中红外区二氧化钛反蛋白石光子晶体的光子定域化研究

为了得到二氧化钛反蛋白石光子晶体中影响光子定域化的规律,基于Mie散射理论和低浓度近似,对光子定域化参量进行了数值计算与理论分析,发现在该氧化物的剩余射线区内,入射波长和散射体大小对光子定域化有明显的影响.结果表明,在散射体浓度为10%,相对折射率大于3.8时,在中红外区13.3~15.3 μm范围内出现了光子定域化现象,并随着散射体半径的增大,定域化区向长波方向移动;同时,定域化参量先增大后减小.研究结果为实验上在该类光子晶体中实现光子定域化现象提供了理论参考.     

中红外低浓度无序介质的光子定域化理论研究

提出一些折射率比锗还高的中红外材料(第一类)以及中红外反常色散材料(第二类)可以用于无序介质的光子定域化研究.基于Mie散射理论的研究发现,即使在低浓度散射体近似下,也容易在第一类无序介质中实现光子定域化;同时可在第二类无序介质中实现一定意义下(含一定的吸收)的光子定域化,且频率位于各自的剩余射线带内.研究还发现,基质的折射率效应在这两类无序介质中的作用完全不同.还提出了散射体平均等效散射截面饱和的假设,讨论了因此而导致的问题 关键词： 光子定域化 无序介质 中红外 反常色散     

基于Mie散射理论对砷化镓光子晶体安德森定域化研究

 基于Mie散射理论和低浓度近似,对砷化镓作为散射体光子晶体中的安德森定域化参量进行了理论计算,并分析了影响定域化现象的各种因素。结果表明:在散射体体积分数为10%,相对折射率大于3.8时,远红外区50~65 μm范围内出现严格的定域化现象;随着散射体半径的增大,定域化区向长波方向移动,且定域化参量先增大后减小。     

含金属散射体的中红外无序介质的光子定域化理论研究

基于Mie散射理论发现,各种金属在中红外区的各个频率点上的散射行为均极为相近,是一种在中红外区反照率高但散射效率较低的散射体.在浓度为10%时,介质的定域化参量最小只能达到6.6,并且与体系的常用基质材料无关.数值研究揭示了这种金属散射体系统与低吸收、高折射率散射体系统间的内在联系 关键词： 光子定域化 无序介质 中红外 Mie散射 金属     

基于Mie散射理论的光子晶体安德森定域化研究

基于Mie散射理论和低浓度近似,对磷化镓光子晶体的安德森定域化进行了理论计算,并分析了影响定域化参量的各种因素。结果表明,在浓度为10%,折射率比值大于3.8,无吸收状态下,中红外区出现了安德森定域化现象,并且随粒子半径的增大,定域化区向长波段移动,且基质折射率的增大使定域化现象减弱。研究结果为该类晶体的定域化现象提供了理论参考。     

红外区金属氧化物反蛋白石光子晶体的安德森定域化研究

根据Mie散射理论,在低浓度近似下,对中红外区由金属氧化物构成的反蛋白石光子晶体的禁带的存在区域,即光子定域化区进行了研究。发现在浓度为10%,此类晶体在中红外区将出现多个光子禁带区域,并且计算了影响定域化区域的各种因素。由此可知利用材料在剩余射线带内折射率小于1的特性,我们可以制备出中红外区和远红外区存在禁带的光子晶体。这一结果为反蛋白石晶体的研究提供了理论方法。     

光子的双波描述

用双波理论描述光子,使光子成为具有定域性的量子粒子.光子的波粒二象性以及圆极化和线极化的二象性在理论中都得到了体现.     

类Opal光子晶体红外区安德森定域化理论研究

本文根据Mie散射理论和低浓度近似下,对在中红外区高折射率半导体材料AlP等做为散射体的类Opal光子晶体的安德森定域化进行了理论研究,发现在浓度为10%,折射率比值大于3.8,无吸收状态下,此类晶体将出现两个定域化区.同时为此类晶体的定域化研究提供了一个比较理想的处理方法.     

硅基两维光子晶体的制备和光子带隙特性

利用反应离子束刻蚀设备制备了硅基的两维空气柱光子晶体，并用红外显微镜测试了样品的 反射谱. 理论上用时域有限差分(FDTD)方法计算了样品的光子带隙，从测试结果看光子带隙 和理论计算的光子带隙符合得很好.  关键词： 光子晶体 光子带隙 反射谱 时域有限差方法     

基于太极形介质柱六角光子晶体禁带特性研究

提出了一种新型的非对称性散射体的二维六角晶格光子晶体结构–-太极形介质柱光子晶体. 利用平面波展开法从理论研究这种光子晶体结构的能带特性以及结构参数对完全禁带的影响. 研究表明:散射体对称性的打破, TE模和TM模能带宽度和数目都会有所增加, 有益于获得更宽的完全禁带以及更多条完全禁带.通过参数优化, 发现在ε = 17, R=0.38 μm, r=0.36R, θ = 0° 时, 获得最大完全带隙宽度0.0541(ωa/2πc); 在ε = 16, R=0.44, r=0.2R, θ = 0°时, 光子晶体完全带隙数目最多达到8条. 关键词： 光子晶体 禁带 平面波展开     

Photonic Bandgap Deformation in a Nonideal Synthetic Opal Photonic Crystal

The Bragg diffraction in synthetic opal as a 3D photonic crystals has been analyzed using the weak disorder model in various approximations. For a one-domain crystal, the photonic bandgap is calculated in the regime of reflection along the 〈111〉 axis. In the multidomain case, a considerable expansion of the photonic bandgap, the emergence of asymmetry, and the photon band shift to the short-wavelength region are demonstrated. The results are compared with experimental dependences.     

一种类分形结构光子晶体的能带

用时域有限差分方法计算了一种类分形结构光子晶体的能带.数值计算结果表明,这种结构的光子晶体在介质柱、空气背景的情况下具有不完全带隙.而且,其能带结构随着级数的增大在整体地趋向于低频的同时,能带结构也趋于稳定.     

两端有慢变结构的光子晶体的能带特性研究

研究了几种两端有慢变周期结构的光子晶体的能带特性，研究发现，通过在普能光子晶体两端添加适当的慢变周期结构，可以使光子晶体的光子禁带区向短波区或向长波区扩展，也可以同时向短波和长波两个区域扩展，与普通结构的光子晶体的光子禁带宽度相比，可以获得400％以上的禁带区宽度的拓展。     

Photonic Band Gap in Two-Dimensional Anisotropic Photonic Crystal with Rectangular Bars

Photonic band gap (PBG) in two-dimensional (2D) anisotropic photonic crystal (PC) constructed of rectangular bars has been numerically studied by using Transfer Matrix Method (TMM). The results show that the PBG is bounded by the lower band edge of TE wave and the upper band edge of TM wave. Its width simply increases with increasing of shape parameter . It reaches a maximum value as the structure degenerates into its 1D counterpart, due to the complete overlapping of gaps in TE and TM waves. The anisotropy in PC structure results in the transmission anisotropic property. One can design the PBG structures in different incident directions to match their application demand.     

异质三周期光子晶体的光子带隙特性

利用传输矩阵法研究了由TiO₂和SiO₂两种材料构成的异质三周期一维光子晶体的传光特性,发现该结构能在波长为200~ 2 000 nm的范围内形成7处比较明显的光子带隙,并且波长越大,带隙的宽度越大。重点研究了这种结构的光子晶体的透射谱线与入射角度、介质层数及介质层厚度的关系,发现该结构形成的光子带隙的大小和位置对介质层的循环周期数不敏感,但对入射角度和介质层的厚度很敏感。     

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。     

含Kerr非线性的一维光子晶体中的类孤子

研究了含Kerr非线性的一维光子晶体中的类孤子。计算了光子晶体中加入Kerr非线性材料后,类孤子和入射光强、Kerr系数以及线性势阱的关系。随着线性势阱的降低,对应于在线性带隙中开始出现类孤子本征模所需要的最小入射强度也降低,即降低了非线性阈值;尽管非线性是产生类孤子的根本原因,但非线性系数对产生类孤子及孤子环中环的影响不如线性势阱高度的影响显著。     

Photonic Band Gap Structures with Periodically Arranged Atoms in a Two-Dimensional Photonic Crystal

Linear transmission, reflection and absorption spectra for a new two-dimensional photonic crystal with periodically arranged resonant atoms are examined. Numerical results show that a twin-gap structure with forbidden bands displaced from a non-doped bandgap structure can be produced as a result of atomic polarization. The absorption spectrum is also significantly altered compared to the single atom entity.     

Photonic Band Gap Properties of Three-Dimensional SiO2 Photonic Crystals

Three-dimensional SiO2 photonic crystals （PhCs） are fabricated on quartz substrates by the vertical deposition method. Scanning electron microscopy measurement reveals that the samples exhibit an ordered close-packed arrangement of SiO2 spheres. It is found that the position of the [111] photonie band gap （PBG） shifts to a long wavelength （red shift） with increasing sphere size. Gap broadening effects are observed due to the presence of defects in the samples. Moreover, the optical properties of the PBG are very sensitive to the annealing temperature. Our results indicate that the optical properties of the PBG can be easily tuned in the visible region by appropriate experimental parameters, which will be useful for practical applications of PhC optical devices.     

Photonic crystal devices

We developed photochemically controlled photonic crystals which may be useful in novel recordable and erasable memories and/or display devices. These materials can operate in the UV, visible or near IR spectral regions. Information is recorded and erased by exciting the photonic crystal with ∼ 360 nm UV light or ∼ 480 nm visible light. The recorded information is read out by measuring the photonic crystal diffraction wavelength. The active element of the device is an azobenzene functionalized hydrogel which contains an embedded crystalline colloidal array. UV excitation forms cis-azobenzene while visible excitation forms trans-azobenzene. Larger dipole moment of the cis-form results in decrease of the free energy of mixing which causes the hydrogel to swell and to red-shift the photonic crystal diffraction with a 36 s time constant. We also observed fast ms and sub-ms transient dynamics associated with convection due to heating of the medium by UV excitation. Convective motion of the medium stretches the PCCA for about 6 μs within which the convection decays and the elastic restoring force of the PCCA brings back the stretched PCCA to its equilibrium state with 33 μs time constant. Paper presented at the 2nd International Conference on Ionic Devices, Anna University, Chennai, India, Nov. 28–30, 2003.