散射体排列方式对二维磁振子晶体带隙结构的影响

本文采用平面波展开法数值计算了由铁圆柱分别按正方排列、三角排列以及六角排列在氧化铕基底材料中构成的二维磁振子晶体带结构,讨论了散射体的不同排列方式对磁振子晶体带隙结构的影响.计算结果表明,三角排列散射体的磁振子晶体能够获得最大的自旋波带隙结构. 关键词： 磁振子晶体 带隙 排列方式     

平面波展开法计算二维磁振子晶体带结构

磁振子晶体是光子晶体或声子晶体在磁性材料领域内的替代品,是近来的一个研究热点. 本文提出了磁振子晶体领域内的一种平面波展开法,其较传统的平面波展开法能节约一半以上的计算时间. 采用此方法,数值计算了由Fe/EuO二种铁磁材料构成的二维磁振子晶体带结构. 数值计算结果表明,在一定的体积填充率下,有自旋波带隙的出现;影响磁振子晶体带隙结构形成的主要因素是有效场中的交换作用场,其他作用场的影响相对很小. 关键词： 磁振子晶体 带隙 平面波展开法     

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.     

三角晶格磁振子晶体带结构的优化研究

用平面波展开法数值计算了椭圆柱散射体正三角排列的二维磁振子晶体带结构.结果显示,同样的填充率下,带隙的宽度和中心频率随着椭圆两半径之比s的变化出现明显的变化,椭圆柱散射体在三角晶格中可以打开低频带隙或使低频带隙加宽.     

基于晶格效应的光子晶体带隙特性研究

对10种类型阿基米德晶格按不同晶格点阵进行分类,利用平面波展开法数值计算了光子晶体的能带结构,讨论归一化半径对其带隙的影响,比较了低频带隙相对宽度值.计算结果表明:单胞含多个"原子"的类正方晶格和类三角晶格光子晶体均存在TM模各向同性带隙和低频带隙,还容易产生TE模和TM模的完全带隙,进一步分析发现(32.4.3.4)晶格和(3.6.3.6)晶格打开TM模的低频第1带隙下边界值为最小;选择合适归一化半径分别为0.2和0.26,类正方晶格和类三角晶格光子晶体都能够得到较宽TM模低频带隙的最大值,(32.4.3.4)晶格和(3.6.3.6)晶格获得低频带隙为最宽.典型复式晶格空气环/硅光子晶体能够获得较宽的完全带隙.研究结果为设计新型光学器件提供了理论依据.     

Ge基二维正方晶格光子晶体带隙优化设计

采用平面波展开法模拟二维光子晶体在E极化和H极化下的能带结构,研究Ge基二维正方晶格光子晶体的填充比以及晶格排列结构对最大禁带宽度的影响。结果表明：在空气背景材料中填充Ge柱的介质柱结构中,可产生TE、TM带隙,且各方向完全带隙出现在r/a=0.19~0.47范围内,最大完全帯隙禁带宽度可以达到0.064（归一化频率）;在选取Ge为背景材料的空气孔型结构中,同样可产生TE、TM带隙,且各方向完全带隙出现在r/a=0.46~0.49范围内,最大完全帯隙禁带宽度可以达到0.051（归一化频率）。同时,不论在介质柱型还是空气孔型结构中,带隙宽度都随着r/a的增大呈先增大后减小的趋势。     

二维光子晶体禁带特性研究

采用平面波展开法对二维光子晶体分别在E和H极化下的带隙进行了计算. 考虑了填充比、晶格结构、介电常数对最大绝对帯隙的影响. 结果表明,不论是正方晶格还是三角晶格,TM模在介质柱型光子晶体中更容易形成带隙;TE模在空气孔型光子晶体中更容易形成带隙. 填充比一定,最大绝对帯隙宽度并非随着介电常数增大总是增大,而是存在一个峰值. 相对介电常数一定,最大绝对帯隙宽度随填充比的变化也存在一个峰值. 不论空气孔型还是介质柱型结构,三角晶格比正方晶格更容易形成帯隙. 关键词： 平面波展开法 TE模 TM模 最大绝对帯隙     

水波在周期性钻孔底部结构中的传播及其能带

采用平面波展开法计算了浅水表面波在底部按周期性钻孔结构下的能带,找到了完全带隙的出现.通过考虑方形孔按正方晶格排列、圆形孔按正方晶格和六角晶格排列等三种钻孔模型,发现带隙的数量、宽度、频率、位置与孔的面积、形状、方位角及其排列晶格等都有关.且这些规律与光子/声子晶体的情况相类似. 关键词： 周期性 水波 能带 带隙     

缺陷态光子晶体带隙特性的计算机仿真

基于平面波展开法,设计缺陷态二维正方晶格光子晶体结构,改变构成缺陷态结构的材料、占空比,应用Matlab语言计算机仿真得到,高介电常数材料构成的缺陷态光子晶体形成较宽的横磁波光子带隙,占空比在30％时形成较宽的横磁波光子带隙.研究结论为缺陷态光子晶体滤波器件的制作提供理论依据.     

二维复式格子声子晶体带隙结构特性

借助于平面波展开法分析了二维复式格子声子晶体能带结构，计算了铝合金柱体按周期性结构排列在空气中形成的二维固/气复合体系的声子晶体，给出了复式蜂窝格子和复式Kagome格子的能带结构，进而对比分析了复式格子和简单格子的能带结构特性.结果表明，与简单格子相比，复式格子的带隙出现在频率相对较低的位置；在f=0.091—0.6046范围内，将声子晶体排列为复式格子要优于简单格子，可以得到更宽带隙.此外，引入了带隙分布图，讨论了填充系数f对带隙数目、带隙宽度以及带隙上下边界频率的影响. 关键词： 声子晶体 复式格子 带隙 平面波算法     

基于平面波展开法的二维光子晶体表面模式研究

采用平面波展开法研究了四种二维光子晶体结构(圆柱介质柱四方晶格、圆柱介质柱三角晶格、正方介质柱四方晶格、正方介质柱三角晶格)的带隙宽度随介质柱尺寸变化的关系.使用平面波展开法计算常规晶格和表面缺陷晶格的模式并进行结果叠加,研究了各结构的二维光子晶体在带隙宽度最大时的表面模式.结果表明,同种晶格的光子晶体带隙宽度随着介质柱的尺寸增大呈先增后减趋势,存在最大值.随着表面介质柱尺寸的增加,四种晶格表面模式曲线均呈下降趋势.四方晶格光子晶体与三角晶格相比,表面介质柱尺寸的变化范围更大,但能获取表面模式频率范围较小.     

二维三角格子光子晶体的带隙结构

用平面波展开法对二维光子晶体的电磁波理论及周期排列的电介质中电磁波的Bloch波解进行了详细的推导,计算出以GaAs为背景的空气柱构成的二维三角格子光子晶体的能带结构,研究了H偏振和E偏振带隙宽度随填充比f的变化.计算结果表明,当f=0.8时,H偏振和E偏振出现重叠的最大绝对光子带隙,带隙位于0.458-0.529ωe(ωe=2πc/a,a为晶格常数,c为光速),带隙宽度为0.071ωe,相应的带隙波长范围为472.6-545.9nm,处于可见光波段.     

基于平面波展开法的二维光子晶体表面模式研究

采用平面波展开法研究了四种二维光子晶体结构(圆柱介质柱四方晶格、圆柱介质柱三角晶格、正方介质柱四方晶格、正方介质柱三角晶格)的带隙宽度随介质柱尺寸变化的关系.使用平面波展开法计算常规晶格和表面缺陷晶格的模式并进行结果叠加,研究了各结构的二维光子晶体在带隙宽度最大时的表面模式.结果表明,同种晶格的光子晶体带隙宽度随着介质柱的尺寸增大呈先增后减趋势,存在最大值.随着表面介质柱尺寸的增加,四种晶格表面模式曲线均呈下降趋势.四方晶格光子晶体与三角晶格相比,表面介质柱尺寸的变化范围更大,但能获取表面模式频率范围较小.     

二维磁振子晶体中线缺陷模的性质及其应用

在超原胞近似下, 利用平面波展开法数值计算了含线缺陷结构的二维磁振子晶体带结构及缺陷模的磁化强度场分布. 研究结果表明, 线缺陷结构的引入会在禁带中产生一个小范围的通带, 即产生线缺陷模. 该模式的存在可使自旋波沿着线缺陷结构的方向传播, 利用此性质含线缺陷结构的二维磁振子晶体材料可作为自旋波导波器件的制作材料. 关键词： 磁振子晶体 线缺陷 波导     

二维光子晶体T型波导分支器数值模拟研究

采用平面波展开法和时域有限差分法,对GaAs二维正方晶格光子晶体的色散特性和带隙结构进行了数值模拟研究,并对GaAs二维光子晶体线缺陷构成的T型波导分支器的微波传输特性进行了模拟和优化。数值模拟结果表明,光子晶体填充比对带隙结构有显著地影响。通过在拐角处插入额外的电介质棒对GaAs二维正方光子晶体T型波导分支器进行优化,数值模拟的结果表明,优化的GaAs二维正方光子晶体T型波导分支器在一阶带隙范围内透射系数将提高到0.96以上。     

二维磁振子晶体中点缺陷模的耦合性质研究

在超原胞近似下, 利用平面波展开法数值计算了多点缺陷的二维磁振子晶体带结构及其部分缺 陷模的磁化强度场分布. 研究结果表明, 点缺陷模间的能量发生了耦合, 使自旋波沿着缺陷方向传播. 利用该性质可将含多点缺陷体的二维磁 振子晶体作为自旋波导波器件的制作材料.     

旋转方形散射体对三角晶格磁振子晶体带结构的优化

用改进的平面波展开法数值计算了正方形散射体三角排列的二维磁振子晶体当散射体旋转时的带结构. 结果显示, 同样的填充率下, 旋转正方柱散射体可以在新的频率范围内打开更多的带隙, 或者使低频带隙加宽. 说明旋转散射体可以有效地优化带隙.     

一维微波光子晶体带隙的仿真和实验研究

利用MPB软件和MEEP软件对一维光子晶体带隙结构及透射谱进行了仿真与实验研究.讨论了不同介质填充比和介质相对介电常数对光子晶体带隙结构的影响.仿真结果表明,当高相对介电常数介质的填充比增大时,或高相对介电常数增大时,光子晶体带隙的中心频率缓慢减小,带隙宽度呈先增大后减小的趋势,存在一极大值点.采用高相对介电常数介质薄板[钛酸钡(BaTiO<,3>)粉末混合聚二甲基硅氧烷(PDMS)胶体]和泡沫薄板周期性排列组成一维光子晶体.实验上制得了高低介质相对介电常数分别为4.5和1,填充比为1:1,晶格常数为10 mm,周期数为5的光子晶体,并测量出该光子晶体的微波透射谱.测量结果表明,在8～12 GHz的微波频段,该光子晶体的带隙中心频率为9.3 GHz,带隙宽度为500 MHz.     

二维组合宽带隙材料的研究

运用FDTD(时域有限差分法)研究了弹性波/声波通过二维正方形排列的铁/水声子晶体的传播特性.发现铁/水声子晶体在高频范围存在完全带隙，软包层铁/水声子晶体在低频范围出现共振带隙，它们分别对应于不同的带隙形成机理.通过铁/水声子晶体和软包层铁/水声子晶体的组合，可以得到从高频到低频的组合宽带隙结构，从而达到在更宽频范围内控制弹性波传播的目的；而且通过调整包层的厚度、铁芯的大小、以及填充率等结构参数，可以有效地调节组合宽带隙的频率结构.     

晶格中心插入体的对称性及取向对二维声子晶体带隙的影响

以二维钢/气体系声子晶体为模型,采用平面波法研究了圆柱正方及六角晶格中心添加插入体的对称性及取向与带隙的关系,给出了四方、六方、八方及圆柱插入体结构的带隙分布图及带隙随柱体取向的变化关系图.发现在低填充率条件下,插入体的截面形状与晶格类型相同时最有利于能带简并态的分离而获得带隙,但填充率较高时,采用高对称性的插入体可以获得最宽的带隙.正方晶格中心插入体取向对带隙的影响要比在六角晶格中更为显著.对四方柱正方晶格声子晶体的研究表明,仅旋转原柱体要比在其中心插入柱体后旋转更容易获得低频宽带隙,单独运用添加柱体或旋转非圆柱体来降低晶格对称性以获取低频带隙的方法要比同时使用两种方法效果更好.此外,从机理上对计算结果进行了解释.