Compton散射对非均匀等离子体光子晶体光子带隙的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和时域有限差分法,对多光子非线性Compton散射对非均匀等离子体光子晶体光子带隙特性的影响进行了研究,提出将入射和散射光作为形成光子带隙的新机制,对电磁波方程进行了修正.结果表明:与Compton散射前相比,散射使电磁波幅值衰减更快;随等离子体密度增加,透射谱禁带宽度几乎无变化,...     

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应用多光子非线性Compton散射模型和时域有限差分法,对Compton散射对时变非磁化等离子体光子晶体禁带的影响进行了研究,提出了将多光子非线性Compton散射电磁波和入射电磁波作为等离子体光子晶体产生光子禁带的新机制,给出了电磁场的Maxwell方程组和叠代方程的修正方程,并进行了数值模拟。结果表明,Compton散射使等离子体禁带宽随等离子体上升时间的增大比散射前有明显减小而最后趋于定值,均匀等离子体透射率峰值比线性等离子体增大得更多,利用Compton散射可实现对光子禁带的控制。     

Compton散射对磁化等离子体光子晶体缺陷模密温特性的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和有限时域差分法,对Compton散射对磁化等离子体光子晶体缺陷模密温特性的影响进行了理论分析和数值模拟。结果表明,与Compton散射前的情况相比,Compton散射使低温低频处光子禁带中存在缺陷模的明显度降低,缺陷模频率增大,缺陷模和透射率峰值减小;使高温高频处缺陷模和透射率峰值、缺陷模频率显著增大,禁带宽减小,缺陷模位置向高频方向移动。随着电子密度的增大,散射减小了禁带增大效应和缺陷模减小效应,增强了缺陷模频率增大效应;随着电子密度的降低,散射增强了禁带变窄效应、缺陷模峰值增大效应和缺陷模频率减小效应。利用Compton散射,可实现对缺陷模密温特性的有效控制。     

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应用多光子非线性Compton散射模型和分段电流密度卷积时域有限差分法,将入射光和Compton 散射光作为形成缺陷模的机制,研究了Compton散射对具有单一缺陷模的时变磁化等离子体光子晶体缺陷模的影响.结果表明:与Compton散射前相比,入射光频率低于等离子体频率时,禁带中仍存在明显的缺陷模,其频率随等离子体驰豫时间的增大而缓慢增大;等离子体弛豫时间相等时,等离子体均匀分布的禁带透射系数峰值比Epstein分布时小,两者的缺陷模特征都比较明显,但两者的禁带宽度及缺陷模之间的区别明显减小.     

Compton散射下强激光等离子体光子晶体中光子带隙构的新模型

应用光流线量子论和多光子非线性Compton散射模型,研究了强激光等离子体光子晶体中光子带隙产生的机制,提出将入射光和Compton散射光形成的耦合光流线作为在强激光等离子体光子晶体中形成光子带隙结构的新模型,给出了耦合光流线满足的基本方程。结果表明,Compton散射使强激光等离子体光子晶体中产生了较深的折射率势阱,改变了在这个势阱中运动的耦合光能量的量子化分布几率,从而改变了光子带隙的位置和结构。     

多光子非线性Compton散射对等离子体平面反射电磁波的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和电磁波与等离子体相互作用模型,研究了Compton散射对等离子体平面反射电磁波特性的影响,提出了将Compton散射作为影响等离子体平面反射电磁波的机制,给出了等离子体平面反射电磁波反射率的修正方程,并进行了仿真实验.结果表明:不同频率下,低频段等离子体密度随电场强度增大而迅速增大,到达平衡态时间明显缩短,这是因散射使场强迅速增大,等离子体中粒子发生电离几率增大的缘故.高频入射波使反射波强度减低最多,最后几乎趋于0,这是因散射使等离子体频率高于入射波频率的成分大大增加的缘故.不同频率入射波的反射波频率有微小增大,这是因散射使信号与等离子体复合扩散时间尺度差距缩小,反射波的非线性效应逐步显现的缘故.随碰撞频率增大,低密度等离子体密度增加最快,到达平衡态时间最短,这是因散射使等离子体碰撞频率增大,有更多粒子参与电离的缘故.     

介电系数对等离子体光子晶体色散的影响

应用多光子非线性Compton散射模型,研究了Compton散射下介电系数对等离子体光子晶体色散的影响,考虑Compton散射对介电系数的影响,给出了一维等离子体光子晶体色散关系式,并进行了数值模拟。结果表明:与散射前相比,当介电系数ε=1时,不出现禁带;当ε<3时,随着ε的增大,一级禁带宽先缓慢增大,再到最大值,后缓慢减小,二级禁带宽先缓慢增大后趋于饱和值0.69,较散射前减小了0.03,两禁带ε临界值为5.4,较散射前减小了0.6;当ε<5.4时,一级禁带宽明显大于二级,较散射前减小了0.04;当ε>5.4时,二级禁带宽大于一级,二者差值比散射前明显减小;截止频率和二级禁带边缘频率均向低频方向较快移动,且二级禁带边缘频率变化幅度明显大于截止频率。     

多光子非线性Compton散射对等离子体平面反射电磁波的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和电磁波与等离子体相互作用模型,研究了Compton散射对等离子体平面反射电磁波特性的影响,提出了将Compton散射作为影响等离子体平面反射电磁波的机制,给出了等离子体平面反射电磁波反射率的修正方程,并进行了仿真实验。结果表明：不同频率下,低频段等离子体密度随电场强度增大而迅速增大,到达平衡态时间明显缩短,这是因散射使场强迅速增大,等离子体中粒子发生电离几率增大的缘故。高频入射波使反射波强度减低最多,最后几乎趋于0,这是因散射使等离子体频率高于入射波频率的成分大大增加的缘故。不同频率入射波的反射波频率有微小增大,这是因散射使信号与等离子体复合扩散时间尺度差距缩小,反射波的非线性效应逐步显现的缘故。随碰撞频率增大,低密度等离子体密度增加最快,到达平衡态时间最短,这是因散射使等离子体碰撞频率增大,有更多粒子参与电离的缘故。     

Compton散射下强激光PPCs光子带隙构新模型

应用光流线量子理论和多光子非线性Compton散射模型,研究了强激光等离子体光子晶体中光子带隙产生的机制,提出了将入射光和Compton散射光形成的耦合光流线作为在强激光等离子体光子晶体中形成光子带隙结构的新模型,给出了耦合光流线满足的基本方程.结果表明,Compton散射使强激光等离子体光子晶体中产生了较深的折射率势阱,改变了在这个势阱中运动的耦合光能量的量子化分布几率,从而改变了光子带隙的位置和结构.     

多光子非线性Compton散射的能量转换

研究了多光子非线性Compton散射中电子与光子的能量转换及其转换效率.结果表明:散射光子频率随电子吸收光子数n的增大而增大,随碰撞非弹性成分ξ的增大而迅速减小.在超强激光场中,当极端相对论性电子与光子发生多光子非线性Compton散射且被光场俘获时,能量转换效率趋于无限大,即电子可以从超强激光场中获得巨大的加速能量.用高速电子束入射并与光子发生多光子非线性Compton散射,是提高非线性Compton散射能量转换效率的重要途径.     

不同结构光子晶体的带隙特性

基于平面波展开法研究光子晶体的带隙特性,数值模拟了横磁波和横电波在三角晶格和正方晶格构成的二维光子晶体中的带隙特性,得到了三角晶格较正方晶格更容易出现带隙,且三角晶格的横电波光子带隙较大.实验结果为光子晶体器件的设计提供理论依据.     

一维Kerr非线性光子晶体中的场分布

研究具有Kerr非线性的一维光子晶体中场的分布.计算光子晶体中加入Kerr非线性材料后,入射光强对光子晶体中场分布极大值位置的调制,发现随着光强的增加,峰值位置向入射端移动.同时,由于非线性的作用,随着光强的变化,线性光量子阱中的电磁本征模将进入线性带隙,带隙中将出现没有线性本征模对应项的新孤子类电磁模.     

非磁化等离子体光子晶体的禁带周期特性研究

用时域有限差分法（Finite-Different Time-Domain,FDTD）中的电流密度卷积（Current Density Convolution,JEC）算法讨论了一维非磁化等离子体光子晶体的禁带周期特性,分析了非磁化等离子光子晶体的周期结构和等离子体参量对其禁带周期的影响.以微分高斯脉冲为激励源,用电磁波通过非磁化等离子体光子晶体后所得的透射系数来讨论非磁化等离子体光子晶体的禁带周期特性.结果表明,通过改变参量可以获得不同的禁带周期特性.     

用转移矩阵法数值研究二维正方介质柱光子晶体的传输特性

利用转移矩阵方法对二维正方介质柱光子晶体的传输特性进行了研究,数值计算研究了不同晶格、同一晶格柱体截面面积不同、放置方位角不同时光子晶体的传输特性。数值结果表明光子禁带的宽度与中心频率和晶格结构有很大关系,正方晶格更易形成平坦光子禁带,柱体截面面积大,则形成的禁带较宽,在其他因素相同的条件下柱体放置的方位角对光子禁带有重要影响。数值研究表明在正方介质柱下设计宽平坦光子禁带时,可以首先考虑正方晶格结构,其次设法使柱体截面尽量大一些,最后可通过柱体放置方位角来微调光子禁带的宽度与中心频率以达到设计要求。     

二维正方晶格光子晶体禁带特性

基于平面波展开法,以碳化硅构成二维正方晶格光子晶体,数值模拟了TE模、TM模二维光子晶体的禁带特性,结果表明,TE模更容易形成光子禁带。同时设计了以碳化硅构成二维正方晶格光子晶体波导,数值模拟了TE模、TM模波导的传输特性和禁带特性,结果表明,TE模构成的波导电磁波能够较好的传播,它们的光子禁带都没有出现。研究结论为光子晶体波导器件的开发提供参考。     

Localization and Amplification of the Electromagnetic Field in a Globular Photonic Crystal

Using the wave equation, the electromagnetic field distribution is calculated in a globular photonic crystal on the basis of artificial opal in the [111] direction. The electromagnetic field is found to be localized at the edge of the photonic band gap in the first surface pore of the sample. The effect of pumping on a sample is estimated as well. The results open up prospects for the application of artificial opals to solve photon and gravitational conversion problems.     

Second Harmonic Generation in 1D Nonlinear Plasma Photonic Crystals

In this paper, a 1D nonlinear plasma photonic crystal (NPPC) structure composed of polarized ferroelectric crystals and nonlinear plasma periodic alternation is proposed. The transfer matrix method is employed to analyze the second harmonic generation (SHG) problem of this structure. In the designed NPPCs, the fundamental wave (FW) operates in the gigahertz (GHz) band and the nonlinear plasma is controlled by an external high-intensity control wave (CW). Numerical simulations are performed to investigate the effects of different incident angles and external CW intensities on the total conversion efficiency (T-con) of the second harmonic wave (SHW). Additionally, the internal electric field distribution and incident light intensity within the nonlinear structure are analyzed. The importance of the relationship between the FW frequency and photonic band gap (PBG) in enhancing SHG is summarized. The results demonstrate that the optimal structure can be obtained by changing the structural parameters, such that the FW and SHW are tuned to the edge of the PBG. At this point, the electromagnetic field density is large, the group velocity is small, the local field is enhanced, and the nonlinear optical interaction is increased, resulting in a significant increase in the T-con of the SHW.