光子晶体能态密度的电磁场特性

基于时域有限差分法,以半导体材料CdSe和CdTe构成二维三角晶格光子晶体,数值模拟了它们的光子晶体能态密度电磁场特性。结果表明,CdSe和CdTe构成二维三角晶格光子晶体具有较好的光子带隙,形成的带隙宽度随介电常数差值的增大而增大。研究结果为光子晶体器件的开发提供参考。     

光子晶体的原理与应用

光子晶体是一种在微米、亚微米等光波长量级上折射率呈现周期性变化的介质材料，它使某些频率范围内的光子态密度大大降低．甚至完全形成光子禁带．本文介绍了光子晶体的原理、制备及应用．     

光子带隙材料及亚波长微结构材料中等离子体共振导致的量子相干效应

我们对两类光学材料-光子晶体及左手材料中的量子相干效应进行了理论研究。光子带隙材料通常是指人工制作的具有光子通带和禁带的光学材料，它可以用来控制光场的传输及某些微观过程。光子晶体是典型的光子带隙材料，光子晶体的周期性结构导致其中的原子的量子光学性质与自由空间中明显不同，例如出现光局域化与原子自发辐射的抑制、光子-原子束缚态、二能级原子布居数囚禁等现象。最近的研究还表明心，特殊的态密度分布会导致感应透明现象，使得原子对与其共振的探测光场的吸收趋于零。这与电磁感应透明（EIT）类似，但不需要外加耦合场来建立相干。我们系统地研究了光子晶体特殊态密度产生的量子相干效应，包括三能级系统的感应透明、无反转增益、光速减慢等，及四能级系统的自发辐射和光开关效应，发现强的量子相干效应导致原子辐射与吸收性质产生多方面的改变。     

光子晶体的能态密度及带隙特性

基于平面波展开法数值模拟了硅、锗、磷化铝和氮化镓三代半导体材料构成三角晶格光子晶体的带隙特性,并且验证了文献[3]中这几种材料构成光子晶体能态密度的分布,两者数据吻合较好,研究结果为光子晶体器件的构造提供理论依据。     

双带型光子晶体中双V型四能级原子自发辐射谱中的黑线研究

研究了双带型光子晶体中双V型四能级原子自发辐射的辐射谱.双V型四能级原子同时与真空热库和双带型光子晶体热库耦合.研究发现双V型四能级原子自发辐射谱中有三种不同原因可能引起的黑线：第一种是由于量子干涉效应;第二种是由于各向同性光子晶体带边处态密度具有奇异性;第三种是真空场中的量子干涉和光子晶体禁带内态密度为零共同作用的结果.通过移动光子晶体的带边位置,在各向同性光子晶体带边引入光滑因子,以及在光子晶体中引入缺陷等对这三种黑线的影响,对上述结果进行了分析和讨论. 关键词： 双带型光子晶体 双V型四能级原子 黑线     

方形格子光子晶体能态密度特性

应用平面波展开法研究砷化镓方形格子光子晶体能态密度的分布情况,得到填充率f随晶格半径a之间的变化对应的能态密度分布,得到砷化镓填充率f=0.20a时归一化频率存在最大光子带隙.研究结果为光子晶体器件的研究提供理论依据.     

偏振态对复周期光子晶体禁带的影响

对于一维复周期光子晶体,当制作用的波长满足一定条件时可以实现禁带的展宽,本文利用传输矩阵法数值计算了偏振态对折射率渐变的一维复周期全息光子晶体的禁带的影响。通过计算发现,制作波长不等的复周期结构光子晶体,随着再现光的照射角度增大,S偏振态下禁带出现分裂;P偏振态下禁带均可视作完整展宽,没有分裂现象。同一制作波长两次曝光制作的复周期结构,不论是P偏振还是S偏振,禁带均实现展宽而没有分裂。这一结果对实现一维全息光子晶体禁带展宽具有指导意义。     

渐变折射率光量子阱对束缚态能级的调整

在对称的均匀电介质材料光子晶体体系中插入另一折射率渐变的光子晶体可构成光量子阱结构.利用时域有限差分法计算了不同折射率分布光量子阱结构的传输谱.研究表明：束缚态是对处于垒光子晶体禁带中的阱光子晶体导通带的离散化,束缚态能级个数等于阱光子晶体结构单元的重复周期数；以渐变方式调整阱区折射率分布,可在特定频率范围内得到新的互不交叠的束缚态.这样在有限的禁带区域可以成倍增加光子束缚态而无需增大光量子阱结构的尺寸,使信道密度最大化、光波有效带宽的使用最优化.这种量子阱结构可用于制作超窄带滤波器和多通道窄带滤波器,有望在光通信超密集波分复用和光学精密测量技术中获得广泛应用. 关键词： 光量子阱 光子束缚态 渐变折射率 光子晶体     

电子密度对等离子体光子晶体禁带特性的影响

从Maxwell方程出发,采用类似于量子力学Kronig-Penney模型求解周期势的方法,结合双水电极介质阻挡放电的实验结果,研究了电子密度ne对一维等离子体光子晶体禁带特性的影响。研究发现:电子密度对等离子体光子晶体光子禁带的位置和宽度均有重要的影响;等离子体光子晶体的禁带宽度随电子密度的增加而增大,增长速率为电子密度的函数;等离子体光子晶体的截止频率、光子禁带边缘频率随电子密度的增大而增大。给出了当等离子体光子晶体具有显著禁带宽度时的电子密度的理论临界值。     

基于拓扑光子晶体的新型光波导研究

光子晶体是具有光子禁带特性的周期性结构,它可具有拓扑属性.由于光学拓扑态能为系统带来一些新的特性,这些新特性在通信、计算、材料等领域都有着巨大的应用前景,因此对拓扑光子晶体的研究受到了广泛的关注.本文回顾了拓扑光子晶体的发展历程,介绍了3种拓扑光子晶体的理论原理与实验方案,分析了光子晶体具有单向传输和抗散射传输性质的边界态特性,并介绍了基于光子晶体的新型光波导的结构设计和性能表征.     

多组分纠缠在光子晶体中的存储

研究了激子的多组分纠缠相干态保真度在各向异性光子晶体中的演化行为.结果表明,当激子的跃迁频率处于光子晶体带隙时,保真度随时间变化作周期振荡,这与激子处于真空环境时,保真度振荡衰减的演化行为不同.此外,当激子跃迁频率离光子晶体带边较远时,其多组分纠缠相干态越容易被保存.     

含负折射率材料的异质结构光子晶体的光学传输特性

利用传输矩阵法研究了正负折射率材料构成的异质结构光子晶体的光学传输特性。结果表明:当入射波正入射时,在这种异质结构光子晶体内出现了光子带隙,并且带隙内出现了3个极窄的透射峰,这是正负交替光子晶体和常规材料构成的同周期一维异质结构光子晶体所不具有的新颖物理特性。计算了这种异质结构光子晶体的透射谱。发现:这3个透射峰不敏感于入射角的变化,而在带隙两侧的透射峰则会随着入射角增大统一向带隙靠近;能带敏感于晶格厚度和周期数的变化。     

Three-dimensional photonic-crystal emission through thermal excitation

A three-dimensional tungsten photonic crystal is thermally excited and shown to emit light at a narrow band, lambda = 3.3-4.25 microm. The emission is experimentally observed to exceed that of the free-space Planck radiation over a wide temperature range, T = 475-850 K. It is proposed that an enhanced density of state associated with the propagating electromagnetic Bloch waves in the photonic crystal is responsible for this experimental finding.     

Markovian and non-Markovian decay in pseudo-gaps

In this work we have investigated Markovian and non-Markovian features of emitter’s dynamics in incomplete gaps. Band-gaps with narrow bands of allowed states within the gap were also considered. We derive conditions of non-Markovianity of the emitter’s dynamics, and suggest a novel design of the photonic crystal cavity using the photon-emitter bound state.     

光子晶体超窄带滤波器

本文利用光学传输矩阵法研究了一种类似于谐振腔结构的光子晶体.研究发现在这种光子晶体的光子带隙的中央存在一个极窄的透光窗口,窗口的宽度在红外波段1500nm附近可以做到0.0001nm以下,窗口内的透光率峰值可以接近100%,窗口以外的区域的透光率可以做到0.01%以下.通过改变所研究结构中的周期厚度、中间夹层厚度、两边光子晶体的周期重复数和波的入射角可以改变窄带透过窗口的位置和窄带的宽度.这种光子晶体可以用来制作超窄带滤波器,有望在光通信超密度波分复用技术和光学信息精密测量技术当中获得应用.     

Band structure of a two-dimensional resonant photonic crystal

The band structure of two-dimensional resonant photonic crystals of two types has been calculated using the expansion of eigenfunctions in plane waves. Crystals of one type consist of infinite dielectric cylinders forming a square lattice filled with a resonant gas, and crystals of the other type consist of infinite cylindrical holes filled with a resonant gas and forming a square lattice in a dielectric matrix. It has been shown that, in both cases, the dispersion of a resonant gas in combination with the dispersion of a two-dimensional structure with a photonic band gap leads to the appearance of an additional narrow transmission band near the edge of the band gap or an additional band gap in the continuous spectrum of the photonic crystal. The calculations performed have demonstrated that new dispersion properties substantially depend on the density of the resonant gas, the position of the resonant frequency with respect to the edge of the band gap, and the direction of propagation of electromagnetic waves.     

Design of Narrowband Optical Filters Using Binary Number Sequence Photonic Crystals

A theory to design narrow band optical filters by using a new photonic crystal structure is presented. This new photonic crystal structure is composed of low index layers and high index layers arranged in mod. 4 up and down binary number sequence. The new structure exhibits narrow transmission peaks in the forbidden frequency gap region with high optical transmission (greater than 99.98%) at C.W.D.M. (Coarse Wavelength Division Multiplexing) center wavelengths. The proposed filters use only 8 layers. These new binary number sequence photonic crystal narrowband optical filters are much smaller in size, lower in cost and easier to fabricate as compared to narrowband photonic crystal optical filters based on defect Fractal Cantor multilayers, suggested recently by a group of researchers.     

双周期厚度调制的一维光子晶体的电磁模

计算了厚度调制的双周期一维光子晶体的能带. 当一维光子晶体的厚度被周期性地调制时， 原来的能带分裂为许多子能带，其中一些很窄的子能带进入了原来的单周期光子晶体的带隙 内. 这些窄带内的电磁模的场强具有双周期性分布的特点，并有较强的局域性. 在较宽的子 能带中的电磁模是扩展的. 关键词： 光子晶体 双周期 电磁模