多个单负材料缺陷一维光子晶体的孪生缺陷模

分析了含有多个单负材料缺陷层的一维光子晶体中缺陷模的性质。在两种单负(负介电常量或负磁导率)材料交替堆叠形成的一维光子晶体中,掺入了多个周期排列的单负材料缺陷层,得到在该光子晶体的零有效相位(zero-effective phase)带隙内存在孪生缺陷模。通过改变缺陷的数目或缺陷层的厚度,可调节缺陷模的频率间隔,但缺陷模的数目总保持为两个。计算结果显示,该孪生缺陷模的频率对入射角度的依赖较弱;随着入射角度的改变,缺陷模频率的相对改变量总保持在0.03以下。此外,对应缺陷模频率的电场在该光子晶体中传播时,将被强烈地局域在缺陷层与周期结构的交界面上。     

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。     

正负折射率材料组成的一维光子晶体的能带及电场

计算了由正负折射率材料交替排列组成的一维光子晶体的能带及电场，发现其能带不同于由普通正折射率材料组成的光子晶体的能带.当选择合适的参数时，由正负折射率材料组成的光子晶体的TE模或TM模有完全光子带隙出现，这在普通光子晶体中不出现.导带中的电场波函数与普通光子晶体相比具有很强的局域性.对于负折射率材料层为色散介质的情况，计算了在不同的具有正负折射率区域能带.     

用一维光子带隙结构增强硫化镉双光子吸收研究

用真空镀膜方法制备了含有单个CdS缺陷层的具有不同周期和结构参量的TiO2／SiO2一维光子晶体。用抽运一探测技术研究了CdS缺陷层的双光子吸收（TPA）现象。实验结果表明：一维光子晶体中CdS缺陷层的双光子吸收显著增强。不同周期和结构参量的一维光子晶体中CdS缺陷层的双光子吸收系数不同。双光子吸收的增强来源于由光局域化导致的缺陷层的电场强度的增加。缺陷层电场强度与一维光子晶体的结构有关，如周期，光子带隙的位置与宽度及缺陷模式等因素都会影响缺陷层电场强度。采用四分之一波长的高低折射率介质层和与入射波长匹配的缺陷模可以得到最大的缺陷层电场强度。     

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。     

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。     

含单负材料一维光子晶体局域场的研究

利用光学传输矩阵法对含单负材料的一维光子晶体的光学传输特性进行了数值计算.结果表明,选择合适参数,使得双缺陷满足ε和μ为零的条件,该缺陷就不会影响光子带隙.而传统的一维光子晶体,由于缺陷的加入,会在光子带隙中出现缺陷模.当满足ε和μ为零的条件时,双缺陷中传输矩阵相当于一个单位矩阵,相当于一层透明材料;当双缺陷厚度增加时,其中的场强度成指数增加,与放在真空中双缺陷相比,带边的场局域效应更加明显.     

非晶光子晶体中的光子局域化

利用多重散射方法计算并研究了二维光子晶体随着无序度变化的光子局域化.通过控制方形单元随机旋转角度以控制光子晶体的无序度.研究发现，随着无序度的增加光子通带的透过率逐渐降低，而光子禁带中的透过率逐渐上升，即无序导致的局域化逐渐由光子带边向光子禁带中心和光子通带的中心扩展.而且光子通带中的平均透过率随无序度的增加呈e指数下降. 关键词： 非晶 光子晶体 无序 光子局域     

时变磁化等离子体光子晶体光子局域态分析

采用磁化等离子体的分段线形电流密度卷积(Piecewise Linear Current Density Recursive Convolution,PLCDRC)时域有限差分(Finite-Different Time-Domain,FDTD)算法研究了具有单一缺陷层一维时变磁化等离子体光子晶体的光子局域态特性。以高斯脉冲为激励源,用算法公式所得的电磁波透射系数来讨论了等离子体上升时间对其缺陷模的影响。结果表明,改变等离子体上升时间和密度可以获得不同的缺陷模。     

色散光子晶体GHz波段的传输特性

将两单负材料耦合后,再与一双负材料交替生成光子晶体。然后利用传输矩阵法对该光子晶体的能带和缺陷模进行了研究。结果表明:这种结构的光子晶体具有一种新型的光子带隙,不随晶格常数的缩放而移动;当引入普通电介质缺陷层时,缺陷模对入射角的改变不敏感,但缺陷模个数随着缺陷层厚度的增加而增多。     

The disorder effect on the performance of novel waveguides constructed in two-dimensional amorphous photonic materials

On the basis of two-dimensional amorphous photonic materials,we have designed a novel waveguide by inserting thinner cylindrical inclusions in the centre of basic hexagonal units of the amorphous structure along a given path.This waveguide in amorphous structure is similar to the coupled resonator optical waveguides in periodic photonic crystals.The transmission of this waveguide for S-polarized waves is investigated by a multiple-scattering method.Compared with the conventional waveguide by removing a line of cells from amorphous photonic materials,the guiding properties of this waveguide,including the transmissivity and bandwidth,are improved significantly.Then we study the effect of various types of positional disorder on the functionality of this device.Our results show that the waveguide performance is quite sensitive to the disorder located on the boundary layer of the waveguide,but robust against the disorder in the other area in amorphous structure except the waveguide border.This disorder effect in amorphous photonic materials is similar to the case in periodic photonic crystals.     

圆柱形散射子二维光子晶体的态密度与局域态密度

二维光子晶体只有赝带隙,因此能否利用二维光子晶体有效控制原子自发辐射是令人感兴趣也是有实际意义的问题。其中最重要的因素是态密度和局域态密度的性质。采用平面波展开结合晶体群论的方法计算了二维正方格子光子晶体的态密度和局域态密度。其中散射子为空气圆柱,放置在均匀的电介质背景上。结果显示两个特点:第一,总态密度和局域态密度在原来二维光子晶体赝带隙处虽然已经不为零,但是取值明显低于赝带隙范围之外的值,即存在一个准光子带隙。第二,局域态密度在空气散射子界面处发生突变,空气散射子区域的局域态密度相对较大,这可由电位移矢量的连续性来理解。由于这两个特点在其他二维光子晶体中也被发现过,它们可能是普遍存在的。     

二维点缺陷正方光子晶体的微腔结构

通过平面波展开法对由Al₂O₃介质棒在空气背景介质中构成含有点缺陷的二维正方光子晶体微腔结构进行研究,计算得出缺陷态能带以及缺陷态模场分布。缺陷模对应的电磁波波长为470~476nm。对该微腔结构的品质因数的求解,得出缺陷态光谱曲线。在光谱曲线中,随着传输波长的增大,将产生几个峰值,并且在475nm处的波动最为明显,反映出在475nm附近的电磁波段在缺陷处的光强较大。进一步利用全矢量等效折射率法研究该结构缺陷模频率的稳定性,得出等效折射率的变化曲线。从等效折射率变化曲线可以看出,当传输波长达到475nm时,该结构已经达到稳定传输的区域。含缺陷模的二维光子晶体微腔结构在光子晶体发光二极管以及高阈值半导体激光器等方面有着重要的应用价值。     

异质结构光子晶体的能带特性研究

运用光学传输矩阵理论,研究了异质结构光子晶体的能带特性。结果表明,与周期结构相比异质结构光子晶体可以显著地拓宽光子晶体的光子带隙;在该文提出的结构中引入缺陷,与(1H1L)m(1H)n(1L1H)m光子晶体相比,产生缺陷模式光子带隙范围明显拓宽,适当调整缺陷层的数目、位置和厚度可得到多通道滤波;并研究了实际操作中随机误差带来的影响,随无序度的增大,其带宽基本不变。     

Excitation of defect modes from the extended photonicband-gap structures of 1D photonic lattices

This paper stuides numerically the model equation in a one dimensional defective photonic lattice by modifying the potential function to a periodic function. It is found that defect modes (DMs) can be regarded as Bloch modes which are excited from the extended photonic band-gap structure at Bloch wave-numbers with k x = 0. The DMs for both positive and negative defects are considered in this method.     

FDTD analysis of photonic crystal defect layers filled with liquid crystals

Dielectric and metallic photonic crystals comprising nematic liquid crystal materials as defect layers or elements are investigated by the Finite Difference Time Domain (FDTD) method. Appropriate formulations of the FDTD algorithm, for the simulation of anisotropic and dispersive media as well as periodic geometries, are utilised and combined with the proper absorbing and periodic boundary conditions. The spectral properties of the presented structures are tuned by means of applying static electric fields across the defect layers, thus affecting the molecular orientation of the liquid crystal material. Numerical results show that sufficient tuning ranges are achieved, requiring low operating voltages. Moreover, high and sharp resonance peaks are observed.     

微波光子晶体的实验研究

制造了工作于微波波段的三角形光子晶体,并测量了光子晶体的透射谱和存在缺陷时的光子晶体的透射谱。在此基础上,研究了它的缺陷模,并讨论了光子晶体的潜在应用     

电磁波在周期介质中的传播及二维光子晶体的光子带结构

光子晶体是光学与凝聚态物理交叉的新领域,也是近年来应用物理学的一个重要研究领域,它是一种由介电常数高的(低的)介质在另一种介电常数低的(高的)背景介质中周期排列所组成的人造多维周期结构材料,能够产生光子带隙。频率落在带隙内的光在晶体里沿任何方向都不能传播,因而具有能够抑制原子、分子的自发辐射等诱人的光电子学特性,在基础研究和实际应用上都有着巨大的潜力。本文在这一领域里进行了富有成效的研究,获得了很好的结果。主要有:(1)利用平面波展开方法来计算二维光子晶体的带隙结构。首先,我们设计正方晶胞的二维光子晶体模型。设x₃方向为介质柱的轴方向,二维周期结构在x₁-x₂平面上。晶胞的晶格常数为a,半径为r,介质柱和空气柱的介电常数分别为ε_a=17和ε_b=1,a>2r。设计的核心思想是通过降低光子晶体结构的对称性,消除光子能带在晶体的布里渊区高对称点上的本征简并。(2)对于二维光子晶体的电磁波理论及周期介质中的Bloch波解做了详细的推导,给出了光子晶体中禁带存在的理论依据。同时以正方格子晶格的二维光子晶体为例,验证了电介质在空气圆孔中的排列存在E偏振和H偏振的光子带隙重叠区,称为绝对光子带隙。对于二维的光子晶体,两种本征偏振模式的光子能带结构可以独立地调节,以实现两者的光子带隙的最优重叠, 从而大大提高了二维光子晶体的完全带隙宽度。