异质结构光子晶体的制备与带隙特性研究

本文采用多次垂直沉积法制备出了可见光范围的多重异质结构光子晶体,并对其形貌特征和带隙特性进行了分析.扫描电镜图像表明:所制备的异质结构光子晶体排列规整、不同结构间界面明显.光学吸收光谱分析结果表明:异质结构光子晶体与各单一结构光子晶体带隙相比,带隙明显增大,为各单一结构光子晶体带隙的叠加,且与不同结构的叠加顺序无关.     

基于声光效应的可调谐光子晶体的研究

利用传输矩阵法研究了一维异质双周期光子晶体的光子带隙随超声波变化的特性.首先,光子晶体的介电常数随超声波的传播出现周期性变化;然后,光波入射到此光子晶体时产生声光效应,采用Matlab软件模拟仿真并分析了该结构光子晶体的光子禁带的位置、宽度与超声波强度及频率的关系.结果表明:光子晶体禁带的位置、宽度可以通过控制超声波的强度和频率实现实时调制.这个结果为基于声光效应的可调谐光子晶体器件的研究提供了理论依据.     

空气放电中自组织等离子体光子晶体研究

采用平板双水电极介质阻挡放电装置,通过放电丝的非线性自组织,在空气放电中获得不同对称性二维等离子体光子晶体.随外加电压升高,等离子体光子晶体经历了从等边三角晶格到四方晶格结构的转化.在实验测量数据的基础上,采用平面波展开方法计算了等离子体光子晶体转化过程中的带隙结构变化.提出了一种在空气放电中实现的新型可调等离子体光子晶体.     

不同半导体材料构成光子晶体在太赫兹波段能态密度特性

基于平面波展开法研究Ⅳ、Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族半导体材料构成二维三角晶格光子晶体在太赫兹波段的能态密度特性,数值模拟得到Ⅳ族SiC在填充率f=0.8时形成0.037 THz带隙宽度,Ⅱ-Ⅵ族ZnO在填充率f=0.73时形成0.0417 THz带隙宽度,不同填充率情况下Ⅲ-Ⅴ族半导体材料形成0.027 THz带隙宽度,比较数据Ⅱ-Ⅵ族半导体材料形成较宽的带隙,研究结果为太赫兹光子晶体器件的开发提供了理论依据.     

基于平面波展开法的二维立方晶格光子晶体带隙研究

应用平面波展开法(PMW)计算了圆形立方品格、正方形立方晶格及正六边形立方晶格三种不同结构的二维空气柱光子晶体带隙结构.结果表明,空气柱光子晶体存在对应TE、TM模的完全禁带,并且圆形空气柱光子晶体存在完全带隙.比较而言,圆形空气柱立方晶格的TE模禁带与完全禁带最宽,最宽禁带宽度分别为0.137(ωa/2πc)与0.018(ωa/2 πc),正方形空气立方晶格的TM模禁带最宽,最宽禁带宽度为0.119(ωa/2πc).     

不同半导体材料构成三维光子晶体带隙特性

应用平面波展开法研究Ⅳ、Ⅲ-Ⅴ、Ⅱ-Ⅵ和Ⅳ-Ⅵ族半导体材料构成三维光子晶体的带隙特性,通过数值模拟得到半径与晶格常数的最佳比值,计算得到不同材料对应的最大完全光子带隙,其中Ⅲ-Ⅴ族构成的三维光子晶体要普遍宽一些,Ⅳ中的Ge具有较大的完全带隙,研究结论为三维光子晶体的制作提供理论依据。     

h-BN型超晶格等离子体光子晶体能带特性研究

六方氮化硼(h-BN)晶格结构是一种类六方对称复式超晶格结构。具有h-BN晶格构型的光子晶体以其宽光子带隙特点受到国内外学者的广泛关注。本文利用不同尺度低压气体放电管与Al₂O₃介质棒周期性排列,构建了新型h-BN型超晶格等离子体光子晶体,实现其空间结构和等离子体参数的动态调控。利用微波透射谱对比研究了h-BN型超晶格与简单三角晶格等离子体光子晶体禁带位置、宽度和数目。分析了放电电流、介质棒阵列数对不同频段光子带隙的影响,以及电磁波入射角度对电磁传输特性的影响。结果表明：等离子体的引入不仅能够形成新的光子带隙,而且可以选择性地使部分禁带位置发生移动;相对于简单三角晶格,h-BN型超晶格等离子体光子晶体呈现出更多光子带隙;Al₂O₃介质棒阵列数对等离子体光子晶体禁带位置、宽度和数目均具有重要影响。电磁波入射角度变化越大,电磁传输特性差别越显著,透射谱相关性越差。本文所设计的新型h-BN型超晶格等离子体光子晶体为制作可调谐光子晶体提供了新的思路,在微波和太赫兹波控制领域具有潜在应用价值。     

光在介电常数正弦调制的一维光子晶体中的传输

本文用平面波展开法和时域有限差分法研究了光在介电常数受正弦函数调制的一维光子晶体传输规律,发现该光子晶体同样具有一般光子晶体的带隙结构.带隙宽度随调制深度的增加而增加,随周期长度的增加而减小.还用时域有限差分法计算得到源频率分别在禁带和通带时电场在介质中的分布,禁带情况下电场在介质中受到抑制,通带情况下不受抑制.说明不论介质的介电常数如何分布,只要满足周期性的条件,介质都会具有一般光子晶体共有的本质特征.     

光子晶体在太阳能电池中的应用

简单总结了太阳能电池的背景、发展历程和影响效率的因素等方面.在此基础上,按照光子晶体的不同维数,分析了光子晶体在太阳能电池中的应用进展和特点,为光子晶体在太阳能电池中的应用指出了发展方向.     

等离子体光子晶体研究进展综述

光子晶体作为控制电磁波传输的一种新型材料,以其优越的性能和广阔的应用前景近年来受到了国内外学者的广泛关注.如何制作结构参数可调的光子晶体,特别是如何加强其可重构性、可控性是当前光子晶体领域的一项重要课题.针对于此,本文对一种新型可调等离子体光子晶体超材料的研究进展进行了系统讨论.简要回顾了等离子体光子晶体的发展历史,介绍了等离子体光子晶体的实验产生方式和分类,阐明了等离子体光子晶体不同理论研究方法,并对其未来发展趋势进行了展望.从理论和实验两方面对等离子体光子晶体进行了深入分析.本工作为今后该领域的深入发展以及广泛应用提供了一定借鉴意义.     

非线性光学晶体的研究进展

本文比较了无机、有机、半有机三类非线性光学晶体的性能、研究进展以及面临的主要问题和发展趋势;评述和展望了近年来出现的半有机非线性光学晶体的研究意义、潜在优势和发展前景.     

光子准晶研究进展

准晶是具有长程有序但不具有周期性的奇特结构.光子准晶以其优越的调控电磁波的能力和广阔的应用前景受到国内外学者的广泛关注.光子准晶不仅具有全带隙、局域态、负折射、近零折射率等一般特性,还因其独特的旋转对称性在激光和非线性频率转换等方面具有优势.本文简要回顾近年来光子准晶的发展历程,从理论研究与应用研究两方面介绍光子准晶研...     

新型非线性光学晶体设计及预测研究进展

非线性光学晶体材料作为激光技术及光电子技术核心材料之一,在激光存储、激光通信、激光制导、激光惯性约束核聚变等领域具有重要的应用.随着计算机技术快速发展,材料设计和预测日益成为“自上而下”靶向性新材料研发的一种辅助手段.本文介绍了我们团队近年来在无机非线性光学晶体材料中,关于倍频效应和双折射率的分析方法、材料设计以及结构预测等方面的研究进展.     

硒化镉单晶体的研究进展

总结了CdSe单晶体的多种生长方法,包括温度梯度熔体法,移动区熔法,助熔剂法和气相提拉法等,其中气相提拉法能有效提高CdSe单晶体的晶体纯度及光学质量.介绍了CdSe晶体用于红外非线性光学器件以及室温核辐射探测器件的研究进展,并对CdSe晶体制作中红外偏振测量用波片进行了展望.     

钙钛矿型闪烁晶体的研究进展

闪烁晶体材料一般可用于X射线、γ射线、中子及其他高能粒子的探测。经过100多年的发展,以闪烁晶体为核心的探测和成像技术已经在核医学、高能物理、安全检查、工业无损探伤、空间物理及核探矿等方面得到了广泛的应用。随着人们对闪烁晶体材料进一步深入的研究和科技的发展,现今市面上较好的LaBr₃∶Ce等卤化物闪烁晶体由于生产成本过高、各向异性及脆性等缺点逐渐不能满足发展的需要,而钙钛矿型闪烁晶体材料由于其容易被改善的潮解性、低的生产成本、易于调整的生长条件以及良好的闪烁性能,逐步进入人们的视野。本文从晶体结构、性能、生长方法、发展趋势和应用前景等方面,着重介绍了ABX₃(A⁺为Cs⁺,B²⁺为部分碱土金属离子,X^-为非氟卤族元素离子)钙钛矿型闪烁晶体材料和K基钙钛矿结构闪烁晶体材料。最终,通过掺杂部分稀土元素和改善生长工艺等方法,即可得到光输出高、能量分辨率好,且成本较低、可广泛应用于市场的钙钛矿型闪烁晶体。     

中红外波段激光晶体的研究进展

2～5μm中红外波段激光在定向红外对抗、反恐、生物医疗、环境监测、光通讯、强场物理、激光聚变等方面有重要应用,还可用作5～20μm中远红外激光输出的泵浦光源。从1μm的Nd³⁺和Yb³⁺,1.5μm的Er³⁺,2μm的Tm³⁺和Ho³⁺,2～3μm的Tm³⁺和Cr²⁺,3μm的Er³⁺、Ho³⁺、U⁴⁺和Dy³⁺,到4μm的Fe²⁺和Ho³⁺,再到大于4μm的Dy³⁺、Er³⁺和Pr³⁺等,不断向中波红外方向拓展,是激光晶体发展的前沿。本文综述了近几年中红外波段激光晶体的研究现状,并对其未来发展进行了简要评述。文中还涉及到部分透明陶瓷的工作。     

光子晶体多组元缺陷态问题研究

缺陷态光子晶体可以用于制作良好的谐振器、偏振器、滤光器等光学器件,具有重要的应用价值。本文发展了光子晶体缺陷态问题的PG有限元界面问题计算方法,有效地处理了各种不同组元体系、几何结构、界面形状、材料属性以及模态的光子晶体缺陷态问题。数值结果表明,二组元结构单点缺陷对带隙的影响较小,只是使局部范围内的波继续传播而产生一条缺陷带,多点缺陷使一些特定范围内的波可以传播而产生多条缺陷带,线缺陷产生的影响较大,可以使整个禁带消失。结合线缺陷与点缺陷,波导结构中的侧点缺陷可以有效地应用于光子晶体阻带内诱导窄通带或在波导的通带内诱导非常窄的阻带。三组元结构引入了不均匀介质、复杂介质形状以及不同几何结构的缺陷态。通过计算与分析发现Ω₃区域的介质形状对结果影响比较有限,表面层越不光滑禁带越窄,n型缺陷态在TM模中的高频区域更容易产生禁带。对于TE模来说,n型与v型的缺陷态更容易产生禁带。     

Liquid Crystals and Polymer-Based Photonic Crystal Fibers

Experimental results of polymer photonic liquid crystal fibers based on commercially available (Kiriama) PMMA and cyclo-olefin polymer (Zeonex 480R) microstructured polymer fibers infiltrated with nematic liquid crystals (2CHBT/8CHBT and PCB) are presented and thermally-tuned photonic band-gap propagation mechanism is observed. These preliminary results suggest, that polymers binding to liquid crystals much easier than silica, can offer new opportunities while using polymer-based photonic crystal fibers.     

新型纯二维嵌套复式周期结构光子晶体的光学禁带特性及制备研究

本文提出了一种两套晶格嵌套的全新纯二维嵌套复式周期光子晶体结构,并通过理论计算获得了外周期结构调制禁带位置,内周期的细微结构通过填充率的改变和结构的周期效应调制禁带宽度的新型禁带特性,从理论上验证了嵌套结构利用小尺寸周期调制大波长禁带的可行性.同时首次利用软刻蚀图案掩膜保护电化学阳极氧化方法制备出了这种全新嵌套复式周期结构.