一维光子晶体的基本周期结构及其禁带特征

本文采用光学导纳特征矩阵方法讨论了光波在一维分层介质的传播特性,分析了一维光子晶体的基本周期结构对光子禁带的特征的影响,指出了这种特性的应用.     

用特征矩阵法研究一维激光全息光子晶体的禁带特性

介质中传播方向相反的2束激光干涉可形成具有一维周期结构的体积全息图,而这种全息图可以看作一维光子晶体,称为一维激光全息图光子晶体,用特征矩阵法研究了一维激光全息图光子晶体的透射谱中的禁带随入射角、记录波长、介质折射率、折射率调制度的变化规律。结果表明：当入射角变大,激光波长、介质折射率及介质折射率调制度变小时, 禁带的位置向短波方向移动, 禁带宽度减小。     

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。     

一维光子晶体的电磁波理论及实现方法

对一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,给出了光子晶体中的禁带存在的理论依据,并以此分析了禁带的特征.同时,对一维光子晶体的光学理论做了阐释,并应用于一维光子晶体的设计实践.列举了两个多层周期介质膜的禁带特性.最后对光子晶体的应用和制造前景做了展望.     

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。     

复合周期的介质-液晶光子晶体研究

本文研究了掺入各向同性周期性介质层缺陷的一维复合周期胆甾型液晶光子晶体的禁带特性.发现同一般的胆甾型液晶不同,复合介质-液晶周期结构对左旋偏振入射光和右旋入射光都会出现共同禁带.当各向同性介质层占一个周期的厚度比例越小,左旋偏振光的禁带效应逐渐消失,而右旋偏振光的禁带则逐渐合并变大;且各向同性介质的折射率越大,则两种偏振光的禁带效应越明显,更容易出现共同禁带;通过调整厚度比,可以在可见光范围内出现对应红、绿、蓝色波长的禁带,从而可以用于液晶显示的反射式彩色滤光片. 关键词： 胆甾型液晶 光子晶体 禁带 缺陷     

一维函数光子晶体的研究

本文提出一种新型函数光子晶体, 其折射率是空间位置函数. 由费马原理, 我们给出光在一维、 二维和三维函数光子晶体中的运动方程, 以及一维函数光子晶体的色散关系、 带隙结构和透射率, 再利用传输矩阵理论研究函数光子晶体周期数、 入射角和介质层的厚度等对透射率和禁带结构的影响, 计算发现通过选择不同的折射率空间分布函数, 可以得到比传统光子晶体更宽或更窄的禁带结构. 这样为我们设计不同带隙结构的光子晶体提供理论依据.     

一维光子晶体的光学传输特性分析

采用等效F-P腔方法对一维光子晶体进行研究,计算并讨论不同周期数的一维光子晶体对光学传输特性的影响.计算结果表明,一维光子晶体具有光子禁带,表现为对光的高反射率;掺杂的一维光子晶体的光子禁带中央将出现频宽极窄的缺陷态,即光子局域,与复折射率和晶体周期数有密切的关系.所得结果与实验分析一致,证明了方法的有效性和实用性,并为光子晶体的设计提供依据.     

一维光子晶体禁带特性的研究

应用传输矩阵法研究了一维光子晶体的禁带特性,数值模拟得到了一维光子晶体TE模、TM模和TE/TM模禁带结构,计算结果表明,介质层的厚度发生变化时,禁带宽度发生变化。研究结果为一维光子晶体器件的设计提供了理论依据。     

TM模式下二维非磁化等离子体光子晶体的禁带调制特性分析

采用时域有限差分法(FDTD)中的分段线性电流密度卷积(PLCDRC)算法研究了TM波入射时二维非磁化等离子体光子晶体的禁带特性.从频域角度分析得到微分高斯脉冲的透射系数,并讨论该光子晶体的介质圆柱的介电常数、晶格常数、介质圆柱半径,周期常数和等离子体参数对其禁带特性的影响.结果表明,增加周期常数和等离子体碰撞频率不会改变禁带宽度,增加介质圆柱的相对介电常数和等离子体频率可以展宽禁带的宽度. 当填充率一定时,减小介质圆柱的半径和晶格常数可以实现禁带的拓展. 关键词： 等离子体 光子晶体 禁带 PLCDRC算法     

Band structure and reflectance for a nonlinear one-dimensional photonic crystal

We consider a model for a one-dimensional photonic crystal formed by a succession of nonlinear Kerr-type equidistant spaceless interfaces immersed in a linear medium. We calculate analytically the band structure of this system as a function of the incident wave intensity, and find two main tendencies: the appearance of prohibited bands, and the separation and narrowing of these bands. We consider as well a finite version of this photonic crystal for a limited number of alternating linear and non linear set of stacks for which we calculate reflectance as a function of the electromagnetic wave intensity, band index and number of periods. A system with these features can be constructed by alternating very thin slabs of a nonlinear soft matter material with thicker solid films, which can be used to design a device to control light propagation for specific wavelength intervals and light intensities of the same propagating signal.     

Spin Hall effect of light in one-dimensional photonic crystal

We established a general propagating model to investigate the spin Hall effect of light in one-dimensional photonic crystal. A polarized (spin dependent) Gaussian beam which was incident obliquely through one-dimensional photonic crystal was demonstrated. Having decomposed a polarized Gaussian beam into different plane wave components charactering individual wave vectors, we revealed the transmission coefficient and reflection coefficient of each plane wave which propagates through the one-dimensional photonic crystal. It enabled us to obtain exact solution to the electric field of transmitted and reflected beams, and the analytical formula of light intensity, accordingly. A method based upon the partial differentials with the intensity distribution of the transmitted and reflected Gaussian beams was presented to determine the transverse and longitude shifts explicitly. Spin dependent shifts in one-dimensional photonic crystal provide alternative evidence for the spin Hall effect of light.     

宽绝对禁带的一维磁性光子晶体结构

提出了一种具有宽绝对禁带的一维磁性光子晶体结构,该结构由相同的折射率和物理厚度以及不同的波阻抗的两种磁性材料交替组合而成.通过传输矩阵法分析可得,相比于非磁性光子晶体,该光子晶体的禁带对入射角和偏振都不敏感,从而具有更宽的绝对禁带.合适地调节两种磁性材料的参数,增加两者波阻抗的差值,该光子晶体的绝对禁带宽度也相应地增加;调节两种磁性材料的物理厚度,其绝对禁带中心也会随之调整;最后,将两个满足上述条件的一维磁性光子晶体组成异质结构,其第一禁带宽度与禁带中心之间的比值可达到1.41以上.     

Graphene-based one-dimensional photonic crystal

A novel type of one-dimensional (1D) photonic crystal formed by an array of periodically located stacks of alternating graphene and dielectric stripes embedded into a background dielectric medium is proposed. The wave equation for the electromagnetic wave propagating in such a structure is solved in the framework of the Kronig-Penney model. The frequency band structure of the 1D graphene-based photonic crystal is obtained analytically as a function of the filling factor and the thickness of the dielectric between the graphene stripes. The photonic frequency corresponding to the electromagnetic wave localized by a defect of the photonic crystal formed by an extra dielectric placed in the position of one stack of alternating graphene and dielectric stripes is obtained.     

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。     

非线性一维光子晶体波导光双稳

利用非线性折射率系数较大且非线性时间响应较快的CdS_xSe_1-x玻璃为材料,设计并制备了非线性一维光子晶体波导光双稳器件,该器件的折射率空间分布呈正弦形式。实验测得双稳开关的阈值功率密度为1.60×10⁵W/cm²,开关时间为63ps。采用时域有限差分方法讨论了光子晶体带隙随入射光强变化而移动的情况,随着入射光功率密度的增加,光子晶体的带隙中心向短波方向移动。同时计算了该器件的双稳特性,理论计算得到双稳开关的阈值功率密度为1.40×10⁵W/cm²,开关时间约为50ps。获得了理论与实验基本一致的结果。     

Continuous wave mirrorless lasing in cholesteric liquid crystals with a pitch gradient across the cell gap

Despite numerous efforts, continuous wave (CW) lasing in dye doped, one-dimensional (1D) photonic bandgap cholesteric liquid crystal (CLC) structures has not been previously reported, to our knowledge. Here we report on the observation of lasing in such structures under both coherent (laser) and incoherent (LED) CW light excitation. To achieve this effect, we used a 1D-photonic bandgap structure made of a polymer stabilized CLC with a pitch gradient across the cell thickness. A spectral reflectivity profile of such a CLC structure reveals local minima in the area within a photonic stopband and close to it. The realization of lasing pumped by low power CW light sources opens the possibility of all-organic, compact, tunable CW lasers for display and medical applications.     

异质镜像光子晶体的光子带隙研究

对异质镜像结构光子晶体(ABCCBA)^N进行了研究。首先,利用一维介电体系中处理光传播的方法--传输矩阵法,详细推导了异质镜像光子晶体透射率的计算公式;然后,采用Matlab软件编程仿真并分析了光子带隙形成与镜像周期数目、光子带隙数目与光子晶体薄层厚度、光子带隙位置与入射角大小等的关系。结果表明:光子带隙的形成及变化主要受光子晶体薄层厚度及入射角大小变化的影响。通过改变影响光子晶体光子带隙的参数,可得到不同频段的光子带隙,用来制作高质量反射镜、滤波器和发光二极管等。     

实现多共振模的一维异质结构光子晶体

用两种正折射率材料设计了一维光子晶体异质结构模型,并利用传输矩阵法对该光子晶体的透射谱进行了理论研究。结果发现:光通过光子晶体时,在较宽的禁带范围内出现透射率为100%的多条共振模,且共振模的数目与光子晶体结构周期数m相对应;当入射角一定时,共振模的位置可以通过介质的折射率、厚度来调制;当入射光入射角度增大时,多共振模出现整体蓝移,同时共振模宽度变窄。这些特性有望应用于多通道窄带滤波器的设计。     

Air waveguide in a hybrid 1D and 2D photonic crystal hetero-structure

An air waveguide in hybrid one-dimensional photonic crystal and two-dimensional photonic crystal slab hetero-structure is designed. Light propagating in air waveguide can be confined by two-dimensional photonic crystal slab in x-y plane and one-dimensional photonic crystal films in z direction. Theoretical calculations show that air waveguide in the hetero-structure can achieve some functions as 3D PhCs but could be made more easily than 3D PhCs.