一维光子晶体的带隙分析

本文用转移矩阵法推导出一维光子晶体的禁带存在的判据;讨论了在光线正入射时,光子禁带存在的条件及特性.     

一维光子晶体带隙结构研究

在考虑介质色散的基础上,研究了介质层厚度对光子晶体带隙结构的影响.利用传输矩阵法,计算了以LiF和Si两种材料组成的一维光子晶体带隙结构.结果表明,介质层厚度的增加会引起禁带的红移,厚度减小会引起蓝移.分析了含空气缺陷层、金属缺陷层的光子晶体结构,发现空气缺陷层对带隙结构的高反射区域变化不大,而在低反射区域,反射系数为零的波带之间出现了两边反射系数增加,中间反射系数减小的情况.在金属缺陷层的带隙结构中,金属对整个波长范围光的吸收作用不同,金属对低反射区1.6 μm、1.85 μm处透射率较大的透射光吸收作用明显,而在1.28~1.38 μm处透射率波长区间,几乎无吸收.     

一维全息光子晶体的带隙结构研究

对一维全息底片运用光子晶体的概念,利用平面波展开法和传输矩阵法,数值计算了介电常数余弦调制的一维全息光子晶体结构的带隙,主要针对全息记录材料为重铬酸盐明胶时设置了计算用参数,计算结果表明对于折射率周期性渐变的一维全息晶体结构同样具有一般光子晶体的带隙,进而研究了带隙的特点.发现禁带宽度随着所使用的记录介质折射率的增加而减小,随着介质折射率调制的增加而增加;带的位置随着介质折射率的增加而移向低频,随着介质周期长度的增加移向低频,折射率调制的改变基本不影响禁带位置.     

一维电-磁介质互联的光子晶体偏振带通滤波器

传统一维纯电介质光子晶体较难实现TE偏振带通滤波,而且每种偏振滤波器的禁带很窄.本文基于不同电磁参量占主导地位控制不同偏振波禁带较宽的特性,利用一维光子晶体禁带带边交叉的方法设计了TE偏振滤波器、TM偏振滤波器和双偏振滤波器.每种滤波结构均为包含电介质和磁性材料的异质结,因此实现各种滤波的同时也展宽了禁带范围.由于电-...     

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。     

光子晶体偏振分光镜的优化设计

提出了一种二维光子晶体偏振分光镜的设计方法,介绍了光栅基板上用Ge/BaF₂ 多层膜实现二维光子晶体偏振分光镜的优化设计.结果表明，TE模式的光子禁带宽度为0083(2πc/a, a是光栅的周期),设计的偏振波长从172μm到24μm，相对带宽为331％.此光子晶体偏振器件制作简单,具有实用性. 关键词： 偏振分光镜 光子晶体 光子禁带     

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.     

基于光子晶体塔姆态的带隙分裂

将由两个一维介质层光子晶体组成的异质结拓展为超晶格结构,分析了该结构的能带和透射谱。该超晶格结构可以产生多个界面隧穿态,它们之间的耦合可产生新的通带。研究结果表明,该通带的宽度随光子晶体的周期数变化,而通带的中心位置保持不变。当光子晶体周期数取特定值时,这个通带将发生分裂,在带间产生零相位带隙或π相位带隙。     

二维光子晶体中与电磁波偏振态无关的自准直

利用有限时域差分法(FDTD)进行数值模拟，在二维光子晶体中实现了电磁波两种偏振态的自准直——全光自准直(full-light-self-collimation).研究表明，通过对光子晶体的结构做适当的调整，可以在较宽频率范围内实现横电波(TE波)和横磁波(TM波)沿着相同方向传播，同时保持较强的能流强度.全光自准直可以显著提高光源利用率和光波导的传播效率，在高密度集成光路中有非常重要的用途. 关键词： 光子晶体 偏振 自准直     

一维光子晶体斜入射波包的带隙结构

对波包的任意傅里叶分量进行坐标变换后,利用转移矩阵法推导出波包斜入射情形下一维光子晶体的色散关系表达式,利用色散关系曲线分析得出波包斜入射的第一带隙结构,与以往平面波的第一带隙结构不同,波包的带隙宽度小于平面波的带隙宽度,并且在位置上前者带隙包含在后者内部.比较了一维光子晶体分别在波包入射与平面波入射情形下带隙位置和宽度,分析了波包中心入射角的变化以及波包的角分布范围的变化对带隙结构的影响,得到了一维光子晶体对波包斜入射的带隙结构的基本特征,确定了计算波包带隙能够近似当作平面波处理的条件.研究表明,波包的带隙结构受入射角大小和波包角分布范围的影响.入射角越小,波包入射的带隙结构越接近平面波;波包的角分布范围越小,光子晶体对波包的带隙宽度和位置越接近平面波.     

可调光子晶体研究进展

可调光子晶体是光子晶体研究中的一个新领域，文章简单介绍了当前可调光子晶体的发展状况，阐述了其调制机理及存在的问题，同时论述了可调光子晶体的发展趋势。     

Photonic band gaps structure properties of two-dimensional function photonic crystals

The tunable two-dimensional photonic crystals band gap, absolute photonic band gap and semi-Dirac point are beneficial to designing the novel optical devices. In this paper, tunable photonic band gaps structure was realized by a new type two-dimensional function photonic crystals, which dielectric constants of medium columns are functions of space coordinates. However for the two-dimensional conventional photonic crystals the dielectric constant does not change with space coordinates. As the parameter adjustment, we found that the photonic band gaps structures are dielectric constant function coefficient, medium columns radius, dielectric constant function form period number and pump light intensity dependent, namely, the photonic band gaps position and width can be tuned. we also obtained absolute photonic band gaps and semi-Dirac point in the photonic band gaps structures of two-dimensional function photonic crystals. These results provide an important theoretical foundation for design novel optical devices.     

染料掺杂光子晶体荧光带隙边缘的激射研究

利用激光全息光刻技术, 在重铬酸盐明胶 感光材料中制备了掺杂有机染料的层状光子晶体. 在532 nm纳秒脉冲激光激励下, 样品的荧光光谱表现出良好的带隙特征; 随着抽运能量的增加, 在荧光带隙带边位置获得了激射光, 并进一步研究了光子晶体的带边位置与染料荧光峰的匹配对激射的影响.带边位置越靠近染料的荧光峰, 激射阈值越低, 反之则不易产生激射.该研究为超低阈值光子晶体激光器的发展提供了思路和方法. 关键词： 全息光刻 光子晶体 荧光带隙 低阈值激射     

空气环型二维光子晶体完全带隙特性研究

采用平面波展开法, 系统研究了空气环型二维光子晶体的完全光子带隙随结构参数变化而改变的规律, 并将其与普通的空气孔型和介质柱型二维光子晶体的完全带隙进行了比较. 研究表明: 空气环型二维光子晶体不仅可以获得更宽的完全带隙, 而且, 当介质折射率较低时, 其可以获得普通空气孔型和介质柱型二维光子晶体在低折射率条件下所无法获得的完全带隙. 关键词： 空气环型二维光子晶体 完全带隙 平面波展开法     

光子晶体自准直光束偏振分束器

结合能带图和等频图分析,基于光子晶体自准直效应和光子带隙,设计了一种紧凑、高效的偏振分束器.时域有限差分法(FDTD)模拟表明,该设计可以在一个较大的频率范围f=0.268—0.278(c/a) 内实现TE模和TM模的高效(85%)、大角度(90°)分离.在光通讯波长λ=1.55 μm,该设计尺寸仅为9 μm×9 μm.这些特性使其在光通讯领域中具有重要的应用前景. 关键词： 光子晶体 偏振分束器 自准直     

反常色散材料光子晶体中光输运的光学控制

研究了光抽运对由铯原子蒸气构成的光子晶体的影响.研究发现,利用较弱光强的线抽运光即可显著地改变这种反常色散光子晶体的透射率.而利用圆偏振光抽运可以进一步降低抽运光的阈值,并在反常色散光子晶体中获得极大的法拉第旋转.反常色散光子晶体的这些特性为光控光开关的研究和制作提供了一条新途径.     

Study on the anisotropic photonic band gaps in three-dimensional tunable photonic crystals containing the epsilon-negative materials and uniaxial materials

In this paper, the properties of anisotropic photonic band gaps (PBGs) for three-dimensional (3D) photonic crystals (PCs) composed of the anisotropic positive-index materials (the uniaxial materials) and the epsilon-negative (ENG) materials with body-centered-cubic (bcc) lattices are theoretically studied by a modified plane wave expansion (PWE) method, which are the uniaxial materials spheres inserted in the epsilon-negative materials background. The anisotropic photonic band gaps (PBGs) and one flatbands region can be achieved in first irreducible Brillouin zone. The influences of the ordinary-refractive index, extraordinary-refractive index, filling factor, the electronic plasma frequency, the dielectric constant of ENG materials and the damping factor on the properties of anisotropic PBGs for such 3D PCs are studied in detail, respectively, and some corresponding physical explanations are also given. The numerical results show that the anisotropy can open partial band gaps in such 3D PCs with bcc lattices composed of the ENG materials and uniaxial materials, and the complete PBGs can be obtained compared to the conventional 3D PCs containing the isotropic materials. The calculated results also show that the anisotropic PBGs can be manipulated by the parameters as mentioned above except for the damping factor. Introducing the uniaxial materials into 3D PCs containing the ENG materials can obtain the larger complete PBGs as such 3D PCs with high symmetry, and also provides a way to design the tunable devices.     

Modelling and design of complete photonic band gaps in two-dimensional photonic crystals

In this paper, we investigate the existence and variation of complete photonic band gap size with the introduction of asymmetry in the constituent dielectric rods with honeycomb lattices in two-dimensional photonic crystals (PhC) using the plane-wave expansion (PWE) method. Two examples, one consisting of elliptical rods and the other comprising of rectangular rods in honeycomb lattices are considered with a view to estimate the design parameters for maximizing the complete photonic band gap. Further, it has been shown that complete photonic band gap size changes with the variation in the orientation angle of the constituent dielectric rods.      

基于光子晶体自准直和带隙效应的马赫-曾德尔干涉仪设计

结合能带图和等频图分析,基于光子晶体自准直和光子带隙效应,设计了一种紧凑、高效的全光子晶体马赫-曾德尔(MZ)干涉仪.相应的光分束器和反射镜均由缺陷结构的光子晶体实现.讨论了干涉仪的输出机理,并与时域有限差分法(FDTD)模拟结果进行了比较.结果分析表明可以把MZ干涉仪作为一种气体、液体微型探测器.可在集成光学中起到重要的作用. 关键词： 光子晶体 自准直 MZ干涉仪     

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用时域有限差分法研究了电磁波在等离子体光子晶体中的传播特性。数值模拟中使用完全匹配层吸收边界条件,计算了电磁波通过等离子体光子晶体的反射和透射系数。讨论了等离子体密度、等离子体温度、介电常数比和引入缺陷层对等离子体光子晶体光子带隙的影响。