基于石墨烯超材料的极化控制开关

为设计可调控的光开关, 本文设计了基于石墨烯的超材料和一维光子晶体的复合结构,应用传输矩阵法研究它的传输特性.石墨烯超材料的吸收和各向异性的特性导致结构的传输对电场极化方向特别敏感.通过电场极化方向的旋转,可以动态调节电磁波的透射和吸收,也可以实现电磁波从全透射到全反射或者全吸收的完全转化.     

基于负折射率材料一维光子晶体可调节的频率和方向滤波器

为实现可调节的频率和方向滤波器,设计基于负折射率材料含空气层缺陷的一维光子晶体.用特征矩阵的方法研究电磁波在此种结构中的透射系数.研究发现在零平均折射率带隙内存在缺陷模,在正入射条件下缺陷模位置通过改变空气层厚度来调节.对在零平均折射率带隙内某个频率的电磁波,有某个特定方向让其透射,该方向也可以通过改变空气层厚度来调节.研究结果为设计可调节的频率和方向滤波器提供了理论依据.     

基于旋磁材料一维光子晶体单向传输

为了实现光的非互易效应,本文设计了四种周期性结构的一维光子晶体,利用基于旋磁材料的传输矩阵公式,计算结构的传输谱.通过外加磁场的作用,破坏系统的时间反演对称.研究发现时间反演对称的破缺必须结合空间结构对称的破缺,才可实现单向传输,并且这种对称性破坏的越严重,正反方向透射谱的分离度越高.旋磁材料作为一维光子晶体缺陷层,不仅结构简单,而且正向透射率接近100;.在入射角为45°时,正反方向透射消光比在缺陷层厚度为400 μm时达到最大值0.98.     

材料色散对渐变结构一维光子晶体带隙的影响

运用传输矩阵方法及对色散材料采用洛伦兹振子模型,研究了由色散材料构成的介质层厚度为渐变结构的一维光子晶体的带隙特性,并与不考虑材料色散时的光子带隙进行了比较.计算结果表明,考虑色散后的光子带隙既可能变窄也可能增宽,即可能发生红移也可能发生蓝移.光了带隙的改变与色散材料的色散强度和谐振频率及色散前后两介质材料折射率相关.此外,介质材料折射率的变化形式对光子带隙也存在一定的影响.这些为相关光子器件的设计提供了参考.     

左手材料的电磁特性

左手材料就是介电常数ε和磁导率μ同时为负的材料,电磁波在这种材料中传播将具有不同寻常的特性.本文在详细回顾这种新型人工材料背景、研究进展后,着重介绍了左手材料所具有的奇特特性,如负折射特性、逆Doppler效应、逆Cerenkov辐射、负Coos-Hanchen位移和Bragg Regime带移,简要介绍了含左手材料的一维光子晶体.     

含左手材料的——维“啁啾”光子晶体的偏振特性

把“啁啾”函数引入含左手材料的一维光子晶体中,且左手材料的介电常数和磁导率采用Lossy Dryde model,利用传输矩阵法研究了其透射谱.结果表明:在“啁啾”函数对材料几何厚度调制较小时,该光子晶体有完整的禁带,随着调制的加强,禁带宽度增加,但底部逐步抬高.在相同的调制下,磁、电等离子体频率的比值越大,禁带宽度越宽.入射角增加,TE模的禁带宽度不变而TM模的禁带宽度变窄,TE模和TM模均产生了角度隙,此角度隙的宽度随入射角增加而变宽,且TM模的变化大于TE模的.周期数N变化时,角度隙基本不变.nR的变化对禁带和角度隙的位置没有影响,但nR越小,禁带底部越高且圆,角度隙中透射峰峰值越大.     

吸收条件下光子晶体介观压光效应的研究

在考虑材料吸收的情况下利用传输矩阵的方法研究光子晶体介观压光效应.研究表明:当在光子晶体的轴向方向施加应力产生应变时,光子晶体缺陷模将向左(波长小的方向)移动;缺陷模透射峰的峰值和半高宽不随应变的变化而变化;当消光系数和有效弹光系数增大时,介观压光系数的绝对值将会减小,即缺陷模透射率对应力的变化越来越不敏感.这为高灵敏应力传感器的设计提供了理论参考.     

含缺陷的一维镜像光子晶体的量子理论

用量子理论新方法研究一维镜像光子晶体,将光的量子波动方程应用到一维光子晶体中,推导出量子传输矩阵,量子透射率和量子反射率公式.进一步研究缺陷层数目以及吸收介质和激活介质对一维光子晶体量子透射特性的影响,从而可以设计出光学滤波器、放大器和衰减器.当加缺陷层时,缺陷模出现尖锐峰,当缺陷层数目增加时,缺陷模个数增加,可设计为多通道光学滤波器.在缺陷层中加入吸收介质时,缺陷模强度减弱.在缺陷层中加入激活介质时,缺陷模强度增强,可设计为光学放大器和衰减器.     

等离子体光子晶体研究进展综述

光子晶体作为控制电磁波传输的一种新型材料,以其优越的性能和广阔的应用前景近年来受到了国内外学者的广泛关注.如何制作结构参数可调的光子晶体,特别是如何加强其可重构性、可控性是当前光子晶体领域的一项重要课题.针对于此,本文对一种新型可调等离子体光子晶体超材料的研究进展进行了系统讨论.简要回顾了等离子体光子晶体的发展历史,介绍了等离子体光子晶体的实验产生方式和分类,阐明了等离子体光子晶体不同理论研究方法,并对其未来发展趋势进行了展望.从理论和实验两方面对等离子体光子晶体进行了深入分析.本工作为今后该领域的深入发展以及广泛应用提供了一定借鉴意义.     

含磁单负材料一维光子晶体的隧穿模特性

构造了由磁单负材料A、普通材料B( SiO2)和C(TiO2)组成的(AB)NC(BA)N型一维光子晶体,数值计算结果表明在3100～3700 nm的波长范围内出现了6个隧穿模.这些隧穿模有不同于传统缺陷模的特征:入射角θ、C介质层的位置、光子晶体的周期数N和A、B两层介质的几何厚度都不影响各隧穿模的位置.在θ＞46θ时,长波段的隧穿模消失.磁单负材料的介电常数变化,不影响隧穿模的个数和透射率.A、B两层介质的几何厚度变化量小于5;时,不影响各隧穿模的透射率,而C介质层的几何厚度对隧穿模的位置有影响.C介质层移动的单元数相同,隧穿模的变化也相同.     

铽镓石榴石晶体与自由空间隔离器

正1845年,法拉第发现当线偏振光在介质中传播时,若在平行于光的传播方向上加一强磁场,则光振动方向将发生偏转,这种现象被称为法拉第效应或磁致旋光效应,这种介质称为磁旋光材料,简称磁光材料。利用磁光材料的法拉第效应,人们设计出了光隔离器来防止光路中由于各种原因产生的后向传输光对光源以及光路系统的不良影响,以提高光波传输效率。磁光材料可分为玻璃、陶瓷和晶体材料。相较于玻璃和陶瓷,磁光晶体具有较大的维尔德常数、高激光损伤阈值、低吸收等优点,     

基于声光效应的可调谐光子晶体的研究

利用传输矩阵法研究了一维异质双周期光子晶体的光子带隙随超声波变化的特性.首先,光子晶体的介电常数随超声波的传播出现周期性变化;然后,光波入射到此光子晶体时产生声光效应,采用Matlab软件模拟仿真并分析了该结构光子晶体的光子禁带的位置、宽度与超声波强度及频率的关系.结果表明:光子晶体禁带的位置、宽度可以通过控制超声波的强度和频率实现实时调制.这个结果为基于声光效应的可调谐光子晶体器件的研究提供了理论依据.     

PT含量对压电单晶声子晶体SH波传输特性的影响

采用全局矩阵方法研究了水平剪切波(SH)在含[001].方向极化的PMN-xPT单晶/聚合物声子晶体复合材料中的传输特性.研究结果表明,PT含量对极化前声子晶体中SH波传输透射谱的影响较大;而极化后,SH波透过谱因PT含量不同导致第一禁带宽度最大相差10;,远小于极化方向对带隙的影响.因此制备PMN-xPT单晶/聚合物声子晶体,应主要从材料的极化方向和性能稳定两个维度选用单晶材料.     

基于偶极子点光源模型光子晶体LED出光效率的研究

利用三维时域有限差分法(FDTD)对光子晶体LED出光效率的影响因素进行分析,比较了电偶极子和磁偶极子点光源模型对LED出光效率的影响,研究不同极化角偶极子点光源下光子晶体LED中的出光效率。数值计算结果表明:极化角越小,偶极子点光源在LED出光效率增强因子越大,磁偶极子点光源模型与电偶极子点光源模型相比,极化角对出光效率增强因子的影响明显减小。基于磁偶极子点光源模型,考虑极化角的影响优化设计一种空气孔三角晶格光子晶体LED结构,其出光效率增强因子高达4.5。     

光在介电常数正弦调制的一维光子晶体中的传输

本文用平面波展开法和时域有限差分法研究了光在介电常数受正弦函数调制的一维光子晶体传输规律,发现该光子晶体同样具有一般光子晶体的带隙结构.带隙宽度随调制深度的增加而增加,随周期长度的增加而减小.还用时域有限差分法计算得到源频率分别在禁带和通带时电场在介质中的分布,禁带情况下电场在介质中受到抑制,通带情况下不受抑制.说明不论介质的介电常数如何分布,只要满足周期性的条件,介质都会具有一般光子晶体共有的本质特征.     

基于一维光子晶体的Tamm态耦合实现可调双频滤波器

设计一个金属层-DBR-金属层的结构,研究两个相同光学Tamm态的耦合形成的耦合模式的特性.通过传输矩阵法,得出电磁波入射的透射谱.透射谱上有一对间距很小的孪生耦合透射峰.基于这对耦合模式可以实现可调双频窄带滤波器,其通带的位置和间距可以通过改变中间层的一维光子晶体的层数或者改变入射波的入射角度来调节.     

h-BN型超晶格等离子体光子晶体能带特性研究

六方氮化硼(h-BN)晶格结构是一种类六方对称复式超晶格结构。具有h-BN晶格构型的光子晶体以其宽光子带隙特点受到国内外学者的广泛关注。本文利用不同尺度低压气体放电管与Al₂O₃介质棒周期性排列，构建了新型h-BN型超晶格等离子体光子晶体，实现其空间结构和等离子体参数的动态调控。利用微波透射谱对比研究了h-BN型超晶格与简单三角晶格等离子体光子晶体禁带位置、宽度和数目。分析了放电电流、介质棒阵列数对不同频段光子带隙的影响，以及电磁波入射角度对电磁传输特性的影响。结果表明：等离子体的引入不仅能够形成新的光子带隙，而且可以选择性地使部分禁带位置发生移动；相对于简单三角晶格，h-BN型超晶格等离子体光子晶体呈现出更多光子带隙；Al₂O₃介质棒阵列数对等离子体光子晶体禁带位置、宽度和数目均具有重要影响。电磁波入射角度变化越大，电磁传输特性差别越显著，透射谱相关性越差。本文所设计的新型h-BN型超晶格等离子体光子晶体为制作可调谐光子晶体提供了新的思路，在微波和太赫兹波控制领域具有潜在应用价值。     

光子晶体缺陷中掺入增益介质的小信号增益特性

详细推导了光在单层增益介质传播的传输矩阵,得到增益介质复折射率的具体表示形式.利用含增益介质的传输矩阵法研究在单缺陷一维光子晶体的缺陷层中掺入增益介质的小信号增益特性,分析了小信号增益受参量变化的影响规律.结果表明:在光子晶体缺陷层掺入一定增益系数的增益介质,当缺陷层两侧存在一个相匹配的高低折射率材料周期排列层数时,得到的小信号增益最大;否则,小信号增益减弱.增益系数小,要获得最大的小信号增益时,相匹配的介质排列周期层数就多,反之亦然.     

二维异质结光子晶体弯曲波导的传输特性研究

应用时域有限差分(FDTD)方法,通过数值模拟研究光在二维异质结光子晶体L型弯曲波导的传输特性.结果表明:在异质结光子晶体波导中能更好地对光进行控制;并且异质结光子晶体L型弯曲波导的传输效率较同质结光子晶体波导提高了6;~7;.计算结果为高度集成化的光子晶体波导器件,提供了一条新的设计思路和依据.     

一维光子晶体结构参数的随机扰动对其光学特性的影响

用特征矩阵法研究结构参数存在随机扰动的情况下一维光子晶体的光学特性, 无论是加工过程中介质层几何厚度的误差, 还是介质层折射率的随机波动都会影响一维光子晶体的光学特性.随机扰动对一维光子晶体带结构高频部分影响较大, 造成带结构消失, 甚至全部变成禁带; 随机扰动对光子晶体缺陷模式的影响是使缺陷模的位置发生随机平移, 平移的程度与随机度有关, 介质层折射率的随机变化要比介质层厚度的随机变化对缺陷模位置的影响要大; 周期数目的增加可以部分地减小缺陷模的平移, 但同时会使缺陷模透射率减小,增加缺陷层厚度可以有效降低随机扰动对光子晶体缺陷模式的影响. 本文的研究将对一维光子晶体的设计工作提供有价值的参考.