二维复式晶格完全带隙光子晶体缺陷频率的分析

提出了一种具有完全带隙的二维复式晶格光子晶体,该晶体是在二维正方形格子中,旋转截面为正方形的柱子,同时在每个原胞中心引入圆形截面的柱子而形成的,并在其中引入点缺陷。运用平面波展开法并结合超晶胞理论分析此缺陷态光子晶体的频率特性。仿真结果表明,通过调节缺陷的尺寸、角度等结构参量,可以改变缺陷态频率的位置,使TE和TM模缺陷态频率一致,TE模和TM模同时谐振,处于缺陷态频率的入射光就能够完全耦合进点缺陷,具有较高的耦合效率。这种结构的复式晶格完全带隙光子晶体为制作完全带隙光子晶体谐振腔提供了理论基础。     

光子晶体的非严格周期性对其传输特性的影响

将时域有限差分法(FDTD)用于光子晶体传输特性研究。以二维方格子光子晶体TM模为研究对象。分别讨论了光子晶体制作过程中圆柱半径和品格常量误差对光子晶体传输特性和光子晶体器件性能的影响。研究表明。圆柱半径和品格常量的误差越大。光子晶体的带隙效果越差。在一定的误差范围里,光子晶体的传输特性能够被很好地保持;由于误差的存在,光子晶体点缺陷所形成的微腔的共振频率位置与理想情况发生了漂移;加工精度误差对光子晶体器件性能有较大影响。     

用于5G通信的二维圆柱型光子晶体波导带通滤波器设计

波导带通滤波器是大功率微波滤波的重要器件,为5G通信基站大功率微波传输提供了可能.基于光子晶体的频率带隙特性,把二维圆柱型光子晶体引入矩形波导中,设计了一款应用于5G通信的二维圆柱型光子晶体波导带通滤波器,仿真研究了该滤波器的滤波特性,以及引入点缺陷、线缺陷时滤波器的性能变化.二维光子晶体结构在矩形波导中在3～7 GH...     

二维单斜点阵光子晶体的第一布里渊区及带隙计算

二维单斜点阵光子晶体在光学聚焦器件及光子晶体波导中有重要的应用价值，详细讨论了二维单斜点阵光子晶体的第一布里渊区及带隙计算，并与常规方法计算得出的二维正三角形晶格光子晶体的带隙结构进行了比较.最后讨论了临界条件下二维单斜点阵光子晶体的带隙结构，证明了本方法的有效性.     

二维函数光子晶体

光子晶体是由两种或两种以上不同介电常数材料所构成的周期性光学纳米结构.光子晶体结构可分为一维、二维和三维,其中二维光子晶体已成为研究的热点.可调带隙的二维光子晶体可以设计出新型的光学器件,因此,对它的研究具有重要的理论意义和应用价值.本文提出的二维新型函数光子晶体可以实现光子晶体带隙的可调性.所谓二维函数光子晶体,即组成它的介质柱的介电常数是空间坐标的函数,它不同于介电常数为常数的二维常规光子晶体.二维函数光子晶体是通过光折变非线性光学效应或电光效应使介质柱的介电常数成为空间坐标的函数.运用平面波展开法给出了TE和TM波的本征方程,由傅里叶变换得到二维函数光子晶体介电常数ε(r)的傅里叶变换ε(G),其傅里叶变换比常规二维光子晶体的复杂.计算发现当介质柱介电常数为常数时,其傅里叶变换与常规二维光子晶体的相同,因此二维常规光子晶体是二维函数光子晶体的特例.在此基础上具体研究了二维函数光子晶体TE波和TM波的带隙结构,其介质柱介电常数函数形式取为ε(r)=k·r+b,其中k,b为可调的参数.并与二维常规光子晶体TE波和TM波的带隙结构进行了比较,发现二维函数光子晶体与二维常规光子晶体TE波和TM波的带隙结构有明显的区别,二维函数光子晶体的带隙数目、位置以及宽度随参数k的变化而发生改变.从而实现了二维函数光子晶体带隙结构的可调性,为基于二维光子晶体的光学器件的设计提供了新的设计方法和重要的理论依据.     

二维磁振子晶体中点缺陷模的耦合性质研究

在超原胞近似下, 利用平面波展开法数值计算了多点缺陷的二维磁振子晶体带结构及其部分缺 陷模的磁化强度场分布. 研究结果表明, 点缺陷模间的能量发生了耦合, 使自旋波沿着缺陷方向传播. 利用该性质可将含多点缺陷体的二维磁 振子晶体作为自旋波导波器件的制作材料.     

二维光子晶体分束器和偏转器

针对二维光子晶体在光束调整和光束偏转中的应用,采用平面波展开法、二维有限时域差分法和完全匹配层吸收边界条件,从理论上研究了二维方形光子晶体结构中TM模式的自准直现象.通过分析光子晶体的能带结构和等频图,基于二维光子晶体的自准直效应和光子带隙,对光波在二维光子晶体中的传播特性进行了讨论.数值计算表明,通过在合适的方向引入不同的线缺陷,可以实现自准直光束的1×2和1×3分束以及光束偏转.最后讨论了透射光束和偏转光束的能量随线缺陷半径的变化关系.所设计的器件极大地扩展了光子晶体在高密度光学集成电路中的应用.     

缺陷态光子晶体带隙特性的计算机仿真

基于平面波展开法,设计缺陷态二维正方晶格光子晶体结构,改变构成缺陷态结构的材料、占空比,应用Matlab语言计算机仿真得到,高介电常数材料构成的缺陷态光子晶体形成较宽的横磁波光子带隙,占空比在30％时形成较宽的横磁波光子带隙.研究结论为缺陷态光子晶体滤波器件的制作提供理论依据.     

固/固型二维正方晶格声子晶体缺陷态研究*

固/固型声子晶体在抑制噪音和隔离振动等工程领域有着潜在的应用。利用有限元方法对存在缺陷的二维正方晶格金/环氧树脂声子晶体进行了研究,数值计算结果表明弹性波在点缺陷处局域,带隙中出现多条缺陷模,点缺陷数目的增加对声子晶体局域特性产生显著影响;弹性波沿着线缺陷传播形成波导,改变线缺陷结构可以改变弹性波传播方向和实现信号的分离。对声子晶体缺陷特性的研究可为声学滤波器和波导等器件的设计提供参考。     

利用复式晶胞实现二维正方形布拉菲格子光子晶体的完全带隙

利用较为简单的正方形布拉菲格子，采用复式晶胞实现了简单晶胞所不能实现的二维光子晶体的完全带隙，并用优化算法对复式晶胞的结构参数进行了讨论，得到了具有完全的、带隙宽度尽量大的二维光子带隙材料结构- 关键词： 光子晶体 正方形布拉菲格子 复式晶胞 二维完全光子带隙     

On transmittance and localization of the electromagnetic wave in two-dimensional graphene-based photonic crystals

Two-dimensional graphene-based photonic crystal (GPC) formed by a periodic array of the homogeneous dielectric cylinders etched in the alternating graphene and dielectric layers and its inverse counterpart are considered. The transmittance of the photonic crystal is obtained. The waveguide due to the localization of the electromagnetic wave on the lattice defect that breaks the translational symmetry of the GPC of two different topologies is studied. The different topologies of GPC are characterized by different photonic band structures with different widths of photonic band gaps (PBG) and provide different frequencies for the localized electromagnetic wave due to the defect. The frequencies of the localized mode for both type of the GPC, located inside the lowest PBG, are in the range of THz or tens of THz depending on the topology of the GPC. It is shown that the photonic band gap always can be tuned by changing the chemical potential of graphene to provide formation of the localized photonic mode due to the defect. The technological advantages of the GPC, as well as the opportunity to tune the PBG and the frequency of the localized electromagnetic wave in the terahertz region of spectrum for the GPC are discussed.     

基于磁光子晶体的低损耗窄带THz滤波器

本文提出一种采用石榴石型铁氧体磁性材料的太赫兹滤波器,利用波导线缺陷和腔内点缺陷的耦合特性,通过改变腔内介质柱半径及分布,实现对某个波长的耦合,达到了高效率滤波的功能;改变外磁场的大小,影响铁氧体材料的磁导率变化,使谐振频率发生改变,从而对THz波进行滤波.应用平面波展开法(PWM)和时域差分有限法(FDTD)进行仿真分析,研究结果表明,该滤波器其插入损耗为0.0997 d B,3 d B带宽为8.22 GHz,实现了低损耗窄带滤波.     

光子晶体缺陷结构的特性

基于平面波展开法,设计了二维正方晶格和三角晶格光子晶体缺陷结构,数值模拟了TE模、TM模式的光子晶体禁带特性,计算了二维三角晶格光子晶体缺陷结构的模式分布。结果表明,光子晶体缺陷结构能够形成很好的禁带特性和模式结构,研究结论为光子晶体波导器件的开发提供参考。     

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。     

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。     

Localization and channeling of light in defect modes of two-dimensional photonic crystals

The spatial distribution of the electromagnetic field in a two-dimensional photonic crystal with a lattice defect is investigated. It is shown that in such a structure the field can be localized in a region smaller than one wavelength in size. The dependence of the spectrum of defect modes on the parameters of a two-dimensional photonic crystal is investigated. The light field at the exit of the photonic crystal possesses properties of a nonradiative mode, making it possible to achieve spatial resolution in the near-field much higher than the radiation wavelength. The possibilities of using this phenomenon in optical near-field microscopy to produce optical memory devices and to increase the efficiency of nonlinear optical interactions are discussed. Pis’ma Zh. éksp. Teor. Fiz. 70, No. 5, 323–328 (10 September 1999)     

材料的吸收效应对光子晶体温感特性的影响

利用传输矩阵法对含有缺陷层光子晶体缺陷模的透射率进行计算,主要讨论了材料的吸收效应对光子晶体温感特性的影响。以波长为800nm处缺陷态的透射峰作为研究对象,通过MATLAB数学软件数值模拟仿真发现:随着温度逐渐增加,缺陷模的透射率随之减小,说明光子晶体对温度变化有一定的灵敏度;介质材料的吸收效应会使透射峰随温度变化的速度减小,即光子晶体的缺陷模对温度变化的灵敏度减小;介质材料的消光系数越大,光子晶体的缺陷模对温度变化的灵敏度则越小。     

利用3D打印技术制备太赫兹器件

高性能的太赫兹器件在控制太赫兹波方面起到重要的作用,因此寻求一种简单有效的太赫兹器件加工方案非常必要。本文以太赫兹波导和太赫兹滤波器为例,分别选用Kagome型光子晶体结构的波导和一维光子晶体结构的滤波器,运用商用的3D打印机加工样品,并采用透射式太赫兹时域光谱系统对样品的参数进行测量。实验结果表明:加工的波导在0.2~1.0 THz范围内传输损耗平均值约为0.02 cm~(-1),最小值可达到0.002 cm~(-1),且可运用机械拼接的方式将多个波导进行简单的连接从而获得更长的波导而不引起严重的损耗;滤波器的透射谱在0.1~0.5 THz之间有两个明显高损耗带;这两组实验结果均与理论预计非常接近。本文运用太赫兹波导和滤波器的实例证实了3D打印技术加工太赫兹器件的可行性,将会成为获取性能可控、价格低廉的太赫兹器件的有效途径。     

十二重准晶中的方向缺陷

采用多重散射的方法研究了十二重准晶中的缺陷模,发现在十二重准晶中存在方向缺陷,且当缺陷组合围绕对称中心旋转时,在保持原有缺陷模的基础上,出现了新的缺陷模. 关键词： 准晶 缺陷 带隙     

Terahertz photonic states in semiconductor-graphene cylinder structures

We propose a semiconductor-graphene cylinder that can serve as a terahertz (THz) photonic crystal. In such a structure, graphene plays a role in achieving a strong mismatch of the dielectric constant at the semiconductor-graphene interface due to its two-dimensional nature and relatively low value of the dielectric constant. We find that when the radius of the outer semiconductor layer is about ρ(1)~100 μm, the frequencies of the photonic modes are within the THz bandwidth and they can be efficiently tuned via varying ρ(1). Furthermore, the dispersion relation of the photonic modes shows that a semiconductor-graphene cylinder is of excellent light transport properties, which can be utilized for the THz waveguide. This study is pertinent to the application of graphene as THz photonic devices.