由高反射结构组成异质结中的高透射界面模理论和实验研究

通过对两种异质结(金属-光子晶体异质结和光子晶体异质结)进行理论计算发现,由两种高反射材料(如负介电常数材料、光子晶体禁带材料)构成的异质结中,存在高透射的局域界面模,并且这种局域界面模的存在与零阻抗条件相关.同时,实验制作了一种金属-光子晶体异质结结构,并在近红外波段观察到该局域界面模的存在.     

光子晶体的相位特性在高灵敏温度传感器中的应用

对含耦合缺陷的不对称结构光子晶体的研究发现,其缺陷模频率附近的反射率接近于1,而缺陷模频率附近反射光的相移随频率迅速改变;当缺陷层为折射率的温度敏感材料时,温度的极微小变化就能使处于缺陷模频率的反射光相移发生很显著变化.根据这一原理,设计了高灵敏高分辨率的相位温度传感器.以高灵敏高分辨率的温度传感器为例,介绍高灵敏高分辨率的相位传感器的工作原理. 关键词： 光子晶体 相位 传感器     

含双负缺陷的一维光子晶体耦合腔的杂质带特性

利用转移矩阵方法研究了含双负缺陷的一维光子晶体耦合腔的透射谱.计算结果表明，如果改变缺陷的折射率，缺陷模之间的耦合作用将发生改变，使得能隙中的杂质带也随之改变.若这个折射率取适当值，则可以在禁带中同时出现几个尖锐的透射峰和较宽的通带，这种结构可同时用于多通道窄带滤波和宽带滤波. 关键词： 光子晶体 缺陷模 杂质带 滤波     

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.     

一维光子晶体中多缺陷耦合导致的杂质带

利用传输矩阵方法研究了包含多个周期性分布的缺陷的一维光子晶体的透射谱.以33个周期的1/4波堆存在5个缺陷的光子晶体为例作了数值计算.结果表明,在周期性光子晶体中加入多个缺陷时,将在截止带中产生多个缺陷模.这些缺陷模构成的杂质能带依赖于缺陷在晶体中的分布.当缺陷密集时,缺陷模耦合较强,杂质带中透射峰相距较远,它们对应禁带中许多分立定域的杂质能级;当缺陷稀疏时,缺陷模耦合较弱,透射峰相距较近,分立的杂质能级趋于简并,由此形成一个很窄的通带.     

不同晶格光子晶体异质结的界面传导模

利用平面波展开方法与超原胞方法研究了两种不同晶格的光子晶体异质结的界面态. 这两种异质结都是在纯电介质背景上放置空气散射子. 一种异质结由正方形格子上放置正方形散射子和三角形格子上放置六角形散射子组成（SSTH异质结）. 另一种由长方格子上放置长方形散射子和三角形格子上放置圆形散射子组成（RRTC异质结）. 对于SSTH异质结，当沿着界面作晶格的横向拉开或者侧向滑移，都可产生界面态. 而对于RRTC异质结，无需从界面做晶格拉开或者侧向滑移就可产生界面传导模，这个结果有别于其他纯电介质光子晶体异质结的性质. 关键词： 光子晶体 异质结 传导模 超原胞     

含负折射率缺陷的一维光子晶体的杂质带

利用传输矩阵方法研究了含负折射率缺陷的一维光子晶体的透射谱.以19个周期的1/4波堆存在3个负折射率缺陷的光子晶体为例进行了数值计算.结果表明:如果改变缺陷的折射率,缺陷模之间的耦合作用将发生改变,带隙中形成的杂质带也随之改变; 当这个折射率取适当值时,在禁带中出现多个尖锐的透射峰,与正折射率缺陷构成的杂质带不同.     

含负折射率缺陷的一维光子晶体的杂质带

利用传输矩阵方法研究了含负折射率缺陷的一维光子晶体的透射谱.以19个周期的1/4波堆存在3个负折射率缺陷的光子晶体为例进行了数值计算.结果表明:如果改变缺陷的折射率,缺陷模之间的耦合作用将发生改变,带隙中形成的杂质带也随之改变; 当这个折射率取适当值时,在禁带中出现多个尖锐的透射峰,与正折射率缺陷构成的杂质带不同.     

硅基光子晶体异质结的单向传输特性

基于光子晶体异质结结构实现高效的单向传输特性的光二极管是光电集成及全光通信领域的研究热点.根据光子晶体方向带隙差异构建了正交和非正交光子晶体异质结结构,利用时域有限差分法计算透过谱及场分布图.对比研究发现,非正交光子晶体异质结结构能够实现光的单向传输.通过界面结构的调整,优化了单向传输性能,构造了一种能实现宽频带、高效率单向传输的异质结结构.优化后的光子晶体异质结的单向传输效率高达54%,且结构简单、尺寸小,实用性强.     

Compton散射对太赫兹波介质微腔光学特性影响

应用Compton散射模型、1维等离子体光子晶体模型和数值计算方法,研究太赫兹波段介质微腔光学特性,给出了系统反射率、反射相移和相位穿透深度修正方程和实验验证.结果表明:与散射前相比,分布式布拉格反射镜系统中心波长左移15μm,这是因散射使等离子体层中电子与光子碰撞频率增大效应导致系统振荡频率增大的缘故;反射相移在截止区与波长呈准线性关系,中心波长处相对π有一定偏离,这是因散射使等离子体层中电子辐射阻尼增强效应导致系统振荡频率减小的缘故;禁带区相位穿透深度增大,这是因散射与入射光形成的耦合光与入射光在禁带区的相位不同,导致入射光禁带对于耦合光产生局部失效的缘故.谐振峰左移15μm,强度提高了22倍,这是因散射产生的等离子体频率和电子辐射阻尼增大效应使系统中心波长左移,透射几率增大,从而导致透射禁带两个谐振峰左移和谐振峰强度提高的缘故.     

Kerr缺陷一维耦合腔光波导的双稳态方向性

本文提出一种只在一层高折射率介质层中掺杂Kerr介质的一维耦合腔光波导.利用一维传输矩阵理论和非线性传输矩阵方法研究了此结构的光学双稳态.根据一维传输矩阵理论分析了此结构的线性特性,包括低频带边模的偏移及场分布的特点,讨论了此结构实现双稳态的原理.研究发现:由于缺陷层中场分布与入射光方向密切相关,而缺陷层光场的局域,将激发Kerr介质的三阶非线性效应,从而改变了缺陷层的折射率,所以不同方向的入射光具有不同的双稳态阈值.利用非线性传输矩阵方法研究了光学双稳态特性.结果表明:由于缺陷层的位置导致缺陷模正方向（由左到右）入射的场分布大于反方向（由右到左）入射的场分布,正方向的阈值低于反方向的阈值,相差一倍.     

Polarization- and direction-independent defect modes in a wide incident-angle range within Bragg gaps by photonic heterostructures containing negative-index materials

We propose a type of photonic heterostructure by combining dielectric one-dimensional (1D) defective photonic crystals (PCs) and magnetic 1D defective PCs. Both of the two PCs consist of alternating positive-index-material (PIM) layers with a negative-index-material (NIM) defect layer. It is demonstrated by transfer matrix method that there is a polarization- and direction-independent defect mode in a wide incident-angle range within Bragg gaps in the heterostructure. The field distributions prove that the dielectric 1D defective PC benefits to achieve the approximately omnidirectional defect mode for TE waves while the magnetic 1D defective PC benefits for TM waves. Such a structure is useful for designing polarization-independent and omnidirectional or large incident angle narrow-passband filters in optical devices.     

Comptonɢ���ʱ��Ż�����������Ӿ���ȱ��ģ��Ӱ��

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.     

含负折射率材料一维光子晶体的全方位带隙和缺陷模

运用光学传输矩阵理论,研究了含负折射率材料一维二元光子晶体的禁带特性和局域模特性,发现了一种新型全方位光子带隙.与传统的Bragg带隙相比,这种新型全方位光子带隙的中心频率和带宽对入射角的变化不敏感.讨论了引入缺陷层后,入射角变化和各层介质厚度做一定比例的缩放时对缺陷模位置的影响.这种特性在具有固定带宽的全方位反射器和微波技术中全方位或大入射角滤波器方面有重要的应用价值.     

Properties of Defect Modes in Periodic Lossy Multilayer with Negative-Index-Materials

Employing the characteristic matrix method, this study investigates transmission properties of onedimensional defective lossy photonic crystals composed of negative and positive refractive index layers with one lossless defect layer at the center of the crystal. The results of the study show that as the refractive index and thickness of the defect layer increase, the frequency of the defect mode decreases. In addition, the study shows that the frequency of the defect mode is sensitive to the incidence angle, polarization, and physical properties of the defect layer, but it is insensitive to the small lattice loss factor. The peak of the defect mode is very sensitive to the loss factor, incidence angle, polarization, refractive index, and thickness of the defect layer. This study also shows that the peak and the width of the defect mode are affected by the numbers of the lattice period and the loss factor. The results can lead to designing new types of narrow filter structures and other optical devices.     

宽带隙半导体CdAl2S4电子结构、弹性和光学性质的研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,对宽带隙半导体CdAl2S4的晶格结构、电学、弹性和光学性能进行了系统的研究. 研究结果表明：CdAl2S4为直接带隙的宽带隙半导体材料;是弹性稳定的具有各向异性的延展性材料;该晶体的光学性质在中能区(3.5 ~12.5 eV)具有较强的各向异性,其强反射峰处于紫外能量区域,因此其可用作紫外光探测或屏蔽材料.     

与入射线偏振光振动方向无关的低偏振度消偏器

消偏器是光纤传感器、光放大器等偏振敏感性光学系统中的关键器件,用于减小输入光的偏振度(DOP).设计了一种与入射线偏振光振动方向无关的低偏振度消偏器,该器件中利用人为的偏振相关延迟代替了保偏光纤的双折射,并在偏振相关型消偏器前增加了一个1/4波片,从而对任意方向振动的线偏振光具有相同的消偏能力,结构紧凑.对消偏性能随波片阶数、入射光中心波长和振动方向的变化作了数值计算.实验中采用半峰全宽为0.13 nm的光源,入射线偏振光在任意方向振动时,输出光偏振度小于2.6%,消偏器的插入损耗为0.6 dB,损耗起伏小于0.11 dB.实验和数值计算结果表明,该消偏器具有低偏振度、低插入损耗和适合于宽光谱应用的优点.     

宽带隙半导体CdAl_2S_4电子结构、弹性和光学性质的研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,对宽带隙半导体Cd Al_2S_4的晶格结构、电学、弹性和光学性能进行了系统的研究.研究结果表明:Cd Al2S4为直接带隙的宽带隙半导体材料;是弹性稳定的具有各向异性的延展性材料;该晶体的光学性质在中能区(3.5~12.5 e V)具有较强的各向异性,其强反射峰处于紫外能量区域,因此其可用作紫外光探测或屏蔽材料.     

与人射线偏振光振动方向无关的低偏振度消偏器

消偏器是光纤传感器、光放大器等偏振敏感性光学系统中的关键器件,用于减小输入光的偏振度(DOP)。设计了一种与入射线偏振光振动方向无关的低偏振度消偏器,该器件中利用人为的偏振相关延迟代替了保偏光纤的双折射,并在偏振相关型消偏器前增加了一个1/4波片,从而对任意方向振动的线偏振光具有相同的消偏能力,结构紧凑。对消偏性能随波片阶数、入射光中心波长和振动方向的变化作了数值计算。实验中采用半峰全宽为0．13 nm的光源,入射线偏振光在任意方向振动时,输出光偏振度小于2．6%,消偏器的插入损耗为0．6 dB,损耗起伏小于0．11 dB。实验和数值计算结果表明,该消偏器具有低偏振度、低插入损耗和适合于宽光谱应用的优点。