Suzuki晶格光子晶体的光子带结构

系统地研究了Suzuki晶格光子晶体能带结构,包括介质中周期排列的空气孔光子晶体和空气中周期排列的介质柱光子晶体。采用平面波展开法计算了空气孔和介质柱半径及折射率对光子带隙的影响。结果发现介质中周期排列的空气孔光子晶体主要形成TM模光子禁带,空气中周期排列的介质柱光子晶体主要形成TE模光子禁带,只有介质折射率较大时两类光子晶体才能够形成完全带隙。介质中周期排列的空气孔光子晶体能带结构中沿Г-X1和X1-M方向出现了群速度接近于零的色散曲线,而在另一类光子晶体中并未出现这种情况,在其它晶格类型的光子晶体中也未发现这种情况。     

正负折射率材料组成的一维光子晶体的能带及电场

计算了由正负折射率材料交替排列组成的一维光子晶体的能带及电场，发现其能带不同于由普通正折射率材料组成的光子晶体的能带.当选择合适的参数时，由正负折射率材料组成的光子晶体的TE模或TM模有完全光子带隙出现，这在普通光子晶体中不出现.导带中的电场波函数与普通光子晶体相比具有很强的局域性.对于负折射率材料层为色散介质的情况，计算了在不同的具有正负折射率区域能带.     

介质折射率对一维三元光子晶体带隙的影响

利用光学传输矩阵法,数值模拟了一维二元、三元光子晶体的带隙结构,得出:三元光子晶体的主带隙略宽于二元光子晶体的主带隙;三元光子晶体的主带隙主要取决于最高折射率的介质和最低折射率的介质,而与居于两者之间的介质关系不大,并作出了相应的关系曲线。最后推导了三元光子晶体的色散关系。     

含色散介质的一维光子晶体微腔中简正耦合模的物理图像

对一维光子晶体中的色散介质采用洛伦兹振子模型,对线性层及色散δ层均采用传输矩阵的方法,研究了一维含色散介质的光子晶体微腔中的简正耦合模.通过改变洛伦兹振子和微腔之间的失谐频率,分析了简正耦合模频率的变化情况.在失谐频率比较大时,光与洛仑兹振子间的耦合作用较小,简正耦合模中的一个接近腔模频率,而另一个则接近洛仑兹振子的共振频率;在失谐频率比较小时,光与洛仑兹振子间的耦合作用较大,简正耦合模与未耦合的腔模频率和洛仑兹振子的共振频率之间的差别较为明显.最后通过引进该结构的复有效折射率,对含色散介质的系统,由于带隙中间的共振模被湮灭并分裂为左右两个耦合模,其复有效折射率虚部在原共振峰处跃变为一较大值,而在新生成的两个耦合模附近趋近于零,光与色散介质相互耦合而形成的腔极化激元的物理图像十分清晰.     

光子晶体表面光波导的特性研究

采用平面波展开法和时域有限差分法,研究了光子晶体表面光波导的色散及光传输特性。研究结果表明,表面模的出现及其色散特性与表面介质柱的半径相关,色散曲线的斜率保持单调变化,并在最低或最高频率附近展现低群速度频率区。由于光子带隙和全内反射的共同影响,光场将沿晶体表面高效率地传输。研究结果为探索在光子晶体外部控制光传输具有重要的理论意义。     

一维光子晶体光学特性的复平面波展开法研究

应用复平面波展开法对一维光子晶体的光子带隙,透射特性进行了分析.通过对色散关系表透射系数的数值计算发现一维光子晶体周期结构个数以及折射率分布对光学晶体透射系数以及光子带隙的影响.对于含有整数个周期结构的光子晶体有共振点出现在光子带隙外的频率范围内,共振点的个数比周期结构个数少1.带隙倾斜斜率等于折射率的比值.折射率比值越大,带隙的范围越大.     

一维光子晶体光学特性的复平面波展开法研究

应用复平面波展开法对一维光子晶体的光子带隙, 透射特性进行了分析. 通过对色散关系和透射系数的数值计算发现一维光子晶体周期结构个数以及折射率分布对光学晶体透射系数以及光子带隙的影响. 对于含有整数个周期结构的光子晶体有共振点出现在光子帯隙外的频率范围内, 共振点的个数比周期结构个数少1. 带隙倾斜斜率等于折射率的比值. 折射率比值越大, 带隙的范围越大.     

一维函数光子晶体的研究

本文提出一种新型函数光子晶体, 其折射率是空间位置函数. 由费马原理, 我们给出光在一维、 二维和三维函数光子晶体中的运动方程, 以及一维函数光子晶体的色散关系、 带隙结构和透射率, 再利用传输矩阵理论研究函数光子晶体周期数、 入射角和介质层的厚度等对透射率和禁带结构的影响, 计算发现通过选择不同的折射率空间分布函数, 可以得到比传统光子晶体更宽或更窄的禁带结构. 这样为我们设计不同带隙结构的光子晶体提供理论依据.     

一维光子晶体横磁场模的特性

基于平面波展开法,设计三层一维光子晶体横磁场模结构,改变三层介质厚度和介质折射率的大小,应用MATLAB语言进行仿真计算,在一维光子晶体三层介质厚度值为0.4、0.05μm和0.05μm,折射率为1、3N和12N时形成一维光子晶体带隙宽度最宽为0.2694Hz.研究结论为一维光子晶体器件的设计提供理论依据.     

光子带隙光纤的可调谐泄漏损耗特性的研究

通过向折射率引导型光子晶体光纤的空气孔中填充可调的高折射率的材料可以获得带隙可调的光子带隙光纤.本文采用矢量平面波展开法与矢量有限元法对可调光子带隙光纤的泄漏损耗特性进行了理论研究.研究表明，这种可调光子带隙光纤的光子带隙效应使其泄漏损耗与填充材料的折射率有很强的依赖关系，同时给出了光子带隙光纤的泄漏损耗和群速度色散与归一化波长的关系.     

含负折射率材料并具有零平均折射率的半无限一维光子晶体的表面态

用传输矩阵方法和Bloch定理,从理论上分析以色散介质为背景,由正负折射率材料组成的半无限一维光子晶体的表面态,发现以色散介质为背景,在满足平均折射率等于零的情况下,第一层厚度变化时,表面态将会在较大频率范围内显著变化。讨论了同一入射角度下不同频率的表面态的电场分布情况,结果表明：远离带边的表面态局域长度较小。     

Investigation of optical properties of Tamm states in higher bands of multilayer stacks including right and left handed materials

We study the electromagnetic surface wave localizing, the so-called surface Tamm states, at an interface separating a left-handed metamaterial (LHM) and a semi-infinite one-dimensional photonic crystal made of alternative left-handed metamaterial and right-handed materials. We show that the existence of metamaterial causes the Tamm states with backward energy flow and allows flexible control of dispersion properties of the surface modes. We study the effect of the physical parameters of the photonic crystal on the dispersion properties and the group velocity of the Tamm states. We also study dispersion properties of the Tamm states in higher order photonic band gaps of the photonic crystal and compare our results with the case when the LHM medium is replaced by a right-handed material (RHM).     

Controlled switching of surface waves in 1D photonic crystals by a thin nonlinear cap layer

In this paper, we investigate the electromagnetic surface waves localized at the interface of the homogeneous dielectric medium and a semi-infinite one-dimensional photonic crystal (1D PC), theoretically. The semi-infinite 1D PC is made of alternative layers of left-handed (LH) and right-handed (RH) materials in the presence of a thin nonlinear cap layer. We consider magnetic permeability and electric permittivity of LH layers being dispersive and non-dispersive. We used an analytical direct matching procedure within the Kronig-Penny model to analyze the dispersion behavior of surface waves with controllable localization. It is shown that the thin nonlinear cap layer acts as a tool to change the backward surface waves to forward ones and vice versa and it plays an important role on the localization of them. Also we show that when the LH layers are chosen dispersive, negative dispersion of surface waves are obtained in a wide range of radiation angle and frequency, and we propose an approach to calculate the applied electric field intensity that leads to switching of surface waves from backward to forward and creating a surface mode with maximum localization.     

带多孔硅表面缺陷腔的半无限光子晶体Tamm态及其折射率传感机理

结合表面缺陷半无限光子晶体Tamm态与多孔硅光学传感机理,在光子晶体表面缺陷腔中引入多孔硅,并利用其高效的承载机制,提出基于多孔硅表面缺陷光子晶体Tamm态的折射率传感结构.在半无限光子晶体中缺陷腔与原来的周期性分层介质结构的界面上存在Tamm态,通过入射角度调制使其在缺陷腔中实现多次全反射,并在缺陷腔中加入吸收介质,使谐振波长在缺陷腔中完成衰荡,从而在反射谱中得到缺陷峰;调整光子晶体参数,使缺陷峰的半高全宽得到优化,提高其品质因数(Q值);在此基础上,根据Goos-H?nchen相位移与谐振波长的关系,建立由待测样本折射率改变所导致的多孔硅表面吸附层有效折射率变化与缺陷峰值波长漂移之间的关系模型,并分析其折射率传感特性.结果表明,此生物传感结构Q值为1429,灵敏度为546.67 nm/RIU,证明了该传感结构的有效性,可为高Q值和高灵敏度折射率传感器的设计提供一定的理论参考.     

Superluminal light attenuated by strong dispersion of complex refractive index

The propagation of narrow packets of electromagnetic waves(EMWs) in frequency dispersive medium with the consideration of the complex refractive index is studied. It is shown that counting in the dispersion of the complex refractive index within the context of the conventional expression of the group velocity of narrow wave packets of EMWs propagating in a dispersive medium results in the appearance of additional constraints on the group velocity, which dictates that the physically acceptable group velocity can only be realized in the case of a negligible imaginary part of the group index. In this paper, the conditions that allow one to realize the physically acceptable group velocity are formulated and analyzed numerically for the relevant model of the refractive index of a system of two-level atoms in the optical frequency range. It is shown that in the frequency band where superluminal light propagation is expected, there is a strong dispersion of the refractive index that is accompanied with strong absorption, resulting in a strongly attenuated superluminal light.     

Numerical demonstration of slow light tuning in slotted photonic crystal waveguide using microfluidic infiltration

Tuning of the operating wavelength of slow light in the slotted photonic crystal waveguide using microfluidic infiltration has been investigated. Using 2D plane wave expansion method, we numerically demonstrate that the operating wavelength can be shifted from the C to L band, simply by choosing the refractive index of the infiltrated fluid. It is also found that, as the refractive index of the infiltrated fluid changes, the group velocity dispersion has slight variation at different operating wavelength. This design opens the possibility for post-fabrication scheme of tuning the operating wavelength of slow light in slotted photonic crystal waveguide, and allows the device to be optimized for different applications.     

激光泵浦碲化物产生中红外超连续谱数值模拟

对2 m波段脉冲激光泵浦碲化物光子晶体光纤产生中红外超连续谱进行了数值研究。通过材料的拉曼增益谱间接求得了对应的拉曼响应函数;由光子晶体光纤的材料折射率和波导结构,通过COMSOL软件获得了碲化物光子晶体光纤中基模等效折射率,计算了相应的色散曲线和限制损耗 ;利用自适应的分步傅里叶算法,模拟了中心波长为1.96m、峰值功率为20 kW的50 fs脉冲光泵浦碲化物光子晶体光纤时超连续谱的产生,当光纤长度为6 cm时,产生的中红外超连续谱波长范围为1.0~4.5 m。     

色散负折射特异介质的1维光子晶体缺陷态

在1维光子晶体中引入色散负折射特异介质,分析了其介电常数和磁导率在微波区（1～10 GHz）与频率的关系。分别对以色散负折射介质为缺陷的正折射率介质光子晶体及以正折射率介质为缺陷的正负折射率介质光子晶体进行了数值仿真,得出了均匀平面电磁波在正入射和斜入射时的透射谱。结果表明:在介电常数和磁导率均为负值的不同禁带中,分别出现了单、双缺陷模。利用透射谱的这一特点,可实现单、双通道滤波。     

色散、群速与群折射率

本文讨论了群折射率存在的物理意义,指出群折射率不仅包含了折射率概念而且还体现了折射率的色散性质,同样能作为材料本身的光学性质参量.接着指出在折射率的白光干涉法测量中存在着忽视色散作用而导致的将群折射率误认为折射率的情况.将群折射率与折射率区别开来,不仅可以消除折射率测量中所存在的错误,而且可以突出色散现象在光传播时间特性上的意义.为此建立了折射率与群折射率的相互变换关系,通过对于典型物质的折射率与群折射率变换关系的计算,说明二者在数值上的差别甚至对于气体介质来说也是不能忽略的.