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     

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     

二维复式晶格磁振子晶体的带隙结构

提出了一种复式晶格磁振子晶体的模型,该模型由两种铁磁材料散射体周期排列在另一种铁磁材料基底中构成.应用超原胞的思想拓展了平面波展开法,用于数值计算研究自旋波在复式晶格磁振子晶体中的本征性质本文数值计算了由两种大小不同的铁(Fe)-铁(Fe)圆柱体交替正方排列在氧化铕(EuO)基底材料中构成的二维复式晶格磁振子晶体的带结构,研究了带隙宽度随体积填充率的变化行为,并与同一铁(Fe)圆柱正方排列在氧化铕(EuO)基底材料中构成的简单晶格磁振子晶体的带隙结构随体积填充率的变化行为进行了比较.结果表明,利用复式晶格可以优化或调节自旋波带隙的宽度和频率位置.     

固/固型二维正方晶格声子晶体缺陷态研究*

固/固型声子晶体在抑制噪音和隔离振动等工程领域有着潜在的应用。利用有限元方法对存在缺陷的二维正方晶格金/环氧树脂声子晶体进行了研究,数值计算结果表明弹性波在点缺陷处局域,带隙中出现多条缺陷模,点缺陷数目的增加对声子晶体局域特性产生显著影响;弹性波沿着线缺陷传播形成波导,改变线缺陷结构可以改变弹性波传播方向和实现信号的分离。对声子晶体缺陷特性的研究可为声学滤波器和波导等器件的设计提供参考。     

“禁忌”3-磁振子相互作用哈密顿项的有效性分析

考察磁有序晶体中局部存在的动量守恒而能量不守恒的3-磁振子激励过程，通过幺正变换，把自旋波理论中不合理的3-磁振子产生与湮没过程的哈密顿项构造为有 效的4-磁振子相互作用哈密顿项. 关键词： 磁振子 哈密顿项 幺正变换     

低温下二维绝缘铁磁体的磁振子软化

在二维正方绝缘铁磁系统基础上建立了一个磁振子-声子相互作用模型.利用格林函数方法研 究了磁振子-声子相互作用下的二维绝缘铁磁体的磁振子谱, 计算了布里渊区的主要对称点 线上的磁振子色散曲线.发现在布里渊区边界区域磁振子谱的软化和磁振子谱线增宽最明显. 比较了纵向声子与横向声子对磁振子谱的软化与磁振子谱线增宽的影响，也讨论了各项参数 的变化对磁振子谱的软化与磁振子谱线增宽的影响. 关键词： 磁振子-声子相互作用 磁振子软化 铁磁体 磁振子谱线增宽     

二维正方晶格多点缺陷声子晶体实验研究

基于超声浸水透射技术, 实验研究了有限尺寸二维正方晶格钢/水声子晶体多点缺陷模态性质. 利用COMSOL Multiphysics软件建立该声子晶体有限元计算方法, 求解了9×9超胞多点缺陷声子晶体能带结构, 把缺陷局域模态频率与数值仿真和实验结果进行对比, 结果表明: 实验数据和理论值能够很好符合. 进一步分析发现, 点缺陷数量影响声波局域效应、本征模态和传播特性, 为设计有限尺寸声波器件提供理论依据. 关键词： 声子晶体 多点缺陷 实验研究 有限元     

THz波段金属光子晶体的带隙及缺陷特性分析

研究了一种适用于太赫兹器件的二维金属光子晶体结构,该结构为正方晶格的二维铜柱光子晶体。首先用时域有限差分法计算分析了它的带隙结构,讨论了带隙随着填充比的变化规律,接着讨论了引入点缺陷时所产生的缺陷模特性,得到了点缺陷所对应的缺陷模场分布图。研究结果为THz波段光子晶体器件的开发及制作提供了理论依据。     

喇叭型开口光子晶体波导的传输谱研究

设计一种喇叭型开口二维光子晶体波导,利用时域有限差分法计算波导传输谱图。模拟结果表明：通过改变开口处光子晶体椭圆点缺陷的结构,传输谱图中将出现相应变化的缺陷模,可用于实现频率可调的窄带光子晶体滤波器。     

光子晶体局域缺陷模及耦合特性研究

用超胞平面波展开法计算了二维正方格子介质柱光子晶体缺陷模,系统模拟了在改变缺陷模数目和缺陷模之间的距离及在不同耦合方向等情况下的耦合特性。计算结果表明：局域缺陷模之间的耦合所产生分裂的缺陷模式频率随着缺陷之间的距离而发生变化．当缺陷之间距离增加时,缺陷模之间耦合变得越来越弱且奇模和偶模交替变化;随着耦合缺陷点数目增加,缺陷模在光子带隙内形成一个缺陷带;当平面波平行于缺陷模耦合方向入射时．可以同时激发奇模和偶模．当入射平面波垂直于耦合方向时．仅产生偶模;沿对角线方向耦合的定域化的缺陷模电磁场快速衰减使得那些方向每一个单谐振腔局域光场与它邻近的谐振腔不发生耦合,其本征频率与波矢无关。     

Effects of rotating noncircular scatterers on spin-wave band gaps of two-dimensional magnonic crystals

Using the plane-wave expansion method, the spin-wave band structures of two-dimensional magnonic crystals consisting of square arrays of different shape scatterers are calculated numerically, and the effects of rotating rectangle and hexagon scaterers on the gaps are studied, respectively. The results show that the gaps can be substantially opened and tuned by rotating the scatterers. This approach should be helpful in designing magnonic crystals with desired gaps.     

二维八重准晶有机光子晶体平板的光学传播特性

采用时域有限差分法研究了二维八重准晶有机光子晶体的光传输特性,重点分析了光束在聚苯乙烯空气柱平板结构和聚苯乙烯介质柱结构中的透射特性与光局域特性。研究结果表明,即使在低折射率对比度的情况下,两种完整八重准晶平板结构中均出现了可见光波段的光子带隙和本征模,且光子带隙中心位置随着平板厚度的增大而红移。当在两种准晶结构中引入缺陷微腔时,带隙内的缺陷模产生位置和波长红移特性随着微腔结构的变化规律明显不同,这种差异性是由两种物理机制(即光子晶体缺陷能级变化与微腔所支持的驻波条件)共同作用的结果。这一研究结果将为实验制备有机准晶发光器件提供一定的理论基础。     

Efficient omnidirectional couplers achieved by anisotropic photonic crystal waveguides

Photonic crystals (PCs) have many potential applications because of their ability to control light-wave propagation. We have investigated omnidirectional couplers in two-dimensional anisotropic PC structures. The anisotropic PC coupler composed of an anisotropic-dielectric cylinder in air is studied by solving Maxwell's equations using the plane wave expansion method and finite-difference time-domain method. The photonic band structures are found to exhibit absolute bandgaps for the square lattices. Numerical simulations show that the incident light-waves at both transverse electric and transverse magnetic modes have efficient coupling in anisotropic PC coupler with square lattices. The guided modes and coupling length are analyzed by considering various line defect anisotropic PC waveguides and interaction regions of couplers. Such a mechanism of omnidirectional coupling should open up a new application for designing components in photonic integrated circuits.     

Two-dimensional photonic crystals with a lattice defect: Spectrum of defect modes, localization of light, and formation of evanescent waves

Properties of an electromagnetic field localized in the defect modes of two-dimensional photonic crystals are studied. The defect-mode spectrum of these structures is calculated, electromagnetic field localization and channeling effects are analyzed, and the properties of the field inside and beyond a photonic crystal with a lattice defect are also studied. The calculations show that the electromagnetic field is localized in the defect mode of a photonic crystal in a region smaller than the wavelength. The dependence of the defect-mode spectrum on the parameters of the photonic crystal is investigated and possibilities for controlling the spectrum of defect modes are indicated. It is shown that the optical field leaving a photonic crystal possesses the properties of a evanescent wave, which means that spatial resolution substantially greater than the wavelength of the radiation can be achieved in the near field and opens up possibilities for using photonic crystals with a lattice defect in near-field optical microscopy. The possibility of externally controlling an optical field localized in the defect modes of a photonic crystals is demonstrated.     

Optomechanical coupling in a two-dimensional photonic crystal defect cavity

Periodically structured materials can sustain both optical and mechanical modes. Here we investigate and observe experimentally the optomechanical properties of a conventional two-dimensional suspended photonic crystal defect cavity with a mode volume of ~3(λ/n)3. Two families of mechanical modes are observed: flexural modes, associated to the motion of the whole suspended membrane, and localized modes with frequencies in the GHz regime corresponding to localized phonons in the optical defect cavity of diffraction-limited size. We demonstrate direct measurements of the optomechanical vacuum coupling rate using a frequency calibration technique. The highest measured values exceed 80 kHz, demonstrating high coupling of optical and mechanical modes in such structures.