三角晶格二维光子晶体的横磁模特性

基于平面波展开法,以介电常数分别为1F/m和12F/m的物质构成三角晶格二维光子晶体,改变空气孔半径r与晶格常数a之间的大小,数值模拟得到了三角晶格二维光子晶体横磁模带隙,当r=.4α时形成三处三角晶格二维光子晶体横磁模的带隙,其中最大三角晶格二维光子晶体横磁模带隙出现在0.6766—0.8000Hz,差值为0.1234Hz。研究结论为光子晶体器件的制作提供参考。     

太赫兹波段三角晶格二维光子晶体的传输特性

用平面波展开法研究了太赫兹(THz)波在二维三角晶格光子晶体中的传输特性。数值计算了以硅为背景的空气圆柱构成的二维三角晶格光子晶体的能带结构和态密度,计算表明在介质圆柱半径r=0.47a(a为空气介质柱的晶格常数)出现最大完全光子带隙,带隙宽度为0.070 1 THz;当r=0.49a和r=0.45a时,E偏振和H偏振分别出现最大光子带隙,带隙宽度分别0.102 2,0.192 3 THz。光子晶体能态密度的分布也表明了存在光子带隙的范围。研究结果为THz器件的开发提供了理论依据。     

二维正方晶格光子晶体禁带特性

基于平面波展开法,以碳化硅构成二维正方晶格光子晶体,数值模拟了TE模、TM模二维光子晶体的禁带特性,结果表明,TE模更容易形成光子禁带。同时设计了以碳化硅构成二维正方晶格光子晶体波导,数值模拟了TE模、TM模波导的传输特性和禁带特性,结果表明,TE模构成的波导电磁波能够较好的传播,它们的光子禁带都没有出现。研究结论为光子晶体波导器件的开发提供参考。     

二维斜三角晶格光子晶体完全带隙研究

在二维正三角晶格光子晶体的基础上,通过改变晶体的晶格基矢构造了一种全新的周期结构。该周期结构的最小周期单元不再是传统意义上的等边三角形,而是一种更为优化的斜三角形结构。利用平面波展开法理论模拟了二维斜三角晶格光子晶体完全带隙的情况,发现所设计结构的完全带隙宽度是二维正三角晶格光子晶体完全带隙宽度的4.3 2倍。分析了介质柱宽度,介质柱旋转角度以及相对介电常数对所构造结构的完全带隙的影响,所得结果对二维光子晶体的理论研究和实际应用有所帮助。为任意角度的二维光子晶体集成波导的研究和制作提供了理论基础。     

二维三角格子光子晶体的带隙结构

用平面波展开法对二维光子晶体的电磁波理论及周期排列的电介质中电磁波的Bloch波解进行了详细的推导,计算出以GaAs为背景的空气柱构成的二维三角格子光子晶体的能带结构,研究了H偏振和E偏振带隙宽度随填充比f的变化.计算结果表明,当f=0.8时,H偏振和E偏振出现重叠的最大绝对光子带隙,带隙位于0.458-0.529ωe(ωe=2πc/a,a为晶格常数,c为光速),带隙宽度为0.071ωe,相应的带隙波长范围为472.6-545.9nm,处于可见光波段.     

介质柱型二维Triangular格子光子晶体的禁带特性

采用平面波展开法数值计算了空气背景中由圆形、正六边形和正方形介质柱构造的二维三角晶格光子晶体禁带结构,并研究了介质方柱旋转角度、介质折射率和填充比对完全光子禁带宽度的影响.结果表明,在低频区,介质方柱旋转17°时,出现最大完全光子禁带,且最大禁带宽度随介质折射率的变化较为稳定.在高频区,介质方柱旋转30°时,完全光子禁带宽度最大;且介质材料折射率n=2.2时即出现完全光子禁带,n=2.6时,完全光子禁带达到最大.     

二维光子晶体层状超晶格透射特性研究

把平面波展开法(Plane Wave Expansion Method,PWM)用于数值研究圆柱柱体粗细及折射率层状间隔构成的二维光子晶体超晶格的传输特性.数值结果表明,层状超晶格的透射谱中禁带宽度在柱体折射率相同时与粗细柱体半径差异成线性关系,半径相差越大禁带宽度越小,禁带中心位置越向低频方向移动.在半径相同时禁带宽度与层间折射率差异同样成线性关系,折射率相差越大禁带宽度越小,禁带中心位置越向低频方向移动.因此人们可以根据实际应用中的禁带需要利用上述各种可调因素进行调节.     

二维金属光子晶体的带结构研究

采用一种新的平面波展开法研究金属光子晶体的带结构，即在传统平面波展开法的基础上，将“原问题”拓展，引入一个“新问题”，通过求解“新问题”得到“原问题”的带结构，并论证了它们之间的关系.为了准确求解“新问题”，引入辅助函数，将其色散关系等价为一个积分微分本征方程，求解这个本征方程得到“新问题”的带结构，从而由此导出“原问题”的带结构.最后，以正方晶格二维金属光子晶体为例，进行数值计算，得到了满意的结果. 关键词： 金属光子晶体 平面波展开法 带结构 正方晶格     

光控二维光子晶体光开关

提出了一种调节液晶光子晶体光子带隙的方法。二维三角介质柱形光子晶体位于2块熔凝石英片之间,在介质柱之间填充各向同性排列的液晶,受偏振紫外光照射后,光诱导液晶分子定向排列,通过光诱导液晶分子取向改变液晶的折射率。数值模拟结果表明：通过外界光场控制所填充的向列相液晶分子的方向可以对这种二维三角形介质柱光子晶体的禁带结构进行调节。该可调光子晶体可控制波导中TM模和TE模的选择性传输,因而可应用于制作全光光开关。     

二维斜方晶格光子晶体的第一布里渊区分析

二维斜方晶格光子晶体在光学聚焦器件及光子晶体波导中有重要的应用价值。对二维斜方晶格的第一布里渊区进行研究发现,保持斜方晶格基矢模长比R不变,改变倾斜角θ,第一布里渊区形状将在矩形和平行六边形间交替变化,所需的倒格矢也相应地变化,利用倒格矢正交临界条件可以对第一布里渊区的形状和所需的倒格矢进行划分。最后,利用平面波展开法对一种斜方晶格光子晶体进行带隙计算,验证了这种划分的正确性。     

填充率渐变型波状结构二维光子晶体

填充率渐变引起的能带结构和等频面结构的变化是填充率渐变型波状结构二维(2D)光子晶体(PC)产生光路转弯现象的根本原因,由于TM模和TE模在能带结构上存在差异,光路转弯现象就具有明显的偏振选择特性,能够实现归一化频率a/λ为0.29~0.33的偏振分束。利用时域有限差分(FDTD)法模拟了TM模的U型转弯波导,发现出射光位置对入射波长和入射角的变化很敏感,位移变化量分别达到0.38μm/10 nm和0.29μm/(°)。利用TM模的U型转弯波导构建了新型的平行平面谐振腔,并指出由填充率渐变型波状结构二维光子晶体和一维多层薄膜构成的混合结构在光分束和抑制光束发散方面的作用及其在平行平面谐振腔中的潜在应用。     

Focusing Systems Based on Two-Dimensional Photonic Crystals

Russian Physics Journal - Methods of focusing electromagnetic waves based on the use of two-dimensional photonic crystals formed by metal and dielectric elements are considered. In the first case,...     

二维光子晶体分束器和偏转器

针对二维光子晶体在光束调整和光束偏转中的应用,采用平面波展开法、二维有限时域差分法和完全匹配层吸收边界条件,从理论上研究了二维方形光子晶体结构中TM模式的自准直现象.通过分析光子晶体的能带结构和等频图,基于二维光子晶体的自准直效应和光子带隙,对光波在二维光子晶体中的传播特性进行了讨论.数值计算表明,通过在合适的方向引入不同的线缺陷,可以实现自准直光束的1×2和1×3分束以及光束偏转.最后讨论了透射光束和偏转光束的能量随线缺陷半径的变化关系.所设计的器件极大地扩展了光子晶体在高密度光学集成电路中的应用.     

二维光子晶体缺陷模特性研究

用时域有限差分法计算了二维光子晶体的带隙和缺陷模,结果表明:在缺陷中心位置其强度达到最大值,离缺陷中心越远,强度越小.比较了方形介质柱与圆形介质柱光子晶体缺陷模:圆形缺陷缺陷模衰减的特征长度较小,但其缺陷模的品质因数较大.缺陷模的中心频率随缺陷介电常数的增大而变小,并近似成线性关系.     

二维光子晶体异质结构的带隙分析

提出异质结构的二维光子晶体模型,用时域有限差分法计算其带隙,数值计算结果表明,其带隙宽度变大.     

基于二维非线性光子晶体的全光开关特性

为获得一个优化的全光开关结构,在光子晶体90°弯曲波导的基础上,进一步改进光子晶体结构,并在其中加入克尔型非线性介质柱,得到了非线性光子晶体全光开关结构。通过时域有限差分(FDTD)法数值分析表明,该开关结构能够实现的带宽大约为50nm,消光比大于40dB,阈值功率密度约为5.2W/μm。同时,该结构还可以实现基本的逻辑功能。     

Left-Handed Properties in Two-Dimensional Photonic Crystals Formed by Holographic Lithography

We give an analysis of the frequency distribution trends in the four lowest bands of two-dimensional square lattices formed by holographic lithography （HL） and in the lattices of the same kind but with regular dielectric columns with increasing filling ratios, and then present a comparative study on the left-handed properties in these two kinds of structures using plane wave expansion method and finite-difference time-domain （FDTD） simulations. The results show that the left-handed properties are more likely to exist in structures with large high-epsilon filling ratios or in a connected lattice.     

Exact Calculation of Local Density of States in Two-Dimensional Photonic Crystals

An exact calculation method of local density of states （LDOS） in two-dimensional （2D） photonic crystals （PCs） is presented. In order to calculate the LDOS, the eigen-equation of magnetic field is first solved by the plane-wave expansion method, then the eigen-modes of electric-field are obtained. There are two different ways to solve the eigen-equantion of magnetic field and three different ways to obtain the eigen-modes of the electric-field. In comparison of the numerical results from these different ways, an exact and fast method for calculating the LDOS in PCs is found. With use of this method, we investigate the LDOS of the 2D PCs consisting of a triangular lattice of cylinders. The results show the large LDOS is favorable to reside in higher dielectric-constant medium in high frequency region, rather than in lower dielectric-constant medium.     

Estimation of Ordering of the Transverse Structure of Mesoporous Photonic Crystals

Optics and Spectroscopy - Homogeneity of the mesoporous photonic crystal structure is estimated by an electron photograph of its surface. A method of crystal surface division into domains by...