金属插层对C60／A1N一维光子晶体带隙的影响

利用传输矩阵方法，研究了金属Ag插层对C60／A1N一维光子晶体带隙宽度以及反射率的影响．结果表明：在C60，与A1N之间插入Ag组成的[C60／Ag／A1N]n一维光子晶体，与未插入Ag层相比可使带隙增宽73．91％．最大反射率提高到91．01％．该结构可望用于制作紫外线波段的宽带反射镜．     

Ag-SiO2多层薄膜对光子带隙的影响

采用超高真空电子束蒸发制备了一维紫外、可见光波段光子晶体.研究了在石英衬底上不同周期Ag/SiO2体系对光子带隙的影响.带隙位置与理论计算结果符合.发现二氧化硅层的厚度对带隙位置和银层的透过率有较大影响,厚度的增加降低了反射率,从而使光子带隙更加明显,当厚度达到12层时观察到清晰的光子带隙.     

紫外线波段一维Ag/MgF_2光子特性的理论研究

利用传输矩阵方法对一维Ag/MgF2光子晶体的带隙特性进行了研究。构建了由Ag和MgF2组成的一维光子晶体结构模型,以此模型为基础详细讨论了填充比、周期层数、入射角等参数对光子晶体带隙结构的影响,并讨论了造成吸收的原因。研究结果表明,与其他金属光子晶体的研究结果相比,该结构的金属光子晶体在紫外线波段具有高反射率的光子带隙,属于不完全带隙的一维光子晶体,适用于制作紫外线波段的光学反射镜。     

金属插层对一维光子晶体中光传输特性的影响

利用传输矩阵方法,从理论上研究了金属插层对由SiSiO2组成的一维光子晶体中光传输特性的影响.结果表明:由(SiSiO2)n组成的一维光子晶体,考虑到材料的实际吸收及折射率随波长发生变化的情况,当n≥9时,该体系出现全反射带(光子带隙),在(SiSiO2)n光子晶体中的SiO2层的中间插入金属银层,构成(SiSiO2AgSiO2)n金属型一维光子晶体,光子带隙的宽度明显加宽,且在该带隙中s光和p光在0—60°入射角下均具有较低损耗,利用这一特性,可以制作出宽带反射镜 关键词： 光子晶体 金属层 传输矩阵     

基于六角结构二维光子晶体绝对带隙的优化设计研究

根据平面波展开法对二维光子晶体的能带结构进行计算，采用栅格结构连接电介质圆柱体对六角结构的二维光子晶体进行了优化. 通过计算栅格宽度和圆柱体半径对绝对带隙的影响，找到了一组可以获得大带隙二维光子晶体结构的最佳参数.优化后的光子晶体的大带隙对光子晶体制造工艺中介质圆柱体半径的偏离具有很好的稳定性，因此该结构的二维光子晶体具有很高的实用性. 关键词： 光子晶体 绝对带隙 六角结构     

空气环型二维光子晶体完全带隙特性研究

采用平面波展开法, 系统研究了空气环型二维光子晶体的完全光子带隙随结构参数变化而改变的规律, 并将其与普通的空气孔型和介质柱型二维光子晶体的完全带隙进行了比较. 研究表明: 空气环型二维光子晶体不仅可以获得更宽的完全带隙, 而且, 当介质折射率较低时, 其可以获得普通空气孔型和介质柱型二维光子晶体在低折射率条件下所无法获得的完全带隙. 关键词： 空气环型二维光子晶体 完全带隙 平面波展开法     

二维光子晶体的横电模特性

基于平面波展开法,以介电常数分别为1F/m和13.18F/m的物质构成三角晶格二维光子晶体,改变空气孔半径r与晶格常数a之间的大小,数值模拟得到了三角晶格二维光子晶体横磁模带隙,当r=0.4a时形成3处三角晶格二维光子晶体横电模的带隙,其中最大三角晶格二维光子晶体横电模带隙出现在0.2424-0.4129Hz,差值为0.1705Hz.相比r=0.4a横磁模形成的最大带隙0.1057Hz较大.研究结论为光子晶体器件的制作提供参考.     

二维光子晶体T型波导分支器数值模拟研究

采用平面波展开法和时域有限差分法,对GaAs二维正方晶格光子晶体的色散特性和带隙结构进行了数值模拟研究,并对GaAs二维光子晶体线缺陷构成的T型波导分支器的微波传输特性进行了模拟和优化。数值模拟结果表明,光子晶体填充比对带隙结构有显著地影响。通过在拐角处插入额外的电介质棒对GaAs二维正方光子晶体T型波导分支器进行优化,数值模拟的结果表明,优化的GaAs二维正方光子晶体T型波导分支器在一阶带隙范围内透射系数将提高到0.96以上。     

基于一维光子晶体的新型背反射器及其在非晶硅薄膜太阳电池中的应用

本文研究制备一种由低折射率的SiOx层与高折射率的a-Si层周期性交叠构成的新型一维光子晶体(1D PC)背反射器.研究结果表明,随着SiOx/a-Si交叠周期数的增加,一维光子晶体的反射率逐步提高.当周期数大于3时,在空气中500—750 nm波长范围的平均反射率达到96%.将该一维光子晶体作为背反射器应用于NIP型非晶硅电池(电池结构为玻璃/1D PC/AZO/NIP a-Si:H/ITO),当光子晶体周期为4时,效率达到7.9%,略优于传统的AZO/Ag背反射电极结构电池(7.7%),明显高于不锈钢衬底电池(6.9%),相对效率提升14.5%.     

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     

Photonic band structure calculations for metal-clad two-dimensional photonic crystal slab

We study the effect of metallic cladding on the band structure of a two-dimensional photonic crystal slab. Band structures of a honeycomb patterned two-dimensional photonic crystal slab, with/without a metal-clad or a perfect conductor clad, are calculated using both the finite-difference time-domain (FDTD) method and the plane wave expansion (PWE) method. We explain the changes of the band structure due to cladding. We also show that the band structure of a metal-clad photonic crystal can be obtained effectively from the odd modes of the air bridge type dielectric photonic crystal slab, thicker than the metal-clad photonic crystal by a factor larger than two.     

Theoretical investigation of the reflectivity of fullerene-(C60, C70)/AlN multilayers in UV region

Theoretical calculations via a transfer matrix method (TMM) were performed to investigate the possibility of fullerene/AlN multilayer films acting as one-dimensional (1D) photonic band gap (PBG) crystals. The response within and out of the periodic plane of (C₆₀, C₇₀)/AlN multilayers was studied. (C₆₀, C₇₀)/AlN multilayer films presented incomplete PBG behavior in UV region. C₆₀/AlN multilayers with two pairs of 49 nm-C₆₀ and 21 nm-AlN layers exhibited a high reflectivity of 90.4% at a wavelength of about 200 nm. As a consequence, this photonic crystal may be important for achieving materials with an incomplete band gap in the UV region.     

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。     

Optical properties of a periodic one-dimensional semiconductor-organic photonic crystal in UV region

Optical properties of a one-dimensional semiconductor-organic photonic crystal with periodic AlN/3-octylthiophenes (P3OT) multilayer structure are exhibited and confirmed by a calculation of the transfer matrix method (TMM). An AlN/P3OT multilayer structure displays incomplete photonic band gap behavior in the UV region. The AlN/P3OT multilayers with four pairs of 35-nm-AlN and 35-nm-P3OT layers exhibit a high reflectivity of 89% and less absorption of 10% at a wavelength of about 300 nm. These results demonstrate the AlN/P3OT multilayer structure could be a good candidate for absolute inhibition of reflection in the ultraviolet region for a given orientation.     

可见光波段SiO2/CdSe一维光子晶体及缺陷模的研究究

采用SiO2/CdSe构建了可见光波段一维光子晶体结构,并在其中引入LiTaO3缺陷层。利用传输矩阵法,分析了电磁波在无缺陷与含LiTaO3缺陷层两种光子晶体中的带隙结构,系统地研究了缺陷层参数对光子晶体可见光波段带隙结构的影响规律。计算结果表明：LiTaO3的引入,有利于带隙宽度的增加,调整缺陷层结构参数,缺陷模的位置可在不同颜色区域出现,如红光、黄光等缺陷模。该结构有望用于制作可见光波段的滤波器。     

一维电介质-金属光子晶体的光学特性研究

利用传输矩阵方法,研究了一维电介质-金属光子晶体的光学特性,该光子晶体通过在Si/SiO₂组成的电介质型光子晶体中插入一定厚度Al层形成。计算结果表明,金属层的引入可以有效提高反射效率,[Si(46 nm)/SiO₂(60 nm)/Al(10 nm)/SiO₂(60 nm)]5结构的单位周期传输衰减从[Si(46 nm)/SiO₂(120 nm)]5的7.2 dB增大到了20 dB;可以得到更宽频率范围的全方向反射带隙,例如[Si(46 nm)/SiO₂(60 nm)/Al(30 nm)/SiO₂(60 nm)]5结构即可提供550 nm带宽的全方向反射;同时讨论了金属吸收、金属层厚度及插入位置对其光学特性的影响。这种电介质-金属光子晶体有望作为性能优异的光学反射镜得到应用。     

Design of Narrowband Optical Filters Using Binary Number Sequence Photonic Crystals

A theory to design narrow band optical filters by using a new photonic crystal structure is presented. This new photonic crystal structure is composed of low index layers and high index layers arranged in mod. 4 up and down binary number sequence. The new structure exhibits narrow transmission peaks in the forbidden frequency gap region with high optical transmission (greater than 99.98%) at C.W.D.M. (Coarse Wavelength Division Multiplexing) center wavelengths. The proposed filters use only 8 layers. These new binary number sequence photonic crystal narrowband optical filters are much smaller in size, lower in cost and easier to fabricate as compared to narrowband photonic crystal optical filters based on defect Fractal Cantor multilayers, suggested recently by a group of researchers.     

一维光子晶体禁带的展宽

作为一维光子晶体的应用基础，一维光子晶体的禁带是研究的重点。通过传输矩阵的方法分析了一维光子晶体禁带的特性，讨论了影响带宽的因素。说明了相对带宽对光子晶体设计的重要性。在这个基础上讨论了扩展一维光子晶体带宽的方法，提出了在角域范围内对光子晶体进行叠加的方法，为设计制造一维光子晶体提供了一种行之有效的方法。分别对2个、3个和4个晶体的叠加进行了分析，最后计算了所设计的合成晶体的反射率。其中4个晶体的叠加，相对带宽达到57．52％，极大地展宽了一维光子晶体的禁带，从而证明利用角域的叠加来展宽一维光子晶体的禁带是非常有效的。     

Fabrication of near infrared metallodielectric photonic crystal using metal-coated dielectric spheres

A metallodielectric photonic crystal with photonic band gaps in near infrared regime has been constructed using layer-by-layer stacking of two-dimensional micro-size metal-coated dielectric spheres array. In transmission spectra two photonic band gaps are observed at 1.38 μm and 2.46 μm, which are in agreement with theoretical calculations. Experimental results show that the photonic band gaps can be realized with about ten layers. The structure with metallic microspheres provides us a novel way for fabrication of near infrared metallic photonic crystals.