零平均折射率带隙中离散模的实验研究

通过实验研究了零平均折射率带隙中离散模的传输特性.零平均折射率带隙存在于左手材料与右手材料交替形成的一维光晶体中.在实验中,左手材料与右手材料分别由左/右手复合传输线和右手复合传输线实现.实验结果表明,左手材料与右手材料的色散特性使离散模并没有按照理论上期待的"单点频"传输,而是彻底地覆盖了零平均折射率带隙.由于左手材料在本质上是色散的,因此该实验结论普遍适用于零平均折射率带隙中的离散模,即离散模的出现会使零平均折射率带隙消失.     

侧边抛磨光纤中传输光功率变化的实验研究

针对轮式光纤侧边抛磨法制备的侧边抛磨光纤,研究了在侧边抛磨区覆盖不同折射率的材料时,侧边抛磨光纤传输光功率随覆盖材料折射率变化的特性.研究表明,侧边抛磨光纤中传输光功率会随抛磨区覆盖材料折射率的变化而改变.当覆盖材料的折射率小于1.437 8时,光功率损耗近似为零；而当覆盖材料的折射率逐渐增大接近1.452 1时,光功率损耗迅速增大至最大值.当覆盖材料的折射率由1.453 2逐渐增大时,光功率损耗由最大值逐渐减小,最终维持在某个确定的值.侧边抛磨光纤并不是抛磨深度越深,损耗就越大.侧边抛磨光纤中传输的光功率存在波长相关损耗(WDL）.实验结果与理论结论符合较好.     

等效零折射率材料微腔中均匀化腔场作用下的简正模劈裂现象

研究了零折射率材料微腔中人造原子与腔模的相干耦合现象.首先通过数值模拟的方法研究了在二维光子晶体微腔中填充阻抗匹配的零折射率材料后腔模的场分布.结果表明零折射率材料的引入使得原本以驻波场形式存在的腔模分布在整个微腔中变得近似均匀且值最大.其次,将人造原子放入腔中的不同位置并与腔模耦合,结果从频谱上观察到腔模的劈裂与人造原子在腔中的位置无关.最后,利用微波实验,通过开口谐振环等效的人造原子与一维复合左右手传输线等效的零折射率材料微腔之间的耦合验证了仿真结果的准确性.该结果为腔量子电动力学中量子点对位难的问题提供了新的方案,同时零折射率材料微腔也为今后研究原子与光子之间的相互作用提供了一个新的平台.     

零折射率材料平板的透射特性研究

零折射率材料是近几年发展起来的一种新型超构材料.它性质奇特,应用广泛,不仅活跃在科研前沿,也很值得推介到物理课堂.本文从经典电动力学出发,理论分析并数值模拟了零折射率材料内部电场、磁场的分布特性,以及零折射率材料平板的电磁透射特性.结果表明:对于双零折射率材料的平板,在与空气阻抗匹配的条件下,其透过率不随平板厚度的变化而变化,大小始终保持为1;而单零折射率材料的平板的透过率随着平板厚度的增加而减小.文章进一步分析了产生这两种特殊透射特性的原因.研究结果对于理解零折射率材料的特性以及设计零折射率材料的功能器件有很好的指导意义和参考价值.     

零折射率材料的物理与应用

零折射率材料因其异常的电磁/光学特性在电磁波操控、新型天线和波导器件、非线性光学、光学吸收、电光调制等领域有着广泛的应用前景。文章首先介绍了零折射率材料的分类和实现方法,然后总结了零折射率材料的基本概念和电磁/光学特性,包括电磁波在零折射率材料中的折射、反射特性和"隧穿"效应,掺杂杂质对二维和三维体系的零折射率材料的影响,各向异性零折射率的电磁特性,零折射率材料内外的电场分布特性;最后介绍了零折射率材料的部分典型应用,并对零折射率材料的研究进行了展望。     

正负折射率材料组成的半无限一维光子晶体的反射率

计算了由正负折射率材料交替生长形成的半无限一维光子晶体的反射率,发现在带隙中,反射率等于1,在通带内,半无限结构的反射率是有限层结构迅速振荡的反射率平均的结果. 当该结构中正负折射率材料的光学厚度相互抵消时,会出现零平均折射率能隙.解析地证明了该结构零平均折射率附近的能隙几乎不随入射角度和偏振情况变化,而且跟晶格常数的标度无关. 关键词： 半无限光子晶体 反射率 负折射率     

近零折射率区超导材料的Goos-H?nchen位移

作为一种特殊的光学现象,对一定的光学结构,Goos-H?nchen(GH)位移与构造材料密切相关.对电介质/超导/电介质这一结构,本文给出了GH位移在超导材料为近零折射率材料时随入射角、光波长和超导层厚度等参数的变化曲线.结果表明,GH位移随上述参数的变化规律,与超导材料折射率为零时的波长(阈值波长)相关联,波长大于和小于阈值波长时的变化规律存在一定的差异.近零折射率材料在光子学领域具有广泛的应用.计算结果为新型光子学器件研究开发提供了参考.论文对大学生理解近零折射率概念,以及近零折射率区超导材料的Goos-H?nchen位移也有所帮助.     

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     

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.     

引入零平均折射率材料掺杂的一维光子晶体缺陷模的特性研究

本文利用特征矩阵理论模拟了一维光子晶体引入零平均折射率材料的缺陷模特性,发现在基频带隙处出现了孪生缺陷模,并分析了组成零平均折射率材料的正负折射率材料的折射率的变化对孪生缺陷模的位置、透射率和半峰宽度的影响,为双通道窄带滤波器的设计提供了新的思路和理论依据.     

纵模对光子晶体中类狄拉克点传输特性的影响

本文通过数值仿真分析了无序正方晶格光子晶体中类狄拉克点的光子传输特性. 结构中的无序是通过随机移动氧化铝介质柱的位置来实现. 研究发现, 由于纵模被激发出来, 在类狄拉克点及其附近无序对结构透射率的影响是不同的. 在类狄拉克点, 由于纵模的干扰, 透射率随着无序的增加而减小, 与通带的行为类似. 在不受纵模干扰的类狄拉克点附近, 透射率几乎不受无序的影响, 这主要是由于结构可以等效为近零折射率材料, 等效的波长非常大. 本文的研究结果有助于人们进一步理解光学纵模和零折射率材料.     

Focusing the electromagnetic wave with a magnetic field

We examine manipulating the electromagnetic (EM) wave with an external static magnetic field (ESMF) taking advantage of the versatility of the magnetic photonic crystal (PC). The effect of a nonuniform ESMF on the permeability of the constituent magnetic material in the PC is demonstrated to create a gradient of the effective optical index in the crystal, leading to the focusing of the EM wave, with a magnetically tunable focal length, focused waist radius, and the intensity at the focus.     

k=0处的类狄拉克锥

狄拉克锥在电子和经典波体系中分别被发现, 由于其线性能带关系, 伴随着很多独特的现象. 除了一般存在于布里渊区边界处的狄拉克锥, k=0处也存在包含线性能带关系的类狄拉克锥. 这个类狄拉克锥可以由单极子和偶极子的偶然简并而形成. k=0处的类狄拉克锥可以通过两维电介质光子晶体来实现, 利用等效媒质理论, 此时的光子晶体在类狄拉克点频率可以等效为介电常数和磁导率都为零的材料. 电介质双零折射率材料既可以避免阻抗的不匹配, 也可以避免体系推广到高频所引起的强烈损耗. 此外, k=0处的类狄拉克锥与双零折射率的概念可以从两维体系拓展到三维体系, 而且还可以从电磁波体系推广到声波和弹性波体系. 利用具有类狄拉克点的两维光子晶体, 在材料参数都偏离类狄拉克点条件的两个半无限大光子晶体所构成的界面中, 一定存在界面态. 这些界面态的存在可以通过层状多重散射理论得到的表面阻抗以及体能带的几何相位来彻底解释.     

大模场掺镱双包层光子晶体光纤内包层新型结构研究

制备了掺镱多组分硅酸盐光子晶体光纤纤芯材料。其折射率为1.586,有效荧光半高宽为85.3 nm,荧光寿命为1.30 ms。分析了光纤结构参数对光子晶体光纤的归一化频率（单模截止条件）、数值孔径、有效模面积、非线性效应和限制损耗等参数的影响。设计了以该材料为纤芯,内包层为八边形、五层空气孔的新型结构光子晶体光纤。用有限元法对该光子晶体光纤性能进行了数值模拟。结果表明,该光纤有效模场面积为1 150 μm²;当空气孔直径为21.6 μm、孔间距为60 μm时,内包层数值孔径达到0.45。     

Nonlinear Response of Granular Composite Mediurn

In this paper, the linear and nonlinear responses of granular composite medium consisting of spherical grains with coating shells embedded in a host medium are studied. We assume that the shell and the host medium are linear (the dielectric constants of which are ε⁰ and ε_m⁰ respectively), while the spherical grain is nonlinear (the diektric constant of which is ε_c = ε_c⁰ + χ_c|E_c|^β). Starting from the definition (D) = ε_eff and taking in to account the corrections to the local field within the spherical grains, expressions for the linear and high-order nonlinear susceptibilities are presented.     

基于零折射磁性特异电磁介质的波前调控

本文基于二维磁性柱周期阵列设计了具有等效零折射率的磁性特异电磁介质. 通过多重散射理论计算体系的光子能带和等效介质理论提取体系的等效电磁参量可以确定该磁性特异电磁介质可以实现等效介电常数和等效磁导率同时为零. 利用该双零磁性特异电磁介质可以实现电磁波在无相位延迟下的传输, 从而可以调控电磁波的空间相位变化. 进而, 通过设计具有不同电磁波输出界面的构型实现了高斯光束的波前由平面转变成柱面, 还可以实现高斯光束的聚焦和高斯光束的分束. 也可以根据需要设计具有更为一般的输出界面, 实现更为多样的电磁波波前的调控. 而且, 磁性材料的电磁特性可以通过温度和外加磁场进行调制, 因此该双零磁性特异电磁介质的工作频率可以灵活控制, 这更便于电磁波器件的设计和应用.     

面向模分复用的偏振保持领结型椭圆芯少模光纤的设计

提出了一种弱耦合领结型椭圆芯应力保偏少模光纤(PM-FMF),通过使用高折射率纤芯,所提出的光纤可在1505～1585 nm波段下,支持32个独立的本征模式。椭圆纤芯和领结型应力区的引入,有效地分离了相邻的本征模式。采用有限元法对领结型椭圆芯应力PM-FMF的纤芯及领结型应力区的结构参数进行优化。评估了光纤参数对模式数量、模式间的最小有效折射率差、模态双折射、应力双折射以及弯曲损耗的影响。此外还分析了该光纤的带宽性能,包括模式间的有效折射率、有效折射率差、差分模式时延(DMD)。经数据分析,在1505～1585 nm波段下,该光纤支持的32个本征模式是完全分离的,相邻模式之间的最小有效折射率差大于1.295×10?4。所提出的弱耦合保偏少模光纤能够提高传输容量,在本征模式复用传输中具有潜在的应用前景。     

The Convection Instability of Bhnard-Rayleigh Fluid Under Varied External Force

A new model of Bknard-Rayleigh convection has been put forward from mantle convection and liquid crystal, where the external force deviates from constant to a lineal function of vertical dimension z. The dimensionless parameter ε is induced to describe the scale of this kind of deviations. Through linear stability analyses, we find that even-odd symmetry broken appears. By numerical calculation under rigid boundary conditions, we find that α_c is almost α constant but R_c decreases nonlinearly as ε increases, so the increase of ε benefits convection. When ε=0, all results reduce to the former works automatically.     

Tunable double-channel filter based on defect mode splitting of one-dimensional magnetic photonic crystal

Based on a one-dimensional magnetic photonic crystal made of magneto-optic material, a tunable double-channel filter is presented. The tunability of such a filter can be achieved by defect mode splitting in the presence of external magnetic fields. Using the 4×4 transfer matrix method, the influences of the structural and compositional parameters are also analyzed, such as the magneto-optical effect, number of layers and angle of incidence.     

Ti Impurity Effect on the Optical Coefficients in 2D Cu_2Si: A DFT Study

The electronic and optical properties of 2D Cu_2Si and Cu_2Si:Ti are investigated based on the density functional theory(DFT) using the FP-LAPW method and GGA approximation. The 2D Cu_2Si has metallic and non magnetic properties, whereas adding Ti impurity to its structure changes the electronic behavior to the half-metallic with 3.256μB magnetic moment. The optical transition is not occurred in the infrared and visible area for the 2D Cu_2Si in x-direction and by adding Ti atom, the real part of dielectric function in the x-direction, Re(ε(ω))_x is reached to a Dirac peak at this energy range. Moreover, the absorption gap tends to zero in x-direction of the 2D Cu_2Si:Ti.