高质量三维胶体光子晶体中慢光速与超光速的实验研究

利用飞秒脉冲自相关技术研究了高质量三维胶体光子晶体中的慢光速和超光速效应.实验中使用的胶体光子晶体是采用压力控制的绝热沉积技术（PCIHVD）制备的、由聚苯乙烯小球组成的人工蛋白石结构.由于其中的缺陷和位错密度很低，它们具有很高的通带透过率和陡峭的能带边缘.测量了从通带到带边直至带隙中央群速度的变化，在只有20层左右小球的样品中观察到低至0.43c的慢光速以及高至1.34c的超光速现象.此外，利用时域有限差分（FDTD）方法对短脉冲在三维光子晶体中的群速度进行了数值模拟，并且和 关键词： 三维胶体光子晶体 慢光速 超光速 脉冲自相关     

共轭荧光分子光子晶体发光材料的可控制备与性能研究

利用自组装技术结合溶胶-凝胶法成功制备了高度有序且光子带隙可控的聚甲基丙烯酸甲酯蛋白石光子晶体样品,并对其表面形貌、透射光谱和发射光谱进行了表征,研究了光子带隙与微球直径、带隙位置与入射光角度之间的依赖关系。     

人工欧泊填充InP后的形貌和反射谱特性

制备了人工opal晶体模板,运用MOCVD方法在SiO2人工opal球体间填充了高折射率的InP晶体,选择了MOCVD生长InP的有关参数.样品扫描电子显微镜及反射谱结果检测显示,InP晶体在二氧化硅间隙中的生长是均匀的,具有较好的结晶质量;高介电常数的InP的填充使人工欧泊光子晶体的光子禁带效应增强,反射峰移向长波长区.光学特性检测结果与理论计算值得到较好的符合.     

三维光子晶体FCC结构的带隙分析

采用平面波展开法研究了由介质球构成的蛋白石的三维光子晶体FCC结构的能带结构,改变r/a的大小获取最大完全带隙,并计算了在双球结构中改变一个小球的变化所引起的三维光子晶体带隙的变化,结果为三维光子晶体的实验和应用提供了一些指导和帮助.     

中红外完全带隙Si反蛋白石光子晶体的制备与光学性能研究

通过溶剂蒸发对流自组装法制备SiO2胶体晶体,采用低压化学气相沉积法填充Si,制备得到Si反蛋白石(opal)三维光子晶体.采用扫描电子显微镜对Si反opal的显微形貌进行表征,采用平面波展开法理论模拟Si反opal的光子带隙,采用傅里叶变换红外光谱仪测试其光学性能.研究结果表明:Si在SiO2微球空隙内填充致密均匀,显微红外光谱测试的光子带隙反射峰位置及带宽与理论计算基本符合.变角度反射光谱测试表明,Si反opal沿不同角度入射时在中心波长3319nm处均存在明显的反射峰,证明其具有完全光子带隙,带隙位于中红外大气窗口区域.     

二氧化硅蛋白石光子晶体中粒子重构对光学性质的影响

使用自组装法制备了蛋白石结构二氧化硅纳米球三维光子晶体,并对样品在150,300,450℃温度下进行了热处理.随热处理温度的升高,光子晶体禁带中心波长出现22.5 nm的蓝移,且禁带宽度变窄.对于在450℃热处理的样品,其测量的禁带中心波长为572.5 nm,与理论计算结果有较大差异.引起样品光学特性变化的原因是热处理...     

高质量三维光子晶体的实验制备及理论分析

对压强控制自组装法进行了改进,采用了密封硅胶颗粒的强吸水装置,为光子晶体样品的制备提供了一个稳定的温度、湿度和压强环境.将温度、压强分别控制在35 ℃、45 mmHg,利用直径为260 nm的聚苯乙烯胶体球进行了高质量三维光子晶体样品的制备.从理论计算和实验测量等方面对制备的光子晶体样品的结构、质量和性能进行了对比分析,结果表明,利用该实验装置进行光子晶体样品的制备时,可重复性高;制备的光子晶体样品具有较为完美有序的密堆结构,质量较好;在光子晶体样品的Г L方向有深且窄的光子带隙和陡峭的带隙边沿.光子带隙深度为83%,宽度为0.073,带隙边沿陡峭度为8%/nm,这为超快全光开关等先进的光学设备的研究奠定了基础.     

光全息制作的变形面心立方结构光子晶体的带隙

四束激光从空气直接入射到平面结构的感光树脂所制备的面心立方结构实际上是一种不但晶格沿[111]方向拉伸,而且其格点也在[111]方向被拉长的变形面心立方结构。在对这种变形面心立方结构的光子晶体的晶格形状及能带分布的研究中,通过利用麻省理工学院的光子晶体能带计算程序计算了各种参量对此变形面心立方结构的蛋白石和反蛋白石的能带分布的影响,发现在一定条件下该结构的蛋白石会出现完全光子带隙。用激光全息聚合法在正胶的环氧树脂中可制作反蛋白石模板,若用此模板制作硅蛋白石,当晶格沿[111]方向拉伸2.1倍和硅的占空比为13.7%时出现最大的带隙宽度。此最大带隙宽度的结构的制作光路是三角锥形光路,对称地环绕中央光束的三束外围激光束之间夹角为54.0°,三束外围激光束与中央激光束夹角为31.6°。     

二氧化硅人工蛋白石晶体（opal)的制备及其结构性质的研究

运用胶体化学法合成了尺寸可控的二氧化硅（SiO2）亚微米溶胶小球.透射电子显微镜（TEM）结果显示样品平均尺寸可从200nm变化至600nm，单分散性较高、平均标准偏差小于5％.通过自然沉积法，由溶胶SiO2小球自组织晶化制备了人工蛋白石晶体（opal晶体）结构.样品的剖面扫描电子显微镜（SEM）检测表明，样品为面心立方（fcc）结构.分析表明，较高的单分散性和缓慢的沉积过程是SiO2溶胶小球自组织晶化成三维有序结构的关键因素.反射谱中峰位在1320nm处的反射峰的出现，意味着样品在宏观尺度上的有序排列， 关键词： 亚微米二氧化硅溶胶小球 人工蛋白石晶体 方向带隙     

基于正方和六角排列结构光子晶体对发光二极管出光效率的研究

采用时域有限差分（finite-difference time-domain, FDTD）方法计算正方和六角排列圆形光子晶体的能带结构，研究了光子晶体占空比对能带的影响，找到一组获得带隙个数最多的二维光子晶体的几何结构参数；采用FDTD方法计算具有该参数的光子晶体的发光二极管（LED）出光效率，模拟表明该结构参数的正方和六角排列圆形光子晶体提高了GaN基蓝光LED出光效率5—6倍，六角排列优于正方排列；利用禁带理论、等效介质理论分析了增透机理. 关键词： 光子晶体 能带 出光效率 发光二极管     

三角形复式晶格的光子带结构研究

设计了一种三角形复式晶格结构的光子晶体，在该类晶体中，电介质圆柱在空气中的排列存在Ｅ偏振和Ｈ偏振的光子带隙重叠区，称之为绝对光子带隙；而空气圆孔在电介质中的排列时，虽然Ｅ偏振和Ｈ偏振均分别存在光子带隙，但不存在绝对光子带隙。同时利用晶体的光子带结构研究了有效长波介电常数，所得结果与静电理论吻合。     

介质柱型二维Triangular格子光子晶体的禁带特性

采用平面波展开法数值计算了空气背景中由圆形、正六边形和正方形介质柱构造的二维三角晶格光子晶体禁带结构,并研究了介质方柱旋转角度、介质折射率和填充比对完全光子禁带宽度的影响.结果表明,在低频区,介质方柱旋转17°时,出现最大完全光子禁带,且最大禁带宽度随介质折射率的变化较为稳定.在高频区,介质方柱旋转30°时,完全光子禁带宽度最大;且介质材料折射率n=2.2时即出现完全光子禁带,n=2.6时,完全光子禁带达到最大.     

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。     

含特异材料一维超导光子晶体的带隙特性研究

利用传输矩阵法研究了含特异材料的一维超导光子晶体的带隙特性. 研究表明, 这类超导光子晶体同样具有由传统的电介质材料构成的超导光子晶体一样的低频带隙, 且在一定的参数下该低频带隙可以相当宽. 但在一定的结构参数下, 这类超导光子晶体同完全由传统的电介质构成的光子晶体一样不存在低频带隙. 还就超导光子晶体的偏振特性、光子晶体结构参数及环境温度的变化对光子带隙结构的影响进行了研究. 关键词： 超导光子晶体 传输矩阵法 特异材料 光子带隙     

Enhanced complete photonic band gap in the optimized planar diamond structure

The diamond photonic crystal with dielectric rods has been modified to enlarge the fundamental band gap. By planarizing the diamond structure and reducing the thickness of the hexagonal meshes, the band gap can be increased substantially. The band gap is 29% for a refractive index contrast of 3.6. The modified structure is amenable to fabrication at optical and infrared wavelengths using state-of-the-art silicon-processing methods. Transfer matrix calculations demonstrate a large attenuation within the band gap.     

二维非正交坐标斜方格金属光子带隙结构

金属光子带隙结构在高能加速器、微波真空电子器件和太赫兹波源等方面具有重要的应用前景.基于实空间传输矩阵理论，详细研究了非正交坐标系下二维斜方格金属光子带隙结构，给出了计算横电模、横磁模完全带隙结构的一般公式，并分析了填充系数、任意斜角及金属柱横截面对带隙结构的影响.计算结果在退化为正方格情况下时，与其他方法的计算结果取得很好的一致. 关键词： 光子晶体 金属光子带隙 传输矩阵法 微波真空电子器件     

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。     

掺杂对一维光子晶体带隙传输特性的影响

 基于传输矩阵法,数值研究了掺杂对一维光子晶体带隙特征的影响。研究表明：掺杂时,禁带中心会出现一导带,导带深度会随着掺杂位置、杂质折射率的变化而发生变化。当晶体结构给定时,总存在一个掺杂位置,使其禁带中心的导带深度达到最深;而对于给定的掺杂位置,当杂质折射率为某特定值时,禁带中心同样也会出现一个深度最深的导带,这种特性可应用于滤波器件和光学谐振腔的设计。     

二氧化硅胶体球自组装光子晶体的研究

光子晶体由于具有光子带隙和光子局域等一系列优异的光学特性而受到了人们广泛的关注。由于采用胶体颗粒自组装法制备光子晶体制备工艺简单,所需要的费用也较低,因此已成为制备可见光至红外波段三维光子晶体的一种简便有效的方法。采用垂直沉积法制得了三维光子晶体薄膜,并用扫描电子显微镜和紫外-可见光-近红外分光光度计对其显微结构和光学特性进行了详细的研究。结果表明,自组装薄膜在三维方向上都具有有序结构,其密排面平行于载波片的表面。制备的光子晶体薄膜具有明显的光子带隙特性,带隙中心波长为956nm。研究了带隙中心波长同入射线与密排面法线夹角之间的变化关系,其结果与理论值吻合得很好。