异质结构光子晶体的能带特性研究

运用光学传输矩阵理论,研究了异质结构光子晶体的能带特性。结果表明,与周期结构相比异质结构光子晶体可以显著地拓宽光子晶体的光子带隙;在该文提出的结构中引入缺陷,与(1H1L)m(1H)n(1L1H)m光子晶体相比,产生缺陷模式光子带隙范围明显拓宽,适当调整缺陷层的数目、位置和厚度可得到多通道滤波;并研究了实际操作中随机误差带来的影响,随无序度的增大,其带宽基本不变。     

缺陷态复周期光子晶体的特性研究

利用传输矩阵法计算复周期结构的光子晶体的色散关系和滤波特性 ,并重点研究了含有缺陷的类似于谐振腔结构的光子晶体滤波特性.由于这种缺陷态复周期结构的可调参数多,人们很容易得到在红外波段1550 nm附近窄带滤波窗口,透过率可达到近90%,而窗口以外的透过率在0.02%以下.当改变中间夹层厚度、周期数及缺陷层数时,窄带滤波窗口的位置和带宽发生改变.因此,它在高速,长距离光通信中将有很好的应用.     

异质结构对多通道滤波器禁带的展宽

采用光学传输矩阵法首次研究了掺有缺陷的一维三元异质结构光子晶体的传输特性。研究显示,三元异质结构光子晶体与三元周期结构光子晶体相比光子禁带显著扩大。在异质结构光子晶体中引入缺陷并调整缺陷的数目可以实现多通道滤波现象。本文主要讨论了在该结构产生一、二、三通道滤波现象。     

量子阱结构一维光子晶体的能带特性研究

通过构造量子阱结构一维光子晶体,利用光学传输矩阵法对这种光子晶体进行了数值模拟计算,对其光子能带特性进行了分析。计算结果表明,这种量子阱结构光子晶体能有效地拓宽光子能带带隙。适当调整参数获得了多通道滤波特性,并用量子理论对多通道滤波进行了解释。     

用于波分复用的缺陷态复周期结构光子晶体滤波器的研究

利用传输矩阵法，研究了一种用于波分复用的光子晶体滤波器。该结构是中间包含一个缺陷层的一维三层念质的光子晶体，叫做缺陷态复周期结构光子晶体。通过数值计算得出它的色散关系和滤波特性。当改变缺陷层的厚度并保持其折射率不变时，带隙中将出现个数不同的局域模。缺陷层厚度增加时，局域模数也随着增加。适当调节缺陷层厚度，使带隙中出现八个窄带滤波窗口，能很好的用作八通道波分复用一解复用滤波器。由于很高的传输率和低的传输损耗，故在高速，长距离光通信中将有很好的应用。     

类蜂窝状结构完全带隙二维光子晶体

通过在二维三角晶格中引入两个完全一样的介质圆柱构成了类蜂窝状结构光子晶体,并对其光子能带进行了频域计算。借助数值方法分析了介质柱位置改变对光子能带的影响,计算结果表明,这种类蜂窝状结构二维光子晶体可以产生很宽的带隙,而且在一定填充率下,可以通过调整介质柱的位置使完全光子带隙达到最大化。     

光子晶体超窄带滤波器

本文利用光学传输矩阵法研究了一种类似于谐振腔结构的光子晶体.研究发现在这种光子晶体的光子带隙的中央存在一个极窄的透光窗口,窗口的宽度在红外波段1500nm附近可以做到0.0001nm以下,窗口内的透光率峰值可以接近100%,窗口以外的区域的透光率可以做到0.01%以下.通过改变所研究结构中的周期厚度、中间夹层厚度、两边光子晶体的周期重复数和波的入射角可以改变窄带透过窗口的位置和窄带的宽度.这种光子晶体可以用来制作超窄带滤波器,有望在光通信超密度波分复用技术和光学信息精密测量技术当中获得应用.     

含超导材料Thue-Morse序列一维光子晶体传输特性研究

超导光子晶体是一类重要的带隙可调谐的光子晶体.利用传输矩阵法研究了含超导材料的Thue -Morse序列准周期结构—维光子晶体在可见光波段的传输特性.数值结果表明在正入射时,光子带隙宽度和位置基本不随序列项数的增加而改变;准周期超导光子晶体的传输特性可以通过改变传统电介质材料的结构参数和环境温度等来进行调节.     

一维铁磁材料光子晶体的光学传输特性

利用光学传输矩阵方法,模拟计算了由铁磁材料组成的一维光子晶体的光学传输特性.研究了能带结构随介质层厚度h(O ≤h≤0.5λ0 λ0=1.2×10-6m)变化的规律,并与相同周期结构的普通光子晶体的传输特性进行了比较.结果表明,当O.15λ0＜h＜0.165λ0时,铁磁光子晶体的带隙宽度略小于普通光子晶体的带隙宽度;在h取其他值时铁磁光子晶体的带隙宽度远远大于普通光子晶体的带隙宽度,并且在h=0.25λ0时存在最大值.这种结构的光子晶体通过掺杂有望在多通窄带滤波技术中得到广泛的应用.     

木堆结构三维光子晶体带隙特性

基于平面波展开法研究木堆结构三维光子晶体带隙特性.用硅材料构成木堆结构三维光子晶体,改变结构中木条的宽度和长度,得到当木堆条宽度为5μm,高度为7μm时形成的带隙结构较宽,在0.2899-0.3804Hz,带隙宽度为0.0905Hz.改变构成木堆结构三维光子晶体的材料,得到锗材料构成木堆结构三维光子晶体带隙结构在0.2585-0.3500Hz,带隙宽度为0.0915Hz,带隙相比硅材料和碳化硅材料较宽.研究结论为三维光子晶体的制备提供参考.     

光子晶体可调谐滤波特性的理论研究

用特征矩阵法研究了带缺陷的一维光子晶体的透射性质，并提出了新的可调谐光滤波器的概念.一维光子晶体(L1H1)m带有Lc-H2(L2H2)n形式的缺陷时，在光子晶体中间出现了窄的透射峰，其他级次的干涉峰则随着覆盖层H2(L2H2)n周期数的增大而减弱并消失.当耦合层Lc厚度变化时，在光子晶体禁带边缘附近出现两个高透射率区域.高透射率区域透射峰的特性由光子晶体和覆盖层的性质决定.当光子晶体禁带宽度较小时，两个高透射率区域接近，形成具有约150nm调谐范围的区域，因此可制备以一维光子晶体为基础的新型可调谐光滤波器. 关键词： 光子晶体 可调谐光滤波器 特征矩阵     

一维液晶光子晶体透射谱的研究

一维液晶光子晶体在光滤波器、低阈值激光器和光开关等领域有着很好的应用前景。研究了一维液晶光子晶体的透射谱,电压范围在0～10V内,光谱调谐范围约为50nm,透射峰半高宽为18nm,禁带宽度近400nm。进一步提出了非偏振光型液晶光子晶体,设计了相互垂直0°扭曲取向的双液晶层一维液晶光子晶体器件。双液晶层起到了对各向偏振光光程的补偿作用,使得禁带中的两个透射峰合并为一个透射峰,加强了光强度,增强了滤波性能。     

Transmission properties of one-dimensional Photonic crystals containing double-negative and single-negative materials

The transmission properties of one-dimensional photonic crystals containing double-negative and singlenegative materials are studied theoretically.A special kind of photonic band gap is found in this structure.This gap is invariant with scaling and insensitive to thickness fluctuation.But when changing the ratio of the thickness of two media.the width of the gap could be enlarged.The defect modes are analyzed by inducing a linear defect layer in the structure.It is found that the number of defect modes will increase when the thickness of the defect layer becomes larger.     

三元1维含缺陷层光子晶体带隙结构

利用传输矩阵法研究了含缺陷三元1维光子晶体的带隙结构,并通过数值模拟分析了光子晶体缺陷层厚度的变化对带隙结构产生的影响。结果表明:含缺陷对称分布的三元1维光子晶体,缺陷层厚度对禁带的带宽影响不大;在较宽的禁带中存在一个很窄的透射峰,该透射峰随着缺陷厚度的增加而红移。在一定的范围内,给出了该透射峰波长随缺陷厚度变化的非线性函数关系,在此基础上对禁带中该透射峰的半峰全宽做了计算,给出了半峰全宽随缺陷厚度变化的关系图。     

铁电液晶缺陷光子晶体调谐滤波器的设计

将铁电液晶作为缺陷层引入一维光子晶体中,用电场改变液晶分子的取向,形成光子晶体快速可调谐滤波器.用传输矩阵法研究了铁电液晶缺陷光子晶体的可调谐滤波特性,计算了电压和液晶材料参量对滤波器透射谱的影响.结果表明:改变电压能容易改变光子晶体滤波器透射峰的位置、强度、个数和带宽,实现良好的调谐滤波功能.     

二维点缺陷正方光子晶体的微腔结构

通过平面波展开法对由Al₂O₃介质棒在空气背景介质中构成含有点缺陷的二维正方光子晶体微腔结构进行研究,计算得出缺陷态能带以及缺陷态模场分布。缺陷模对应的电磁波波长为470~476nm。对该微腔结构的品质因数的求解,得出缺陷态光谱曲线。在光谱曲线中,随着传输波长的增大,将产生几个峰值,并且在475nm处的波动最为明显,反映出在475nm附近的电磁波段在缺陷处的光强较大。进一步利用全矢量等效折射率法研究该结构缺陷模频率的稳定性,得出等效折射率的变化曲线。从等效折射率变化曲线可以看出,当传输波长达到475nm时,该结构已经达到稳定传输的区域。含缺陷模的二维光子晶体微腔结构在光子晶体发光二极管以及高阈值半导体激光器等方面有着重要的应用价值。     

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     

Interferential polychromatic filters

The reflection properties of one-dimensional generalized Cantor-like multilayer (GCLM) are investigated numerically in the visible range. Strong correlation between the stack geometry and the properties of the optical reflection spectra is found, namely spectral scalability and sequential splitting. The construction of multilayer systems according to the definite Cantor distribution brings improvements to the reflection properties. In particular, the widening of the band gap and the thin peak appearance in the reflection spectra whose number increases with the division number in the (GCLM). Optical properties of (GCLM) inserted between two periodic stacks are numerically investigated. We chose SiO₂(L) and TiO₂ (H) as two elementary layers. The study configuration is H(LH)⁵[GCLM]^PH(LH)⁵ which forms an effective interferential filter in the visible spectral range. We show that the number of resonator peaks is dependent on the repetition of the number P of the (GCLM). The best performances are obtained in particular for the symmetrical configurations of the (GCLM) and especially for P an odd number.Received: 10 July 2003, Published online: 30 January 2004PACS: 61.44.Br Quasicrystals - 42.70.Qs Photonic bandgap materials - 42.79.Ci Filters, zone plates, and polarizers