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。     

磁化等离子体光子晶体缺陷态的研究

采用磁化等离子体的分段线性电流密度卷积时域有限差分(PLCDRC-FDTD)算法研究具有单一缺陷层的一维磁化等离子体光子晶体的缺陷模特性. 从频域角度分析得到微分高斯脉冲的透射率,并讨论该光子晶体的缺陷层厚度、位置、周期常数和等离子体参数对其缺陷模的影响. 结果表明,改变位置和周期常数不会影响缺陷模的频率,改变缺陷层的厚度可以增加缺陷模数,改变等离子体参数能同时影响缺陷模的频率和峰值. 关键词： 磁化等离子体光子晶体 光子晶体 缺陷模 时域有限差分法     

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.     

镜像对称缓变准周期结构一维光子晶体的缺陷模

利用传输矩阵方法,研究了镜像对称缓变准周期结构一维光子晶体的缺陷模。结果表明,当镜像对称缓变准周期结构一维光子晶体的周期数增加时,禁带宽度逐渐展宽;引入缺陷后,出现缺陷模,缺陷模的波长随缺陷层厚度增加和缺陷层介质折射率的增大而向长波方向移动。     

基于含单负材料光量子阱结构的全向多通道滤波器

分析了含单负材料的光量子阱结构中的振荡透射模的性质.用两种单负(负介电常量或负磁导率)材料交替周期堆叠形成的两个光子晶体构造了一维光量子阱结构,该结构中仅其中一个光子晶体含有零有效位相带隙.数值计算结果发现,在零有效位相带隙内存在振荡透射模.通过改变井区域光子晶体内单负材料层的厚度及周期数,振荡透射模的数目、频率及频率间隔均可调节.振荡透射模对入射角度的依赖均很弱;随着入射角度的改变,缺陷模频率的相对改变量保持在0.02以下.该研究结果可用于设计多通道全向滤波器.     

非磁化等离子体光子晶体缺陷态的研究

采用时域有限差分法中的分段线性电流密度卷积算法,研究具有单一缺陷层的一维非磁化等离子体光子晶体的缺陷模特性.从频域角度分析得到微分高斯脉冲的透射率,并讨论该光子晶体的缺陷层介电常数、厚度、位置、光子晶体的周期常数和等离子体参数对其缺陷模的影响.结果表明,改变以上参数可获得不同的缺陷模. 关键词： 时域有限差分法 非磁化等离子体光子晶体 缺陷模     

基于含单负材料光量子阱结构的全向多通道滤波器

分析了含单负材料的光量子阱结构中的振荡透射模的性质.用两种单负（负介电常量或负磁导率）材料交替周期堆叠形成的两个光子晶体构造了一维光量子阱结构,该结构中仅其中一个光子晶体含有零有效位相带隙.数值计算结果发现,在零有效位相带隙内存在振荡透射模.通过改变井区域光子晶体内单负材料层的厚度及周期数,振荡透射模的数目、频率及频率间隔均可调节.振荡透射模对入射角度的依赖均很弱;随着入射角度的改变,缺陷模频率的相对改变量保持在0.02以下.该研究结果可用于设计多通道全向滤波器.     

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     

半无限周期光子晶体全反射隧穿效应的共振机理

建立了一维半无限周期光子晶体的谐振腔模型.利用谐振腔的共振条件推导出全反射隧穿导带波长满足的解析公式,从理论上解释了一维半无限周期光子晶体的全反射隧穿效应产生的物理机理.利用波长的解析公式对全反射隧穿导带的波长随导带级数、腔光学厚度以及入射角的变化规律进行了研究,解释了一维半无限周期光子晶体的全反射隧穿效应的变化规律.将共振理论的结果与色散法的结果进行比较,其结果吻合.     

RTCM算法在一维光子晶体缺陷模中的应用

利用RTCM算法研究一维光子晶体的缺陷模.研究了TE波和TM波入射时的情况,通过改变杂质层的光学厚度以及杂质层的折射率从而得出一些有重要指导意义的缺陷模特性.同时对有缺陷的一维光子晶体在窄带滤波器中的应用做了一定程度的探讨.结果表明:正入射时,TE波和TM波的透射率几乎相同,随着杂质层光学厚度的增加,透射峰数目增加,这有助于制作多道窄带滤波器.因此,有缺陷的一维光子晶体可以制作波分复用中的多道滤波器.     

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。     

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。     

一维光子晶体谐振腔的模式类型及其性质

利用光学传输矩阵法研究了一维光子晶体谐振腔的谐振波长、品质因子和缺陷层厚度之间的变化关系,发现谐振腔内存在不同级次的谐振模式;对于同一级次的谐振模式,品质因子在某一波长(λm)时达到极大值,该波长恰为光子晶体反射率最高处所对应的波长,也是该光子晶体的布拉格共振反射波长;在λm处,品质因子随级次的增加而线性增加;品质因子随周期层数增加而指数增加,但其增长因子与模式级次无关,也与周期数无关,只与谐振波长有关;对于所有级次的谐振模式,增长因子在λm处达到最大值。这对提高品质因子、减小谐振腔体积、优化谐振腔有重要意义。     

The effect of random variations of structure parameters on photonic band gaps of one-dimensional plasma photonic crystals

The electromagnetic properties of one-dimensional plasma photonic crystals influenced by random perturbation of structure parameters are studied through transfer matrix method in the paper. The random perturbation of thicknesses of layers as well as plasma frequency of layers can influence the electromagnetic properties of one-dimensional plasma photonic crystal. The random perturbation of thicknesses of layers tremendously impacts the band structure of one-dimensional plasma photonic crystals in high frequency domain. The random perturbation of plasma frequency, however, contributes to the moving of a cutoff frequency in the low frequency domain. The position of the defect mode of one-dimensional plasma photonic crystal randomly moves due to the random perturbations. The effect of random perturbation of plasma frequency is more significant than that of random perturbation of thickness of layers, which alters not only the transmittance but also the position of the defect mode. An improved quality factor and a shortened moving distance of the defect mode are both acquired by increasing the period number. And then this work may provide a crude but useful instrument in analyzing disordered 1DPPCs.     

缺陷态复周期光子晶体的特性研究

利用传输矩阵法计算复周期结构的光子晶体的色散关系和滤波特性 ,并重点研究了含有缺陷的类似于谐振腔结构的光子晶体滤波特性.由于这种缺陷态复周期结构的可调参数多,人们很容易得到在红外波段1550 nm附近窄带滤波窗口,透过率可达到近90%,而窗口以外的透过率在0.02%以下.当改变中间夹层厚度、周期数及缺陷层数时,窄带滤波窗口的位置和带宽发生改变.因此,它在高速,长距离光通信中将有很好的应用.     

Angular tuning of defect modes spectrum in the one-dimensional photonic crystal with liquid-crystal layer

A one-dimensional ZrO₂/SiO₂ photonic crystal with a 4-n -pentyl-4' -cyanobiphenyl (5CB) nematic defect layer was used to investigate the transmission spectra of light polarized parallel and perpendicular to the liquid-crystal director at different angles of incidence. The spectra of the photonic crystal were shown to split into four polarized components T_ij at oblique incidence. When the incident angle increased, the bandgap edges and the defect modes shifted towards short wavelengths, while the amplitudes of the defect modes increased for the transverse magnetic polarization and decreased for the transverse electric polarization. The observed discrepancy between the defect mode amplitudes in the center and near the edges of the photonic bandgap was found to be related to the radiation losses inside the defect layer of a non-ideal photonic crystal. The simulated transmission spectra obtained using recurrence relations and taking into account the decay of defect modes are in good agreement with the experimental data.     

Magneto-optical activity of a one-dimensional photonic crystal with a magnetic defect

The influence of a magnetic defect on the field distribution and magneto-optical properties of a one-dimensional photonic crystal has been investigated. It has been shown that the maximum localization of the wave field in the defect layer is achieved in an asymmetric photonic crystal structure. A greater Faraday rotation, which significantly exceeds the angle of rotation of the polarization plane in an isolated magnetized layer, and a higher degree of localization of the wave field can be achieved when the magnetic layer is surrounded by layers of photonic crystal mirrors with a lower refractive index. An increase in the Faraday rotation angle is determined not only by an increase in the thickness of the magnetic defect but also by a symmetric increase in the number of periods in the photonic crystal mirrors.     

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。