二维正方格子磁性光子晶体的界面传导模

采用平面波展开加超元胞方法计算了二维正方格子磁性光子晶体的光子带隙结构，其中散射子的形状分别为长方形，正方形，六角形和圆形.结果表明绝对带隙宽度和其宽高比远大于同种结构的非磁性光子晶体.在此基础上，构成了混合型异质结，并计算了相应的传导模，发现了理想的界面传导模，而且当磁性散射子为长方形、圆形、六角形散射子时产生传导模都不需要晶格畸变，这也是磁性光子晶体异质结所具备的优点. 关键词： 光子晶体 光子带隙结构 传导模     

一维光子晶体缺陷模的偏振特性研究

利用周期结构的布洛赫定理推导了一维无限光子晶体缺陷模方程,研究了缺陷模的偏振特性,以及在不同入射角和缺陷层厚度下缺陷模位置的变化.利用传输矩阵方法对有限周期数光子晶体也进行了研究,分别对应一维无限光子晶体和有限周期数光子晶体给出了数值计算结果.通过比较这两者的数值结果得出了缺陷模随入射角和缺陷层厚度变化的一般规律.     

光子晶体中的磁控光子开关线路

提出了一个光子晶体中的磁控光子开关线路的理论模型，并利用平面波展开加超原胞方法计算了它的光学性质.这个模型由设置在空气中的介电柱子光子晶体构成，其中一排柱子被具有同样介电常数的铁氧体柱子替换.当外加磁场时，铁氧体柱子产生了不等于一的磁导率，这就会在光子带隙中产生波导模.当撤去外场，整个体系还原为完美光子晶体.由此便可形成磁控光子开关线路.具体选择了正方形柱子设置在正方形格点上，计算结果证明这种设想是可行的，并给出一些有价值的结果. 关键词： 光子晶体 传导模 磁导率     

用传输矩阵法(TMM)研究二维光子晶体传输特性

将传输矩阵法(TMM)用于光子晶体传输特性的理论研究，采用Mur近似吸收边界和周期边界来截断计算区域，研究了以TM模正入射时，二维方格子光子晶体在完整周期结构下和有缺陷结构下的透过率谱；在微波波段制作了光子晶体模型，并设计了实验装置；实验与数值模拟计算取得了基本一致的结果。     

双周期厚度调制的一维光子晶体的电磁模

计算了厚度调制的双周期一维光子晶体的能带. 当一维光子晶体的厚度被周期性地调制时， 原来的能带分裂为许多子能带，其中一些很窄的子能带进入了原来的单周期光子晶体的带隙 内. 这些窄带内的电磁模的场强具有双周期性分布的特点，并有较强的局域性. 在较宽的子 能带中的电磁模是扩展的. 关键词： 光子晶体 双周期 电磁模     

光子晶体共振现象研究

完整二维光子晶体中引入点缺陷后，在光子晶体禁带中会有共振模出现；将时域有限差分方法(FDTD)用于光子晶体共振特性研究中，给出共振频率的位置，直观地给出共振现象发生的过程。     

一维掺杂光子晶体缺陷模的共振理论

为了得到一维掺杂光子晶体的共振理论,建立了一维掺杂光子晶体的谐振腔模型,利用谐振腔的共振条件推导出缺陷模频率满足的解析公式,从理论上解释了产生一维掺杂光子晶体缺陷模的物理机理.利用频率的解析公式对缺陷模的频率随入射角、杂质光学厚度以及杂质折射率的变化规律进行了研究,解释了一维掺杂光子晶体缺陷模的变化规律.与特征矩阵法的计算结果相比,其结果完全吻合,从而证明了共振理论的正确性,弥补了一维光子晶体研究中数值计算方法的不足.     

一维掺杂光子晶体缺陷模的共振理论

为了得到一维掺杂光子晶体的共振理论,建立了一维掺杂光子晶体的谐振腔模型,利用谐振腔的共振条件推导出缺陷模频率满足的解析公式,从理论上解释了产生一维掺杂光子晶体缺陷模的物理机理.利用频率的解析公式对缺陷模的频率随入射角、杂质光学厚度以及杂质折射率的变化规律进行了研究,解释了一维掺杂光子晶体缺陷模的变化规律.与特征矩阵法的计算结果相比,其结果完全吻合,从而证明了共振理论的正确性,弥补了一维光子晶体研究中数值计算方法的不足.     

空芯光子晶体光纤光子带隙的测量与数值模拟

用全矢量平面波法计算三角结构光子晶体光纤的带隙. 用透射法测量了自制的空芯光子晶体光纤的透射谱，得到了它在可见光波段透射强度与波长的关系，并在随后的实验中观测到了传光的模场图.通过理论模拟了实验所用的空芯光子晶体光纤的带隙图，与实验结果具有较好的一致性. 关键词： 空芯光子晶体光纤 光子带隙 全矢量平面波法 透射     

应用不对称一维光子晶体结构制备窄光谱LED

对周期性的GaAlAs／AlAs模块堆积组成的有缺陷的一维光子晶体的光波传输模式进行了理论与实验研究。由于堆积结构的周期性受到破坏,导致了光子晶体中模密度发生变化,光波的传播也发生了变化。对模密度和光的传播模式分别用流行的光子能态理论和光学传输矩阵进行了计算和模拟。计算发现采用不对称结构的一维光子晶体结构在实际应用中有更大的灵活性。用金属有机物化学汽相沉积方法实现一维光子晶体,并用于裁剪普通的发光二极管电致发光谱,在20mA的激发电流下,半峰全宽为2．8mm,单色性优 于共振腔发光二极管。在较大的激发电流下,带边发射的增强现象也被观测到。     

一维光子晶体禁带的展宽

作为一维光子晶体的应用基础，一维光子晶体的禁带是研究的重点。通过传输矩阵的方法分析了一维光子晶体禁带的特性，讨论了影响带宽的因素。说明了相对带宽对光子晶体设计的重要性。在这个基础上讨论了扩展一维光子晶体带宽的方法，提出了在角域范围内对光子晶体进行叠加的方法，为设计制造一维光子晶体提供了一种行之有效的方法。分别对2个、3个和4个晶体的叠加进行了分析，最后计算了所设计的合成晶体的反射率。其中4个晶体的叠加，相对带宽达到57．52％，极大地展宽了一维光子晶体的禁带，从而证明利用角域的叠加来展宽一维光子晶体的禁带是非常有效的。     

一维光子晶体光谱控制实验研究

 光子晶体的禁带特性为伪装材料的光谱控制研究提供了一条新的技术途径。利用传输矩阵的方法建立了一维光子晶体光谱透射、反射的理论模型,针对伪装材料近红外高反射、中远红外低发射的要求,优选Ag,MgF2和ZnS等材料作为光子晶体的薄膜材料,采用真空蒸发镀膜的方法制备出Ag/MgF2,Ag/MgF2/ZnS 4种不同周期结构的一维光子晶体,并实验研究了一维光子晶体的光谱反射和透过特性。结果表明：材料和周期结构对一维光子晶体光谱特性有不同的影响,通过优化设计可以实现在伪装波段内的光谱特性要求。     

光子晶体波导定向耦合器

在完整二维光子晶体中引入线缺陷后，就形成了光子晶体波导；将时域有限差分方法(FDTD)用于光子晶体波导耦合研究，计算了不同耦合长度情形下的波导各个出口处的透过率，结果表明：光子晶体波导耦合遵循普通介质波导耦合的一般规律，也有定向耦合的功能。进一步的研究表明：对于不同的频率，光子晶体定向耦合器耦合系数是不同的，并且耦合系数和对应的频率之间近似直线关系。     

一维准周期光子晶体缺陷模特性研究

利用传输矩阵法,计算了含缺陷层的一维准周期光子晶体在入射角为0°和10°时的透射谱,并将其和对应的含缺陷层的周期光予晶体的透射谱进行了对比。结果表明：在上述入射角的情况下,当缺陷层介质的厚度为四分之一波片层的整数倍M时,通带中新增缺陷模的个数仍满足M-1的关系,但准周期光子晶体的透射谱散失了原来的左右对称性;当M取非整数时,中心通带顶部由原来的三峰状变成双峰状。     

光子晶体四信道波分复用器的研究

提出了一种由2-D光子晶体构成的四信道波分复用系统。该系统包括利用光子晶体的线缺陷实现的波导部分和利用光子晶体微腔实现的频率选择部分。采用时域有限差分(FDTD)方法,研究了光在含点缺陷(即微腔)和线缺陷(即波导)的光子晶体中的传输特性,并给出了仿真结果。计算结果表明,该结构可以实现波长为λ=1550nm附近的四信道波分复用。     

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。     

Electromagnetic modes in semi-infinite photonic crystals

In a real photonic crystal, there exist three modes: propagation mode, evanescence mode and surface mode. Using ideal modal, semi-infinite photonic crystals, we study their effects on the transmission spectrum of photonic crystals, respectively. Because there exists only one air–crystal interface in a semi-infinite photonic crystal, no multiple reflection occurs and no evanescent modes and backward-propagating modes exist in this structure. The effects of the evanescence modes are studied by comparing the transmission spectrum of a finite-thickness photonic crystal slab and that of a semi-infinite photonic crystal. In addition, the effects of the backward-propagating modes are investigated using a coated semi-infinite photonic crystal structure. Finally, we study the effects of the surface modes, and find that the transmission spectrum of a semi-infinite photonic crystal is strongly dependent on its termination.     

A method of designing photonic crystal grating slow-wave circuit for Ribbon-Beam microwave travelling wave amplifiers

A method of designing a photonic crystal grating slow-wave circuit in which the cylinders of the 2D photonic crystals dot on a cross-sectional plane is established by calculating the band structures of the 2D photonic crystals, and the eigenfrequency of the equivalent waveguide grating. For calculating the band structures, the eigenvalue equations of the photonic crystals in the system of photonie crystal grating slow-wave circuit are derived in a special polarization mode. Two examples are taken to show the method. The design result is validated by the scattering parameters of the same circuit. The result indicates that there exists no photonic band gap if the metal gratings do not extend into the photonic crystals; the design of the circuit without the metal gratings extending into the photonie crystals is less flexible than that with the metal gratings extending into the photonic crystals.     

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。     

圆柱形光子晶体中电磁波的模式和带隙

利用电磁波在一维圆柱光子晶体中径向受限的条件,推导出电磁波在一维圆柱光子晶体中各个模式满足的关系式。研究了各个模式的特征。计算出TE波和TM波各模式的禁带随模式量子数、圆柱半径以及入射角的变化规律。得出了一些不同于一维非受限光子晶体带隙的新结构。