含复介电常量一维光子晶体量子阱结构研究

利用传输矩阵法研究了实介电常量和含复介电常量时一维光子晶体的透射谱.结果表明:两种情况下均构成光量子阱结构,并且光量子阱结构的透射能带谱位置和结构相同,但在含复介电常量负虚部情况下共振透射峰出现很强的增益现象,而在含复介电常量正虚部情况下共振透射峰则呈现明显的衰减现象.     

具有复介电常量一维光子晶体的特性研究

利用传输矩阵法计算了一维光子晶体的能带结构和光传输特性,重点讨论了介电常量的虚部为负值时对传输特性的影响。当在介质中掺入具有增益特性的介质时,靠近光子带隙边缘就会出现较强的受激辐射放大。同时,光子晶体的长度和介电常量虚部的大小都会影响晶体的受激辐射。随着虚部数值的增加,受激增强并不是单调递增,而是存在一极值点。     

复介电常量双缺陷层的镜像对称光子晶体特性

利用传输矩阵法研究了两个复介电常量缺陷层镜像对称一维光子晶体的带隙结构和光传输特性。重点讨论了缺陷层的复介电常量的虚部为负值且光学厚度为λ0/4的情形时对传输特性的影响。研究发现:当在光子晶体的两端加入具有负虚部的复介电常量缺陷层后,多处出现了较强的透射峰增益。随着缺陷层复介电常量的虚部与实部比值的增加,各处透射峰增益变化规律不同。但中心波长处的缺陷膜的位置和高度不变。这为光子晶体同时实现多通道超窄带滤波器和不同放大倍数的光放大微器件的设计提供了理论基础。而在光子晶体的两端加入具有正虚部的复介电常量缺陷层后,各透射峰都出现了吸收现象,且随着其正虚部值I的增加,吸收越明显,这给光子晶体实现放大功能提供了理论指导。     

具有复介电常量二维光子晶体的特性研究

采用平面波展开法,通过数值模拟研究了具有复介电常量的二维光子晶体的能带结构和光传输特性,重点讨论介电常量的虚部为负值情形时对传输特性的影响。研究表明由于光子带隙的存在有效地抑制了频率位于带隙内光的自发辐射。当在介质中掺入具有增益特性的杂质时,即使两种介质的介电常量相差很小,在靠近光子带隙边缘,出现了较强的受激辐射放大。通常在带隙的边缘处,光子晶体的群速度较小,而激光阈值正比于群速度的平方,当群速度很小时,激光阈值将大大减小。这为实现零阈值激光器提供了基础,也为制作光放大微器件提供了一个有益的理论参考。     

具有三量子阱结构的一维光子晶体透射谱研究

在适当选择结构参数基础上,通过传输矩阵法计算模拟光子晶体(AB)m(CD)n(BA)m结构模型的透射谱,当光子晶体(CD)n的三个导带分别处于光子晶体(AB)m(AB)m相邻的三个禁带中时,构成光子晶体三量子阱结构,在光量子阱透射谱的归一化频率1.0(ωa/2πc),2.0(ωa/2πc)和3.0(ωa/2πc)三处周围,分布着三套具有规律的局域共振峰,出现明显的量子化效应,且三套透过峰数目都可以通过光子晶体(CD)n的重复周期数n来调节,这一现象可用于设计可调性多通道滤波器。     

量子阱结构一维光子晶体的能带特性研究

通过构造量子阱结构一维光子晶体,利用光学传输矩阵法对这种光子晶体进行了数值模拟计算,对其光子能带特性进行了分析。计算结果表明,这种量子阱结构光子晶体能有效地拓宽光子能带带隙。适当调整参数获得了多通道滤波特性,并用量子理论对多通道滤波进行了解释。     

单负材料组成一维光子晶体双量子阱结构的共振模

通过传输矩阵方法, 计算模拟了两种单负材料组成一维光子晶体双量子阱结构的透射谱. 研究发现: 由于双量子阱结构双阱之间的相互耦合作用, 共振模发生双重劈裂, 共振峰之间的距离可以通过调节双阱之间的耦合强度控制, 共振模的品质因子可以通过调节外部障碍光子晶体的周期数控制. 并且, 共振模受入射角和光偏振模式的影响都比较小, 适合全方向滤波. 当考虑两种单负材料不同损耗的影响时, 研究结果表明, 电损耗对低频处的共振模影响大, 而磁损耗对高频和低频处的共振模影响都比较大.     

双重势垒一维光子晶体量子阱的光传输特性研究

利用传输矩阵法,研究单势垒和双重势垒一维光子晶体量子阱结构的光传输特性.结果表明:垒层折射率总和大的单势垒光量子阱的透射峰更加精细,内部局域电场更加强;双重势垒光量子阱的透射峰比单势垒光量子阱的透射峰精细,内部局域电场也比单势垒光量子阱的强;随着垒层光子晶体周期数增大,双重势垒光量子阱内部局域电场增强,而且垒、阱层折射率总和之比越大,双重势垒光量子阱的内部局域电场增强速度越快,当双重垒层光子晶体周期数同时增大时,双重势垒量子阱内部局域电场增强速度最快,透射峰越加精细.随着阱层光子晶体周期数的增大,单势垒或双重势垒光量子阱的内部局域电场强度均下降,但透射峰的透射率不随之改变.该特性为设计新型可调高品质的量子光学器件提供指导.     

单负材料组成光子晶体的多量子阱结构

通过传输矩阵法,对负介电常数材料和负磁导率材料组成一维光子晶体的多量子阱结构的共振隧穿特性进行了研究。结果表明,该结构中存在不受入射角和偏振模式影响的全方向共振隧穿模,其数量可以通过调节结构周期数来实现。共振峰的品质因子可以由外部障碍光子晶体的厚度比例调整。在研究单负材料损耗时,发现电损耗对低频处共振模影响大,而磁损耗对高频和低频处都有较大影响。     

双重势垒一维光子晶体量子阱内部局域电场分布

利用传输矩阵法理论,研究了双重势垒一维光子晶体量子阱(AB)k(CD)m(DCD)n(DC)m(BA)k的内部局域电场.结果表明:双重势垒光量子阱内部分布着很强的局域电场,且越靠近阱中心,局域电场越强;双重势垒光量子阱垒层特别是内垒层和外垒层厚度同时增大时,内部局域电场快速增强,而且阱中心增强最明显;双重势垒光量子阱阱层宽度增大时,越靠近阱中心,局域电场越强,但阱宽按偶数倍增大时阱中心的局域电场不变并保持恒定极大值,而阱宽按奇数倍增大到一定数值后,光量子阱内部局域电场则趋于阱宽按偶数倍增大时的局域电场恒定极大值.该研究可为分析光量子势阱的量子化效应机理和分立透射谱的形成内因,以及量子光学产品的实际设计等提供指导.     

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.     

基于一维光子晶体超晶格的多通道平顶透射特性

基于一维光子晶体超晶格理论及耦合腔理论,提出了一种具有多个平顶透射峰的超晶格结构.把传统单一材料的耦合腔换成有限周期的光子晶体结构,形成一种超晶格结构.通过使插入的光子晶体的光场有效耦合,能够产生多个平顶透射峰.运用传输矩阵法,研究了该结构的光谱特性以及结构和材料参量对透射峰的位置和半峰全宽的影响.计算结果表明,该结构具有较宽的带隙,并且多个平顶透射峰对称分布,透射率高,误差容忍度好.详细讨论了透射峰确切位置的计算方法,并给出了严格的解析表达式.     

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.     

含负折射率缺陷的一维光子晶体的杂质带

利用传输矩阵方法研究了含负折射率缺陷的一维光子晶体的透射谱.以19个周期的1/4波堆存在3个负折射率缺陷的光子晶体为例进行了数值计算.结果表明:如果改变缺陷的折射率,缺陷模之间的耦合作用将发生改变,带隙中形成的杂质带也随之改变; 当这个折射率取适当值时,在禁带中出现多个尖锐的透射峰,与正折射率缺陷构成的杂质带不同.     

介电常数呈正弦平方规律变化的一维光子晶体带结构

一维光子晶体是最简单的一类光子晶体。利用分子束外延生长技术,人们可以把两种折射率(或介电常数)不同的材料交替生长形成多层薄膜结构。由于对称性,人们就把这种多层薄膜材料近似当作一维光子晶体,并研究不同折射率情况下光子晶体的能带特征。假设介电常数呈正弦平方规律变化,光子的运动方程化为熟知的Mathieu方程。根据Bloch定理讨论了系统的能量分布,系统自动呈现出的能带结构,再现了光子晶体的周期性与能带特征。数值分析表明,在参数(δ,ε)平面上系统出现了一系列稳定和不稳定区(禁带)。当参数ε→0时,这些不稳定区退化为一点,给出了禁带中心频率,并用摄动法求解了方程的低阶不稳定区及其禁带宽度。结果表明,一阶和二阶不稳定区(禁带)宽度Δω1,2与介质的参数和入射光子频率有关。适当选择这些参数,可以有效地调节光子晶体的带结构,并按需要得到不同性能的光子晶体。     

碳纳米管组成二维光子晶体的有效介电常数FDTD数值模拟

把有序排列的碳纳米管看做二维光子晶体,引入平均场方法,先计算单根纳米碳管的有效介电常数,再用时域有限差分方法(FDTD)计算碳管阵列的有效介电常数,其结果与Maxwell-Garnett(MG)法结果相比,更接近实验数据.     

具有禁带展宽特性的一维光子晶体

提出了介质的光学厚度系数成圆形分布的一维光子晶体结构,与周期结构的光子晶体相比,该结构具有禁带展宽特性.同时讨论了起止膜层及膜层的光学厚度对该结构禁带特性的影响,优化出了在所选材料的介电常数所允许的频率范围内,具有完全禁带特征的光子晶体结构.