具有三量子阱结构的一维光子晶体透射谱研究

在适当选择结构参数基础上,通过传输矩阵法计算模拟光子晶体(AB)m(CD)n(BA)m结构模型的透射谱,当光子晶体(CD)n的三个导带分别处于光子晶体(AB)m(AB)m相邻的三个禁带中时,构成光子晶体三量子阱结构,在光量子阱透射谱的归一化频率1.0(ωa/2πc),2.0(ωa/2πc)和3.0(ωa/2πc)三处周围,分布着三套具有规律的局域共振峰,出现明显的量子化效应,且三套透过峰数目都可以通过光子晶体(CD)n的重复周期数n来调节,这一现象可用于设计可调性多通道滤波器。     

左手介质对一维光量子阱透射谱的影响

通过传输矩阵法理论研究左手介质对一维光子晶体量子阱(AB)m(CBAABC)n(BA)m透射谱的影响,结果发现:当C层为双正介质时,光量子阱透射谱中出现2n+1条窄透射峰,当C层为左手介质时,呈现简并现象,光量子阱透射峰中仅出现2n-1条窄透射峰;当C层左手介质折射率负值增大时,光量子阱透射谱向禁带中心两侧移动,同时透射峰快速变窄;当C层左手介质光学厚度负值减小时,光量子阱透射谱向禁带中心靠拢,同时透射峰迅速变窄;光量子阱透射变窄对左手介质光学厚度的响应灵敏度高于对折射率负值的响应。左手介质对光量子阱透射谱特性的影响规律,可为光子晶体理论研究及新型量子光学器件设计提供参考。     

双负介质对光子晶体透射能带谱的简并效应研究

利用传输矩阵法理论,通过数值计算模拟的方法,研究双负介质对一维光子晶体透射能带谱的影响。结果表明:当C介质由双正介质变成双负介质时,光子晶体(CBAABC)n的禁带、能带和光子晶体(AB)m(CBAABC)n(BA)m的透射峰均出现明显的简并现象,即前者相邻多禁带和多能带结构简并为较宽的单禁带和单能带结构,后者的透射峰由2n+1条简并成2n-1条;当双负介质C的光学厚度负值减小时,光子晶体(AB)m(CBAABC)n(BA)m的透射峰向禁带中心靠拢,出现简并趋势。双负介质对光子晶体透射能带谱的简并效应,为光子晶体设计光学滤波器件、光学开关等提供参考。     

具有镜像对称结构的一维光子晶体的透射谱

计算了具有镜像对称性结构的一维光子晶体的透射谱.在光子晶体的禁带中得到了多个完全透射峰.用数学归纳法得到了简单的迭代关系式用以计算多个完全透射峰的频率.只要结构具有镜像对称性，中心透射峰总是存在，而其他透射峰则依赖于缺陷的位置和折射率.适当选择对称结构，可以得到一个近完全透射带. 关键词： 光子晶体 缺陷模 透射谱     

含负折射率缺陷的光量子阱的透射特性及理论模拟

利用转移矩阵方法对含负折射率缺陷的一维光子晶体量子阱结构的透射特性进行了研究。结果表明,当缺陷为偶数个时,结构透射谱中有两个透射峰;当缺陷为奇数个时,透射谱中只有中心处一个透射峰,且随着缺陷层数的增加,该处峰的品质因子逐渐提高。因电磁波在缺陷处的强烈局域,所以阱中局域态的透射率对缺陷的折射率有很强的依赖作用。通过控制入射光的强度可使缺陷的折射率发生微小的改变,进而使局域态的透射率发生明显改变,这样就可制作高效光开关。     

对称缺陷复合光子晶体的偏振特性研究

用传输矩阵法研究了在不同入射角时对称缺陷复合光子晶体[D(AB)mD]2结构s偏振和p偏振的光传输特性。计算结果表明:对称缺陷复合光子晶体[D(AB)mD]2结构中的禁带出现两个完全共振透射峰。随着入射角的增大,s光和p光的带隙中心和透射峰都向高频方向移动,s光的带宽增大,p光的带宽减小,但带隙中心始终相同。通过微小地改变入射角可改变透射峰的频率和偏振态。此结果为该结构实现双通道方位开关和偏振器提供了理论依据,也为拓宽该结构带隙和得到所需要的偏振光提供了理论基础。     

含有多缺陷的一维光子晶体的完全透射及应用

计算了具有多缺陷且相对中间缺陷具有镜像对称结构的一维光子晶体的透射谱。在光子晶体的禁带中得到了多个完全透射峰且对称性地分布于禁带中心频率两侧。缺陷相距较近时，禁带中心不存在透射峰。所有透射峰都敏感地依赖于中间缺陷的折射率。     

双重势垒一维光子晶体量子阱内部局域电场分布

利用传输矩阵法理论,研究了双重势垒一维光子晶体量子阱(AB)k(CD)m(DCD)n(DC)m(BA)k的内部局域电场.结果表明:双重势垒光量子阱内部分布着很强的局域电场,且越靠近阱中心,局域电场越强;双重势垒光量子阱垒层特别是内垒层和外垒层厚度同时增大时,内部局域电场快速增强,而且阱中心增强最明显;双重势垒光量子阱阱层宽度增大时,越靠近阱中心,局域电场越强,但阱宽按偶数倍增大时阱中心的局域电场不变并保持恒定极大值,而阱宽按奇数倍增大到一定数值后,光量子阱内部局域电场则趋于阱宽按偶数倍增大时的局域电场恒定极大值.该研究可为分析光量子势阱的量子化效应机理和分立透射谱的形成内因,以及量子光学产品的实际设计等提供指导.     

用两端对称缺陷复合光子晶体实现多通道滤波和光开关

用传输矩阵法计算了两端对称缺陷复合光子晶体结构的光传输特性。计算结果表明:两端对称缺陷复合光子晶体[D(AB)mD]2结构中的禁带出现两个完全共振透射峰。通过控制入射光强来微调光子晶体材料的介电常数,使得完全共振透射峰移动,且介电常数变化越大,共振透射峰偏移越大,从而形成高效率的双通道光开关。当光子晶体为[D(AB)mD]N结构时,每个完全共振透射峰都分裂为N-1条,这样可通过调节N同时实现所需要通道数目的高效多通道光开关和多通道滤波器。     

二维光子晶体量子阱的光谱特性研究

研究了二维光子晶体量子阱的光谱特性,该量子阱结构由二维正方晶格圆柱晶胞光子晶体通过移去中间位置的介质圆柱层形成。由于光子晶体中的光子禁带充当了光子运动的势垒,类似于半导体量子阱中电子的行为,在光子晶体量子阱结构中会出现量子化的光子能态。文章利用平面波展开法计算了所用光子晶体的能带结构,利用传输矩阵方法计算了量子阱结构的透射光谱。计算结果表明,在光子禁带中出现了离散的透射峰,透射峰的强度随着势垒宽度的增加而减弱,个数随着势阱宽度的增加而增加,通过计算得到了其定量关系,并且讨论了透射峰频率与势阱宽度的关系。     

超窄带和多通道窄带光子晶体滤波器

构造了形如(AB)^mB^n(BA)^m的一维光子晶体，并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，当m=6、m=4，而n变化时，在一定的波段范围内，在这种结构光子晶体的禁带区内分别获得了一个和多个很窄的透过峰：这种结构的光子晶体可以用来制作超窄带滤波器和多通道窄带滤波器，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中获得广泛应用.     

实现全反射镜功能的光子晶体禁带特性

用传输矩阵法研究一维光子晶体G(AB)mC(AB)mH的能带特性及电场分布,结果发现:随着m的增大,在830—883nm波长范围内,光子晶体G(AB)mC(AB)mH禁带中的导带透射率逐渐趋于零,即光被禁止通过,实现全反射镜功能,且随着入射角的增大,光子晶体的禁带逐渐向短波方向移动。随着介质层G、H的折射率增大,光子晶体在833.6—879.1nm波长范围内出现大的禁带,亦实现全反射镜功能。光子晶体G(AB)5C(AB)5H内部存在很强的局域电场,即在光子晶体内传输的光,被强烈局域在禁带范围内,并在缺陷层C处达到极大值,而且随着m的增大,局域强度增强。这些光学传输特性,为研究、设计新型光学器件全反射镜、滤波器等提供指导。     

单负材料一维光子晶体的透射谱特性

利用传输矩阵法研究了单负材料一维光子晶体(AB)m(ADBDB)n(AB)mA的透射谱,发现:透射谱中出现2个共振隧穿模,其位置和间距可由周期数m或n,以及介质层厚度d调节控制。改变m,会出现2个恒定间距的共振隧穿模;改变dA,共振隧穿模间距增大,且当dA≥25mm时,间距增大加剧;改变n,共振隧穿模逐渐趋于简并,当n≥6时,两隧穿模合二为一;改变dD,两共振隧穿模亦逐渐趋于简并,当dD≥20mm时,两隧穿模亦合二为一。这些特性可为利用光子晶体设计可调性高品质单通道、双通道滤波器提供参考。     

渐变折射率光量子阱对束缚态能级的调整

在对称的均匀电介质材料光子晶体体系中插入另一折射率渐变的光子晶体可构成光量子阱结构.利用时域有限差分法计算了不同折射率分布光量子阱结构的传输谱.研究表明：束缚态是对处于垒光子晶体禁带中的阱光子晶体导通带的离散化,束缚态能级个数等于阱光子晶体结构单元的重复周期数；以渐变方式调整阱区折射率分布,可在特定频率范围内得到新的互不交叠的束缚态.这样在有限的禁带区域可以成倍增加光子束缚态而无需增大光量子阱结构的尺寸,使信道密度最大化、光波有效带宽的使用最优化.这种量子阱结构可用于制作超窄带滤波器和多通道窄带滤波器,有望在光通信超密集波分复用和光学精密测量技术中获得广泛应用. 关键词： 光量子阱 光子束缚态 渐变折射率 光子晶体     

Three-dimensional photonic crystal structures achieved with self-organization of colloidal particles

Three-dimensional polystyrene/air photonic crystal structure with different particle diameters: 200, 270 and 340 nm was achieved. Strong photonic band gap effect reflected with transmission minimum down to –16 dB was observed. The central wavelengths of the valleys of spectra were well fitted with theoretical calculation. The augmentation of band gap effect versus particle diameter was attributed to an improved self-assembling of particles. An analysis of transmission spectra is also presented. The agreement between the results of experiment and numerical analysis is good.     

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.     

Two-dimensional ring-type photonic crystals in the near-infrared region

We propose a ring photonic crystal working in the near infrared region, where the air holes in the background material GaAs are arranged to form a series of rings. We find that the band gaps do not depend on the incident direction, and only a small number of rows are needed to create a frequency gap in the transmission spectrum. The transmission spectra of both P and S polarizations show that there is a complete bandgap in the hexagonal ring photonic crystals and the ratio of gap width to mid-gap frequency is as high as 11%.     

Dielectric matrices with air cavities as a waveguide photonic crystal

Frequency dependences of the transmission coefficient of a microwave photonic crystal that represents a structure containing alternating layers of ceramic material (Al₂O₃) with a relatively large number of cavities and foam plastic are studied in the presence and absence of distortions of the periodicity of a photonic structure. The frequency dependences of the transmission coefficient can be analyzed using a model of effective medium that makes it possible to consider the interaction of electromagnetic wave and photonic crystal using a transfer matrix of a 1D photonic crystal. The band character of the frequency dependence of the transmission coefficient of the photonic crystal related to the periodicity of the photonic crystal in the transverse plane for the waveguide with a standard cross section is not manifested in a certain range of material permittivities.