可见光波段SiO_2/CdSe一维光子晶体及缺陷模的研究

采用SiO_2/CdSe构建了可见光波段一维光子晶体结构,并在其中引入LiTaO_3缺陷层。利用传输矩阵法,分析了电磁波在无缺陷与含LiTaO_3缺陷层两种光子晶体中的带隙结构,研究了缺陷层参量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:LiTaO_3的引入,有利于带隙宽度的增加,调整缺陷层结构参量,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。     

THz波段金属光子晶体的带隙及缺陷特性分析

研究了一种适用于太赫兹器件的二维金属光子晶体结构,该结构为正方晶格的二维铜柱光子晶体。首先用时域有限差分法计算分析了它的带隙结构,讨论了带隙随着填充比的变化规律,接着讨论了引入点缺陷时所产生的缺陷模特性,得到了点缺陷所对应的缺陷模场分布图。研究结果为THz波段光子晶体器件的开发及制作提供了理论依据。     

色散光子晶体GHz波段的传输特性

将两单负材料耦合后,再与一双负材料交替生成光子晶体。然后利用传输矩阵法对该光子晶体的能带和缺陷模进行了研究。结果表明:这种结构的光子晶体具有一种新型的光子带隙,不随晶格常数的缩放而移动;当引入普通电介质缺陷层时,缺陷模对入射角的改变不敏感,但缺陷模个数随着缺陷层厚度的增加而增多。     

空芯光子晶体光纤光子带隙的测量与数值模拟

用全矢量平面波法计算三角结构光子晶体光纤的带隙. 用透射法测量了自制的空芯光子晶体光纤的透射谱,得到了它在可见光波段透射强度与波长的关系,并在随后的实验中观测到了传光的模场图.通过理论模拟了实验所用的空芯光子晶体光纤的带隙图,与实验结果具有较好的一致性. 关键词： 空芯光子晶体光纤 光子带隙 全矢量平面波法 透射     

SiO2纳米微球表面结构在可见光波段的减反特性

研究了不同尺寸SiO2胶体微球形成纳米结构薄膜的光学传输特性和光子带隙。通过在玻璃基底上自组装透光的SiO2胶体微球形成胶体晶体薄膜, 依据布拉格定律,分析微球尺寸对胶体晶体光子带隙的影响。为实现可见光波段的全方位减反射,提出通过改变胶体粒径将胶体晶体带隙位置移动至紫外波段,理论计算得出当粒径为112 nm,占空比为0.45时能实现可见光波段0.5%的平均反射率。实验结果表明,玻璃基底在400~800 nm间的平均反射率从4.3%降低至0.7%,最小反射率达0.3%。通过控制微球粒径移动光子带隙位置,优化晶体结构参数实现了可见光波段的减反射,有效提高了光学组件对可见光的利用率。     

二维八重准晶有机光子晶体平板的光学传播特性

采用时域有限差分法研究了二维八重准晶有机光子晶体的光传输特性,重点分析了光束在聚苯乙烯空气柱平板结构和聚苯乙烯介质柱结构中的透射特性与光局域特性。研究结果表明,即使在低折射率对比度的情况下,两种完整八重准晶平板结构中均出现了可见光波段的光子带隙和本征模,且光子带隙中心位置随着平板厚度的增大而红移。当在两种准晶结构中引入缺陷微腔时,带隙内的缺陷模产生位置和波长红移特性随着微腔结构的变化规律明显不同,这种差异性是由两种物理机制(即光子晶体缺陷能级变化与微腔所支持的驻波条件)共同作用的结果。这一研究结果将为实验制备有机准晶发光器件提供一定的理论基础。     

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。     

含超导材料Thue-Morse序列一维光子晶体传输特性研究

超导光子晶体是一类重要的带隙可调谐的光子晶体.利用传输矩阵法研究了含超导材料的Thue -Morse序列准周期结构—维光子晶体在可见光波段的传输特性.数值结果表明在正入射时,光子带隙宽度和位置基本不随序列项数的增加而改变;准周期超导光子晶体的传输特性可以通过改变传统电介质材料的结构参数和环境温度等来进行调节.     

介质中间层的引入对光子晶体薄板特性的影响

利用导模展开方法计算得到了三角格子三组分光子晶体薄板的能带结构和固有损耗.在光子晶体薄板中引入的第三组分中间介质层对光子晶体薄板的能带结构和固有损耗有着显著的影响.光子带隙宽度与带隙边界的位置与中间介质层的厚度和其介电常数大小紧密相关,随着中间介质层的厚度或中间介质层的介电常数的增加,带隙边界移往低频,而各能带所对应的次导模所受固有损耗减小.     

数值研究含有负折射率材料的一维光子晶体的带隙特性

由修正后的传输矩阵理论研究了由单负材料构成的一维光子晶体的带隙特性。发现了此结构的光子晶体中同时存在着全方位带隙和布拉格带隙,且发现A、B层厚度等比例变化时全方位带隙非常稳定;当引入缺陷时,全方位带隙里的缺陷态将随入射角度、A层和B层同比例缩放的变化相对稳定,而布拉格带隙里的缺陷态在频谱域内变化很大。     

表层厚度渐变一维耦合腔光子晶体的反射相位特性及其应用

利用传输矩阵法研究了表层厚度渐变的一维非对称耦合腔光子晶体的反射相位特性. 研究表明, 光子禁带内(包括缺陷模附近)的反射率在98%以上, 且基本不受表层厚度影响, 特别是, 在非正入射情况下, 简并的缺陷模随着表层厚度的变化会发生分裂; 进一步研究发现, 在缺陷模分裂处附近, TE, TM偏振的反射相位以及它们之间的相位差均敏感地依赖于表层厚度的变化, 从而使得反射光的偏振态也随表层厚度的变化而敏感变化, 其物理机理在于缺陷模分裂所造成的剧烈相位变化. 基于上述特性, 设计了一种表层厚度呈二维周期变化的一维光子晶体结构, 从该结构反射的激光经透镜聚焦后, 在聚焦区域同时存在各种偏振态(包括沿不同方向的线偏振、左旋或右旋圆偏振、椭圆偏振等)的子光束, 它们叠加后在聚焦区域将产生具有无规相位和无规偏振态的光场. 以上结果能有效降低激光的相干性, 在激光核聚变等领域有潜在的应用价值.     

用一维光子带隙结构增强硫化镉双光子吸收研究

用真空镀膜方法制备了含有单个CdS缺陷层的具有不同周期和结构参量的TiO2／SiO2一维光子晶体。用抽运一探测技术研究了CdS缺陷层的双光子吸收（TPA）现象。实验结果表明：一维光子晶体中CdS缺陷层的双光子吸收显著增强。不同周期和结构参量的一维光子晶体中CdS缺陷层的双光子吸收系数不同。双光子吸收的增强来源于由光局域化导致的缺陷层的电场强度的增加。缺陷层电场强度与一维光子晶体的结构有关,如周期,光子带隙的位置与宽度及缺陷模式等因素都会影响缺陷层电场强度。采用四分之一波长的高低折射率介质层和与入射波长匹配的缺陷模可以得到最大的缺陷层电场强度。     

Localized electromagnetic modes and the transmission spectrum of a one-dimensional photonic crystal with lattice defects

The properties of localized electromagnetic modes in a one-dimensional photonic crystal with a structural defect layer were studied. The role of the defect was played by an anisotropic nematic liquid crystal layer. The frequency and the damping factor of defect modes were shown to substantially depend on the defect layer thickness and the orientation of the optical axis of the nematic. The transmission spectra of photonic crystals with one and two lattice defects were studied. Taking into account the special feature of nematic liquid crystals distinguishing them from usual crystals, namely, large permittivity anisotropy, it was shown that the transmission spectrum of the photonic crystal could be controlled by varying the orientation of the optical axis of the nematic, for instance, under the action of an external electric field.     

含负折射率材料1维光子晶体的偏振无关非全向的缺陷模

运用光学传输矩阵理论,研究了含负折射率材料1维光子晶体缺陷模的偏振特性。结果显示,零均折射率带隙中缺陷模对入射角和偏振有较强的依赖。通过对缺陷层参数的优化设计,得到了一系列的偏振无关非全向缺陷模,这是传统1维光子晶体中不能出现的。应用这些缺陷模,设计了低通、高通、带通空间滤波器。与传统光子晶体空间滤波器相比,这些空间滤波器具有偏振无关的优点。     

Optimization of dichromatic filters based on photonic heterostructures of Si/MgF2

The current research work presents the theoretical results of demonstrating novel dichromatic filters, which consist of blue and yellow light. A one-dimensional photonic crystal or photonic heterostructure of Si/MgF₂ is analyzed in detail by fully considering the effects of structural parameters using the transfer matrix method. The position and the number of defect modes are shown to have relationships with the repeat cycle counts of various photonic crystals. When the photonic heterostructures have the optimized structural parameters, defect modes can be obtained with high transmittances located in blue and yellow light. This photonic heterostructure is expected to be used in dichromatic filters with wide non-transmission range in a visible range.     

Transmission properties of one-dimensional Photonic crystals containing double-negative and single-negative materials

The transmission properties of one-dimensional photonic crystals containing double-negative and singlenegative materials are studied theoretically.A special kind of photonic band gap is found in this structure.This gap is invariant with scaling and insensitive to thickness fluctuation.But when changing the ratio of the thickness of two media.the width of the gap could be enlarged.The defect modes are analyzed by inducing a linear defect layer in the structure.It is found that the number of defect modes will increase when the thickness of the defect layer becomes larger.     

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。     

金属插层对C60/AlN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/AlN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AlN之间插入Ag组成的［C60/Ag/AlN］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.