结构参数对聚苯乙烯光子晶体能带结构的影响

本文讨论了平板式光子晶体能带结构的计算方法，并利用平面波展开法研究了聚苯乙烯材料制作的平板式光子晶体的能带结构与晶格类型、填充比两个主要结构参数之间的关系．计算给出了晶格类型及填充比发生变化时光子禁带的变化规律．研究发现，当填充比（r／a）介于0．1～0．5之间时，四边形晶格结构和六角形晶格结构奇模和偶模均存在光子带隙，蜂窝状晶格只有偶模存在光子带隙，而且只有当填充比r／a〉0．46时才出现光子带隙．本文所得结果对聚苯乙烯光子晶体的制作和进一步应用研究奠定了理论依据．     

结构参数对聚苯乙烯光子晶体能带结构的影响

本文讨论了平板式光子晶体能带结构的计算方法,并利用平面波展开法研究了聚苯乙烯材料制作的平板式光子晶体的能带结构与晶格类型、填充比两个主要结构参数之间的关系.计算给出了晶格类型及填充比发生变化时光子禁带的变化规律.研究发现,当填充比(r/a)介于0.1～0.5之间时,四边形晶格结构和六角形晶格结构奇模和偶模均存在光子带隙,蜂窝状晶格只有偶模存在光子带隙,而且只有当填充比r/a＞0.46时才出现光子带隙.本文所得结果对聚苯乙烯光子晶体的制作和进一步应用研究奠定了理论依据.     

由光子晶体局域模对称关系分析其简并性

使用平面波展开法计算了二维正方格子介质柱光子晶体在改变中央介质柱半径的情况下谐振腔的模式，根据所计算的局域模式场分布的对称关系，研究了二维光子晶体谐振腔模式的简并性.结果表明：具有C4v对称群光子晶体谐振腔，存在着二重简并偶极模和二重简并六极模，同时也存在非简并单极模和四极模，二重简并模的90°旋转态与其形成简并对.模式的简并与非简并可以直观地通过考察模式场分布的对称关系而得到.     

介质层厚度无序对Bragg微腔模式的影响

采用本征模展开法(EME)结合完全匹配层（PML）边界条件,研究了由TiO2和SiO2复合膜结构组成的平面光子晶体Bragg微腔的模式特性,分析了介质厚度无序对微腔模式的调制以及入射角对局域长度的影响.结果表明,若光束正入射,带边局域长度要大于禁带局域长度,随着无序度的增加光子通带的透过率逐渐降低,而禁带的透过率逐渐上升.当无序度较小时,局域长度随随机度的变化在带边和禁带内表现出相反的规律.当无序度较大时,局域长度不仅和随机度、带隙有关,还受到材料的影响；若光束斜入射,TE模的局域长度要远小于TM模对应的值,且其最小值向短波方向移动。此外,入射角和膜层数的变化都会导致局域长度的起伏.     

一维光子晶体微谐振腔的调谐特性与品质因子

利用传输矩阵法研究了对称结构和非对称结构一维光子晶体微谐振腔的调谐特性和品质因子.研究发现：当缺陷层光学厚度增加时,缺陷模中心波长也会随着增加即向长波方向移动,微谐振腔的调谐特性与缺陷层两边介质的折射率有关；相比于对称结构,非对称结构能在较小的缺陷层光学厚度变化范围内实现较大波长范围的线性调谐；品质因子随缺陷层厚度的增加先增大后减小,在缺陷模中心波长为λ0时可达最大值；高低折射率介质层的排布对微谐振腔品质因子有影响.     

二维复式晶格完全带隙光子晶体缺陷频率的分析

提出了一种具有完全带隙的二维复式晶格光子晶体，该晶体是在二维正方形格子中，旋转截面为正方形的柱子，同时在每个原胞中心引入圆形截面的柱子而形成的，并在其中引入点缺陷。运用平面波展开法并结合超晶胞理论分析此缺陷态光子晶体的频率特性。仿真结果表明，通过调节缺陷的尺寸、角度等结构参量，可以改变缺陷态频率的位置，使TE和TM模缺陷态频率一致，TE模和TM模同时谐振，处于缺陷态频率的入射光就能够完全耦合进点缺陷，具有较高的耦合效率。这种结构的复式晶格完全带隙光子晶体为制作完全带隙光子晶体谐振腔提供了理论基础。     

用于波分复用的缺陷态复周期结构光子晶体滤波器的研究

利用传输矩阵法，研究了一种用于波分复用的光子晶体滤波器。该结构是中间包含一个缺陷层的一维三层念质的光子晶体，叫做缺陷态复周期结构光子晶体。通过数值计算得出它的色散关系和滤波特性。当改变缺陷层的厚度并保持其折射率不变时，带隙中将出现个数不同的局域模。缺陷层厚度增加时，局域模数也随着增加。适当调节缺陷层厚度，使带隙中出现八个窄带滤波窗口，能很好的用作八通道波分复用一解复用滤波器。由于很高的传输率和低的传输损耗，故在高速，长距离光通信中将有很好的应用。     

波导基本结构对光子晶体耦合腔光波导慢光特性的影响

研究了二维光子晶体耦合腔波导的结构对慢光特性的影响,发现微腔间的距离n、填充因子r/a和缺陷柱的尺寸rd是影响光子晶体禁带中慢光导模传输特性的重要参数。随着缺陷微腔间距离的增加,导模群速度vg急剧减小;当填充因子和缺陷柱尺寸增加时,导模向低频方向移动,同时,导模群速度降低;填充因子和缺陷柱尺寸降到一定数值后,vg达到最小值,此后,当r和rd分别超出其特定值继续增大,导模群速度反而增大。取微腔之间介质柱个数为6,普通介质柱尺寸为r=0.22a,a为光子晶体晶格常数,缺陷柱尺寸为rd=0.12a,得到导模群速度最大值vgmax1.93×10-3c,带边处vg10-4c(c为光速)。这一结果显示,通过基本结构设计可以实现对光子晶体耦合腔光波导中慢光的有效控制,这将为基于光子晶体功能器件的设计和应用提供有效的支持。     

具有非线性缺陷的光子晶体的局域模

采用传输矩阵的方法，严格导出一维具有克尔非线性缺陷的光子晶体的局域模频率方程。局域模频率依赖于局域光强。取负克尔系数时，随着局域光强的增加，局域模频率从下带边出现，在带隙间上升，最后消失在上带边。在给定人射光频率下，随着人射光强的变化，系统呈现出双稳态。这种光学稳态性质则由局域模频率的移动引起的。     

正方介质柱光子晶体中异常传输现象研究

研究了电磁波在二维正方介质柱光子晶体中的传输,发现处于第一频带部分带隙的电磁波在不同界面切割方向上不同角度入射时可分别产生全反射及复杂异常折射现象如自准直现象、负折射现象.首先利用平面波展开法从理论上研究正方介质柱正方晶格光子晶体的频带结构及等频线,然后通过时域有限差分法来仿真研究光子晶体在第一频带部分带隙的传输特性.当光子晶体的界面切割沿着ΓX方向时,由于光子晶体内无本征模能够被有效地激发,入射波束被完全反射,这与光子带隙导致的全反射具有本质的不同;当光子晶体的界面切割方向沿着ΓM时,归因于其扁平的等频线,一定角度范围内入射的波束在光子晶体内几乎沿同方向传输即产生自准直现象.     

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.     

基于磁光子晶体的低损耗窄带THz滤波器

本文提出一种采用石榴石型铁氧体磁性材料的太赫兹滤波器,利用波导线缺陷和腔内点缺陷的耦合特性,通过改变腔内介质柱半径及分布,实现对某个波长的耦合,达到了高效率滤波的功能;改变外磁场的大小,影响铁氧体材料的磁导率变化,使谐振频率发生改变,从而对THz波进行滤波.应用平面波展开法(PWM)和时域差分有限法(FDTD)进行仿真分析,研究结果表明,该滤波器其插入损耗为0.0997 d B,3 d B带宽为8.22 GHz,实现了低损耗窄带滤波.     

二维三角晶格光子晶体三通道解波分复用器

为了实现结构紧凑、高透射率的解波分复用功能,在二维三角晶格光子晶体平板上设计了一个ψ形的三通道解波分复用器.通过在该光子晶体结构中引入合适的线缺陷和点缺陷,使得在光子禁带中出现了局域缺陷态.利用该缺陷态模式,可以控制波的传播和耦合,从而实现解波分复用的功能.通过用平面波扩展法和时域有限差分法对此解波分复用器进行了能带和传输特性分析,找到了具有合适缺陷态频率的光子晶体结构参量,实现了透过率高达80%的解波分复用功能.     

偶极子位置及偏振对激发光子晶体H1微腔的影响

光子晶体微腔和量子点的集成是实现量子信息处理非常具有潜力的平台之一,利用微腔和量子点的耦合可以制备纠缠光子对,实现对量子态的操控.因为光子晶体微腔具有品质因子高、模场体积小等优点,可以极大地增强光与物质之间的相互作用,从而易于实现量子态在不同物理体系之间的转换.通过单量子点和光子晶体H1微腔的耦合可以产生纠缠光子对,因为H1微腔具有简并的、模式偏振正交的基态模式.通常微腔模式的激发随着量子点在微腔中的位置变化而改变,本文用时域有限差分方法研究了偶极子光源的位置及偏振对激发光子晶体H1微腔模式的影响.结果表明:通过改变偶极子光源位置可以选择性地激发H1微腔简并模式中的一个;具有某一偏振的偶极子光源只能激发相应偏振的微腔模式;模式激发强度的大小也是由偶极子光源在微腔中的位置决定的.鉴于目前量子点在微腔中的位置尚不能精确控制,所以微腔模式受激发光源位置的影响的研究具有重要意义.     

条形耦合波导对光子晶体耦合缺陷模的影响

光子晶体的耦合缺陷模可以通过透射谱形状来表征，而透射谱形状则与连接缺陷的条形耦合波导相关.不同于直接耦合时信号相移只依赖于缺陷模的共振频率，当存在耦合波导时信号相移也决定于波导的长度和色散关系.随着波导长度的增加，透射谱形状发生从三峰到两峰，再到平项，最后又回到三峰的周期性变化.时间耦合模的分析表明，在缺陷模频率附近理论结果与时域有限差分法的计算结果完全一致，表明在此复杂情况下理论模型依然有效.     

Design guidelines of 1-3 piezoelectric composites dedicated to ultrasound imaging transducers, based on frequency band-gap considerations

Periodic piezoelectric composites are widely used for imaging applications such as biomedical imaging or nondestructive evaluation. In this paper such structures are considered as phononic crystals, and their properties are investigated with respect to periodicity. This approach is based on the investigation of band gaps, that strongly depend on the properties of the considered composites (geometry, size, nature of materials). It is motivated by the fact that band gaps in principle allow one to excite the thickness mode without exciting other parasitic propagating waves. The used plane-wave-expansion method has already been applied to periodic piezoelectric composites, but, in contrast to previous approaches, not only waves propagating in the symmetry plane of the composite are considered, but also waves propagating with a nonzero angle of incidence with this plane. The method is applied to a representative 1-3 connectivity piezocomposite in order to demonstrate its potentialities for design purposes. The evolution of band gaps is explored with respect to the wave vector component parallel to piezoelectric transducer-rod axis. All bulk waves that contribute to the setting up of plate modes in the vicinity of the thickness mode are found and identified.     

1维圆柱掺杂光子晶体的滤波性能

为了研究1维圆柱掺杂光子晶体的滤波性质,利用光波在1维圆柱掺杂光子晶体中径向受限的条件,推导出光波在1维圆柱掺杂光子晶体中各个模式满足的关系式,研究了TE波和TM波各模式的缺陷模随模式量子数和杂质光学厚度的变化规律。TE波和TM波的缺陷模频率都随模式量子数的增加而增大;同一模式TE波和TM波的缺陷模频率都随杂质光学厚度的增加而减小。利用缺陷模随模式量子数的变化规律可以实现多通道滤波,利用缺陷模随杂质光学厚度的变化规律可以实现调谐滤波。     

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.     

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     

三组元声子晶体中的缺陷态

运用基于平面波的超元胞方法，研究作为缺陷引入的第三组元材料(四氯化碳、水)对二维二组元声子晶体(水/水银，四氯化碳/水银)带结构的影响.结果表明，二组元声子晶体在引入第三组元点缺陷/线缺陷后，在原来的带结构中会出现缺陷态/带，原带隙的位置、宽度变化不大；缺陷态/带频率主要受第三组元材料物性参数的影响；这些缺陷态都是局域化的.因此，在具有宽带隙的二组元体系中引入适当的第三组元点缺陷/线缺陷，让缺陷态/带频率落在二组元体系的带隙中，就可以形成特殊的滤声态/波导态.声子晶体的这一特性对于声波/弹性波的传播和新的声学应用具有重要意义. 关键词： 声子晶体 三组元 点缺陷 线缺陷