列圆形光子晶体提高了GaN基蓝光LED出光效率5—6倍,六角排列优于正方排列;利用禁带理论、等效介质理论分析了增透机理. 关键词： 光子晶体 能带 出光效率 发光二极管     

旋转对二维正方晶格介质柱内空结构光子晶体禁带的影响

采用平面波展开的方法计算了三种旋转操作下二维正方晶格各向异性材料(Te)介质柱内空结构光子晶体TE,TM模式能带.讨论了三种旋转操作对TE,TM模式带隙及完全光子禁带的影响.发现TM模式高频带隙与结构的旋转对称性有着密切的关系.而TE模式的带隙不仅受到晶体旋转对称性的影响同时也受到介质在x-y平面分布情况的影响. 关键词： 二维光子晶体 内空结构 旋转操作 光子带隙     

带有KTP缺陷的2维光子晶体设计与能带特性

 设计了一种通过改变缺陷介质折射率实现能带特性改变的可调谐2维光子晶体激光器微腔,在光子晶体中引入点缺陷磷酸氧钛钾(KTP),在KTP两端施加交流电场控制KTP晶体折射率变化。实验过程中观察到了正方排列的光子晶体随着KTP 晶体折射率逐渐增大,晶体禁带数量减少,且向归一化频率小的方向移动,禁带宽度基本不变;而三角排列的晶格能带随着KTP折射率增大,禁带逐渐变窄,且有向低频方向移动的趋势。用平面波展开法分析了晶体的能带结构,得到理上的描述。     

二维光子晶体量子阱的光谱特性研究

研究了二维光子晶体量子阱的光谱特性,该量子阱结构由二维正方晶格圆柱晶胞光子晶体通过移去中间位置的介质圆柱层形成。由于光子晶体中的光子禁带充当了光子运动的势垒,类似于半导体量子阱中电子的行为,在光子晶体量子阱结构中会出现量子化的光子能态。文章利用平面波展开法计算了所用光子晶体的能带结构,利用传输矩阵方法计算了量子阱结构的透射光谱。计算结果表明,在光子禁带中出现了离散的透射峰,透射峰的强度随着势垒宽度的增加而减弱,个数随着势阱宽度的增加而增加,通过计算得到了其定量关系,并且讨论了透射峰频率与势阱宽度的关系。     

一维缺陷光子晶体温度的测量

采用Si和SiO₂两种介质材料构造一维缺陷光子晶体,缺陷层介质为Si,利用传输矩阵法对带有缺陷的一维光子晶体的传光特性进行了理论分析,并得到其带隙特性.由于缺陷的存在,使得光子晶体的透射谱中产生缺陷峰.当被测温度变化时,根据两种介质的热光效应和热膨胀效应,光子晶体介质和缺陷层的光学厚度和折射率发生变化,透射谱缺陷峰产生漂移,由缺陷峰的中心波长漂移量得到被测温度的大小.构建了一维缺陷光子晶体测量温度的实验系统,实验结果表明缺陷峰中心波长与光子晶体所受的温度呈线性关系,测量灵敏度为0—2 关键词： 温度测量 一维光子晶体 传输矩阵法 缺陷峰     

利用冲击波作用光子晶体产生蓝光的研究

研究了一种利用冲击波作用光子晶体产生蓝光的新方法.通过模拟光子晶体受冲击波作用后折射率的变化,对470 nm蓝光,设定光子晶体的参量,研究了冲击波引起光子晶体带隙的变化,计算了需要冲击波的速度,分析了影响蓝光线宽和中心波长的因素.结果表明,变频后的光波线宽随冲击波和固定反射面的距离而变化,距离大时,线宽较小,距离小时,线宽较大,可以利用光子晶体的滤波作用对输出光波线宽进行控制,获得带宽稳定的或变化的输出光波.环境温度变化、光子晶体材料吸收特性影响光子晶体的带隙分布,进而影响蓝光的中心波长.研究结果对研制新的蓝光光源具有重要参考价值,同时也为其他相干光源的产生提供了一种新的技术.     

色散SiO2/TiO2薄膜组成的Fibonacci序列一维光子晶体在可见光波段的传输特性

用特征矩阵法研究了由正常色散SiO₂/TiO₂薄膜组成的Fibonacci序列一维光子晶体在可见光波段的传输特性,并与无色散时的传输特性做了对比。结果表明,随序列项数的增加,相应的前一序列的透射谱中透射率较低的凹带逐渐变成禁带,禁带数增加;初始介质是低折射率的SiO₂薄膜时比高折射率的TiO₂薄膜时各序列的透射谱中的禁带数多,各禁带的宽度和中心波长基本相同;在总厚度一定的条件下,随SiO₂薄膜的厚度增大（TiO₂薄膜的厚度减小）,禁带的宽度减小,禁带的中心波长基本不变;随入射角增大,禁带的中心波长向短波方向移动,禁带宽度变小。在其它相同条件下,无色散时的最宽禁带和最宽禁带的中心波长比有色散时的最宽禁带和最宽禁带的中心波长都有增加。     

Two-dimensional function photonic crystals

In this paper, we have studied two-dimensional function photonic crystals, in which the dielectric constants of medium columns are the functions of space coordinates , that can become true easily by electro-optical effect and optical kerr effect. We calculated the band gap structures of TE and TM waves, and found the TE (TM) wave band gaps of function photonic crystals are wider (narrower) than the conventional photonic crystals. For the two-dimensional function photonic crystals, when the dielectric constant functions change, the band gaps numbers, width and position should be changed, and the band gap structures of two-dimensional function photonic crystals can be adjusted flexibly, the needed band gap structures can be designed by the two-dimensional function photonic crystals, and it can be of help to design optical devices.     

大带隙二维三角格子光子晶体结构参数的优化设计

光子晶体结构设计优化是理论研究的一个重要内容.运用平面波展开法对圆柱、方柱及正六边柱构造的二维三角格子光子晶体的禁带进行仿真计算,讨论了介质材料分别为GaAs、Si和Ge情况下,柱子形状、旋转角度、填充比的变化对完全光子禁带的影响.发现:对于二维三角格子光子晶体,相对于介质柱,空气柱更易获得完全光子禁带;而相对于圆柱及...     

An acoustic model for microresonator in on-beam quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy

The effect of air impurity layer on the reflection spectrum of one-dimensional holographic photonic crystals was investigated in two forms. One form is the band-edge oscillation phenomenon when the air impurity layer is near the surface of the structure; the other form is the defect mode appearing in the band gap when the air impurity layer is near the center of the structure. For the defect mode, its central wavelength will nonlinearly change with some repeatability with the defect size, not as the result of the step-index photonic crystal. Moreover, the depth of the defect mode in the band gap can be modulated by the intensity ratio of the two construction beams. And the reflectance at the central wavelength of the defect mode can be almost zero with appropriate optical intensity ratio. The corresponding experimental results were also demonstrated.     

偏振态对复周期光子晶体禁带的影响

对于一维复周期光子晶体,当制作用的波长满足一定条件时可以实现禁带的展宽,本文利用传输矩阵法数值计算了偏振态对折射率渐变的一维复周期全息光子晶体的禁带的影响。通过计算发现,制作波长不等的复周期结构光子晶体,随着再现光的照射角度增大,S偏振态下禁带出现分裂;P偏振态下禁带均可视作完整展宽,没有分裂现象。同一制作波长两次曝光制作的复周期结构,不论是P偏振还是S偏振,禁带均实现展宽而没有分裂。这一结果对实现一维全息光子晶体禁带展宽具有指导意义。     

磁导率对二维蜂窝结构光子晶体带隙的影响

利用平面波展开法对二维六角晶格结构磁性光子晶体的带隙特性进行了研究，给出其能带结构分布图，并与非磁性介质构成的光子晶体进行了比较.结果表明，由磁性材料构成的光子晶体更易出现带隙，磁导率对带隙结构影响很大.空气背景磁性散射子情况，磁导率增加较小时，二个绝对光子带隙宽度逐渐减小，直至消失.继续增加磁导率，在较低频率范围内出现一个绝对光子带隙，占空比逐渐加大，且最佳填充系数基本保持不变.磁性背景空气散射子，类似地在较低频率范围内也出现了一个绝对光子带隙.磁性背景非磁性散射子与空气背景磁性散射子情况相似.     

数值研究含有负折射率材料的一维光子晶体的带隙特性

由修正后的传输矩阵理论研究了由单负材料构成的一维光子晶体的带隙特性。发现了此结构的光子晶体中同时存在着全方位带隙和布拉格带隙,且发现A、B层厚度等比例变化时全方位带隙非常稳定;当引入缺陷时,全方位带隙里的缺陷态将随入射角度、A层和B层同比例缩放的变化相对稳定,而布拉格带隙里的缺陷态在频谱域内变化很大。     

Photonic band gaps structure properties of two-dimensional function photonic crystals

The tunable two-dimensional photonic crystals band gap, absolute photonic band gap and semi-Dirac point are beneficial to designing the novel optical devices. In this paper, tunable photonic band gaps structure was realized by a new type two-dimensional function photonic crystals, which dielectric constants of medium columns are functions of space coordinates. However for the two-dimensional conventional photonic crystals the dielectric constant does not change with space coordinates. As the parameter adjustment, we found that the photonic band gaps structures are dielectric constant function coefficient, medium columns radius, dielectric constant function form period number and pump light intensity dependent, namely, the photonic band gaps position and width can be tuned. we also obtained absolute photonic band gaps and semi-Dirac point in the photonic band gaps structures of two-dimensional function photonic crystals. These results provide an important theoretical foundation for design novel optical devices.