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。     

一种基于光子晶体的远红外与10.6μm激光兼容伪装材料的设计与制备

现代探测系统由单一工作模式到复合工作模式的转变,对伪装材料的光谱特性提出了某些特殊要求.作为一种新型人工结构功能材料,光子晶体基于光子禁带的高反射特性可以实现热红外伪装.设计了一种基于一维掺杂光子晶体的远红外与激光兼容伪装材料,利用薄膜光学理论的特征矩阵法计算了透射光谱.制备的样品经测试,与理论曲线相吻合.结果表明,利...     

一维金属/介质光子晶体用于BaF2晶体闪烁光谱修饰

利用一维金属/介质光子晶体对BaF2晶体闪烁光谱进行修饰. 以Al2O3/MgF2/Al/ MgF2为周期构成光子晶体，讨论了周期数、金属层的厚度以及在低折射率层中的相对位置、入射角度等与光子晶体能带特性的关系及其对BaF2晶体闪烁光谱进行修饰的效果. 结果表明，在所考虑的发射角范围，光子晶体对快成分的衰减小于5倍，对慢成分的相对抑制比超过20倍，采用合适的探测角度，可使对慢成分的相对抑制比提高到100以上.     

一维Au/MgF2光子晶体的透射性质

理论上研究了一维金属/电介质光子晶体的透射率性质，用传输矩阵方法数值计算了Au/MgF2光子带隙晶体的透射率．发现周期性结构产生的透射共振会大幅度增加光通过层状金属的透射率．通过调节一维Au/MgF2光子晶体中金和氟化镁的厚度以及周期数，得到了可见波段的高透射允带，透射率在0.4以上，而对于可见波段以外的频率几乎是完全不能传输的．这种结构在保持了高透射率的前提下还具有金属的优点，这在传感器、护目装置、反射窗、液晶显示等诸多领域都有很大的实用价值．     

一维光子晶体热辐射光谱控制模拟研究

将一维金属-介质光子晶体应用于热辐射光谱控制,基于电磁波理论建立了光谱能量关系和光谱特性计算方法.采用钨(W)和二氧化硅(SiO2)设计了一维金属-介质光子晶体,从麦克斯韦方程组出发,研究了该一维结构的光谱特性.研究结果表明,该结构能够有效地结合材料自身光谱属性和光子晶体的光谱控制特性实现热辐射光谱特性的选择控制,可被用于热光伏系统实现热辐射光谱控制.     

含各向异性左手材料一维光子晶体的传输特性分析

采用光学传输矩阵方法,研究了由各向异性左、右手材料交替排列构成的一维人工周期结构的带隙结构和传输特性,讨论了反射率随入射角度的变化关系。结果表明,含各向异性左手材料的光子晶体比传统的光子晶体有更宽的禁带;含各向异性左手材料的一维光予晶体具有更好的角度特性,可以用来实现对某一低频波段的全方位反射;通过适当选取左手材料的参数,禁带中会出现狭窄的透射峰。     

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%.     

硅基薄膜太阳电池一维光子晶体背反射器的模拟设计与制备

从模拟和实验两个方面研究了一种适用于硅基薄膜太阳电池的一维光子晶体新型背反射器.首先采用时域有限差分方法,模拟研究了组成一维光子晶体的两种介质的折射率比、厚度比以及周期厚度对光子禁带的影响.基于模拟结果,制备出一种由低折射率SiOx层与高折射率非晶硅a-Si层周期性交叠构成的禁带可调式一维光子晶体背反射器.通过改变a-Si层的厚度,使得禁带范围由500—750 nm波长范围红移至650—1100 nm,反射率分别达到96.4%和99%.将上述结构的一维光子晶体作为背反射器分别应用于非晶硅单结太阳电池和非晶硅/微晶硅双结叠层太阳电池,与没有背反射结构电池相比,短路电流密度分别提升了18.3%和15.2%.同时模拟研究了在不同入射角度下自然光、TE波和TM波对光子晶体反射特性的影响.研究结果表明,在太阳电池中,光线倾斜入射对一维光子晶体反射率的影响有限.     

一维多孔硅光子晶体反射特性及制作的理论研究

在一维光子晶体光学传输特性理论的基础上,运用传输矩阵法推导了一维多孔硅光子晶体的反射特性,并对其反射特性与结构参数的关系进行了分析。给出了采用脉冲电化学阳极腐蚀法制备一维多孔硅光子晶体的制作模型。利用计算机数值模拟的方法给出了各种一维多孔硅光子晶体的典型反射谱。为多孔硅光子晶体的实际应用奠定了理论基础。     

中红外波段硅基两维光子晶体的光子带隙

利用电化学腐蚀的方法制备了大多孔硅两维光子晶体.结构图形对称性为正方格子，其结构参数为正方形晶格周期a=44μm，正方形空气柱的边长l=2μm.并用显微红外光谱仪表征了光谱性质，揭示了所制备两维光子晶体样品的中红外波段光子的反射特性. 关键词： 光子晶体 光子带隙 反射谱 时域有限差分法     

Omni-directional mirror for visible light based on one-dimensional photonic crystal

The omni-directional reflection characteristics of one-dimensional photonic crystals composed of Ta 2 O 5 /MgF 2 multi-quantum well (MQW) are studied using the transfer matrix method. An omni-directional reflector consisting of three and four Ta 2 O 5 /MgF 2 MQWs is investigated. Results show that the photonic band gap of the photonic crystal composed of three and four Ta 2 O 5 /MgF 2 MQWs, which are within the wavelength ranges of 402–712 and 412–1,023 nm, respectively, could cover the entire visible region. The relationship among the width of the band gap, its location, reflectivity rate, and incident angle of the incident light is analyzed. The optimal structural parameters of the MQW of the omni-directional reflector in the visible region are also calculated. The calculations provide a guide for the design of omni-directional reflection devices in the visible region.     

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。     

A wide band-pass filter of broad angle incidence based on one-dimensional metallo-dielectric ternary photonic crystal

A wide band-pass filter has been presented based on one-dimensional metallo-dielectric ternary photonic crystal. ZnS, Ag and MgF₂ are used as the materials of the photonic crystal. The forbidden and allowed bands of the photonic crystal are determined by using the band-edge analysis. The result indicates that the filter has a wide pass band in the visible region and it can block ultraviolet and infrared light. Simulation of the transmission spectra shows that the filter has decent transmittance in the pass band at broad angle incidence ranging from 0° to 70°, which can meet the need of practical use.     

光子晶体四信道波分复用器的研究

提出了一种由2-D光子晶体构成的四信道波分复用系统。该系统包括利用光子晶体的线缺陷实现的波导部分和利用光子晶体微腔实现的频率选择部分。采用时域有限差分(FDTD)方法,研究了光在含点缺陷(即微腔)和线缺陷(即波导)的光子晶体中的传输特性,并给出了仿真结果。计算结果表明,该结构可以实现波长为λ=1550nm附近的四信道波分复用。     

Enhancement of radiative lifetime in semiconductors using photonic crystals

In this work we present a structure consisting of a semiconductor sample immersed between two one-dimensional photonic crystals, designed with the aim to investigate the possibility to increase radiative lifetime in infrared photodetectors, i.e., to decrease the background radiation limit. Since we used a HgCdTe detector for the detection of CO₂ laser radiation, we formed a defect in the front-side photonic crystal with the transmission peak on 10.6 μm. Our numerical calculations show that the 1-D photonic crystal structures at the front and at the back side of the semiconductor sample significantly increase the radiative lifetime in the photodetector.     

用时域有限差分法研究二维光子晶体传输特性

将时域有限差分方法用于光子晶体传输特性理论研究，分别计算了二维方型光子晶体TM模和TE模的透射率频率分布；根据光子晶体的标度不变性特征，在微波频段制作了光子晶体，并设计了实验装置；实验结果与计算结果一致表明：对于一定的入射方向，某些频率的光不能在光子晶体中传播。     

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。     

一维光子晶体的透射谱特性

利用传输矩阵法研究了一维光子晶体的透射谱特性,数值模拟得到了可见光波段一维光子晶体中的透射谱特性,计算结果表明可见光波段入射波长变化时,透射谱禁带宽度发生变化。研究结果为可见光波段一维光子晶体器件的设计提供了理论依据。     

Fabrication of two-dimensional infrared photonic crystals by deep reactive ion etching on Si wafers and their optical properties

We report the fabrication and characterization of two-dimensional silicon-based photonic crystal structures realized by deep reactive ion etching. Photonic crystals with square and triangular lattices with very high aspect ratios up to 33 have been achieved. Photonic bandgap behaviors are identified by the transmission and reflection spectra measured by using a Fourier transform infrared spectrometer. The experimental results are in good agreement with the calculated band structures.