低折射率对比度下有机八重准周期光子晶体缺陷模的耦合特性

基于有机半导体发光材料,研究了低折射率对比度下八重准晶结构中双缺陷微腔之间的缺陷模的耦合特性。研究结果表明,在八重准晶双9孔缺陷情况下,缺陷模不但发生了分裂,还出现了一个由双缺陷微腔与中间散射体所构建的复合腔新模式。在此基础上,利用缺陷模的三维场分布和模式之间的相位关系,揭示了模式耦合的物理机制,这为后续可见光波段有机半导体光子晶体器件的设计与制备提供了理论依据。     

光子准晶微腔型传感器特性的研究

采用时域有限差分法,研究了八重光子准晶微腔型光学传感器的物理特性。研究结果表明,光子准晶微腔具有高品质的共振模,其场被高度局域在腔中心,并向周边对称性扩展,呈现出高度的八重旋转对称性。由于缺陷模场扩展到微腔的周边环境中,使得模场能与外部环境产生强烈的相互作用,因此实现了高灵敏度的光学传感。在光通信波段长1 550nm时,折射率灵敏度达到了700nm/RIU。研究结果为实现一类新型光子准晶型高灵敏度生物传感器提供了重要的依据。     

含复合缺陷层的光子晶体的光学特性

运用传输矩阵法研究了在一维光子晶体中插入缺陷层的透光特性。在无缺陷层的一维光子晶体中能产生467~510 nm、1 279~1 715 nm两处明显的光子带隙。重点研究了插入缺陷层后,在1 279~1 715 nm的光子带隙中缺陷层厚度和入射角度大小分别与透射光谱变化的关系。研究发现：缺陷模的位置对入射角变化很敏感;出现缺陷模的数量和插入缺陷层的数量相同;一维光子晶体厚度的增大不会改变缺陷模的数量和位置,只改变透射峰的宽度和透射率。     

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．     

含负折射率材料一维光子晶体的全方位带隙和缺陷模

运用光学传输矩阵理论,研究了含负折射率材料一维二元光子晶体的禁带特性和局域模特性,发现了一种新型全方位光子带隙.与传统的Bragg带隙相比,这种新型全方位光子带隙的中心频率和带宽对入射角的变化不敏感.讨论了引入缺陷层后,入射角变化和各层介质厚度做一定比例的缩放时对缺陷模位置的影响.这种特性在具有固定带宽的全方位反射器和微波技术中全方位或大入射角滤波器方面有重要的应用价值.     

对称型单负交替一维光子晶体的能带结构

构造了(AB)^N(BA)^N对称型两种单负材料交替一维光子晶体,利用传输矩阵法进行数值模拟.结果表明：这种单负交替对称型一维光子晶体具有一种特殊带隙结构,该带隙不敏感于入射角和晶格的无序性.在该带隙内出现了两个隧穿模,该隧穿模不敏感于入射角的改变和晶格的无序性,但能带及带隙内的隧穿模却敏感于晶格标度和周期数的变化;随着入射角的改变,带隙两侧的隧穿模趋于简并.这些特性对在利用此结构光子晶体设计双重超窄带滤波器时,具有一定的参考价值. 关键词： 光子晶体 单负材料 光子带隙     

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。     

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。     

混合准周期异质结构的带隙补偿与展宽

基于一维光子晶体异质结构的多帯隙交叠补偿思想,提出了一种新颖的混合准周期级联结构,用于扩大全方位光子带隙.该全方位反射器结构由Fibonacci准周期结构和Thue-Morse准周期结构级联构成,研究表明,相比单种准周期结构,其全方位光子带隙宽度有显著提高.系统研究了结构参数(如周期数、阶数、介质折射率和厚度)对该结构光子带隙的影响,通过与周期结构带隙特性的比较,分析了准周期结构易于实现多带隙交叠的原因,为更复杂带隙结构的补偿和展宽奠定了设计基础.     

Theoretical study of light localization in photonic bandgaps of organic octagonal quasiperiodic photonic crystal slabs

Based on the polystyrene material of low refractive index, light localization in photonic bandgaps of two kinds of 2D octagonal quasiperiodic photonic crystal slabs are investigated in theory, including the air-rod polystyrene slab and polystyrene-rod slab. The properties of bandgaps and localized modes in both two defect-free patterns are analyzed in detail. When a single-point defect is introduced into two quasiperiodic structures, the position of emerging defect modes and the red-shifting of resonant modes in wavelength are observed quite differently when the defect microcavity is increased in size. This difference is caused by the competition of two physical mechanisms, which are the effect of defect energy levels caused by defects introduced into photonic crystals and the resonance of modes in the defect cavity. These results will provide theoretical support for experimental fabrication of organic light-emitting quasiperiodic photonic crystal devices.     

二维非晶光子材料的缺陷态

应用多重散射方法计算了二维介质柱构成的非晶光子材料的缺陷态。在非晶光子材料中抽掉不同位置的圆柱会产生频率不同的缺陷模，但缺陷模的能量都是非常局域的，能量基本上集中在以缺陷波长1／3为半径的圆内。这表明非晶光子材料中形成的缺陷模不仅具有周期性光子晶体的缺陷模的强局域化特征，同时缺陷模更富于变化。     

填充比和格点方向对二维三角晶格光子晶体带隙的影响

采用有限元法,计算了二维三角晶格椭圆形格点空气孔型光子晶体的TE、TM模式的带隙结构。通过对椭圆形空气孔格点的大小、方向进行改变,研究了填充比、格点方向对带隙的影响。计算结果表明,在空气孔型光子晶体中TE模式更容易形成带隙;不同填充比情况下,格点方向对TE模式和TM模的带隙变化都具有不同影响;不论格点方向如何变化,均未出现完全带隙。     

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。     

可见光波段SiO2/CdSe一维光子晶体及缺陷模的研究究

采用SiO2/CdSe构建了可见光波段一维光子晶体结构,并在其中引入LiTaO3缺陷层。利用传输矩阵法,分析了电磁波在无缺陷与含LiTaO3缺陷层两种光子晶体中的带隙结构,系统地研究了缺陷层参数对光子晶体可见光波段带隙结构的影响规律。计算结果表明：LiTaO3的引入,有利于带隙宽度的增加,调整缺陷层结构参数,缺陷模的位置可在不同颜色区域出现,如红光、黄光等缺陷模。该结构有望用于制作可见光波段的滤波器。     

不同晶格常数光子晶体构成的光量子阱中的共振模

用基于平面波的传输矩阵法分析由具有不同晶格常数的光子晶体材料构成的光量子阱结构中的共振模，发现湮没于垒层的阱层能带分离成共振模，且共振模的数目随阱层的厚度变化而改变。提出一种新型的非对称量子阱结构模型，由2块晶格常数不同的光子晶体材料和夹在光子晶体材料中间作为阱层的均匀介电材料构成，并对其中的共振模进行了分析。指出当阱层厚度达到构成垒层的光子晶体晶格常数的一半时出现一个共振模，若继续小量增加阱层厚度将使共振模频率出现红移。最后给出一种基于平面波的传输矩阵法，且对于不同晶格常数的光子晶体量子阱结构均有效的数值模拟方法，可用于研究由三维光子晶体材料或者色散材料组成的光子晶体量子阱结构。     

Photonic band gaps structure properties of two-dimensional function photonic crystals

The tunable two-dimensional photonic crystals band gap, absolute photonic band gap and semi-Dirac point are beneficial to designing the novel optical devices. In this paper, tunable photonic band gaps structure was realized by a new type two-dimensional function photonic crystals, which dielectric constants of medium columns are functions of space coordinates. However for the two-dimensional conventional photonic crystals the dielectric constant does not change with space coordinates. As the parameter adjustment, we found that the photonic band gaps structures are dielectric constant function coefficient, medium columns radius, dielectric constant function form period number and pump light intensity dependent, namely, the photonic band gaps position and width can be tuned. we also obtained absolute photonic band gaps and semi-Dirac point in the photonic band gaps structures of two-dimensional function photonic crystals. These results provide an important theoretical foundation for design novel optical devices.     

Investigation of Infrared Photonic Crystal Slab with Defect Waveguides

This paper deals with the two dimensional (2-D) infrared photonic crystal slab with an air-bridge structure featuring defect waveguides in which the optical propagation properties were obtained by measurements of transmission spectra. 3-D finite-difference time-domain (FDTD) simulations have revealed the appearance of four defect propagation modes for the band structure and transmission spectra in the air-bridge slab. These defect modes were experimentally identified in the measured transmission spectra.     

二维色散和各向异性磁化等离子体光子晶体色散特性研究

采用平面波展开法和时域有限差分法研究了二维色散和各向异性磁化等离子体光子晶体的色散特性.当波矢在周期平面时,由于外加磁场的作用使TE模的色散曲线出现两个不同区域的平带,改变磁场的大小不但可以控制平带的位置,而且可以控制光子带隙的位置和大小.增大背景材料的介电常数,可以形成全方向光子带隙,随着背景材料介电常数的增加,带隙的中心位置降低但带隙宽度增加.当波矢偏离周期平面时,色散曲线不再分为TE和TM模,随着非周期平面波矢的增加,带隙位置上移,带隙宽度先增加随后基本保持不变.