二维光子晶体负折射现象条件及特性研究

结合光子晶体带隙图和等频率线图分析了二维光子晶体中出现负折射现象的条件,得出了负折射现象出现的频率范围.采用有限时域差分法模拟了光在光子晶体界面和内部的传输行为,验证了以上理论所给出的负折射出现的频段,观察到了明显的负折射现象.比较了不同介质、不同晶格结构光子晶体中不同频率的负折射行为.提出一种新结构的六角型二维三角晶格光子晶体分光镜的模型.     

改变光子晶体表面结构对负折射透射光强的影响

以砷化镓圆形介质柱在空气中构成二维六边形排列结构的光子晶体为例,利用时域有限差分法模拟研究了光子晶体表面结构改变对负折射透射光强的影响.模拟结果表明:针对同一结构光子晶体,在可产生负折射现象的入射光频率范围,改变光子晶体表面两侧圆形介质柱的半径和顺向侧移两侧表面最外层圆形介质柱都会均对负折射透射光强产生影响.     

改变光子晶体表面结构对负折射透射光强的影响

以砷化镓圆形介质柱在空气中构成二维六边形排列结构的光子晶体为例,利用时域有限差分法模拟研究了光子晶体表面结构改变对负折射透射光强的影响.模拟结果表明：针对同一结构光子晶体,在可产生负折射现象的入射光频率范围,改变光子晶体表面两侧圆形介质柱的半径和顺向侧移两侧表面最外层圆形介质柱都会均对负折射透射光强产生影响.     

二维平板光子晶体的等效负折射率测量EI北大核心CSCD

光子晶体特殊的色散特性能导致负折射现象发生。用波束位移法对二维光子晶体平板的负折射现象进行理论计算和实验测量,得到了入射光经平板光子晶体折射后的二维光场分布。测量结果表明,横电(TE)光在光子晶体中发生负折射,出射光沿出射面产生了反方向的横向位移,由此计算出来的负折射率约为-0.44,而横磁(TM)光没有发生负折射。实验结果与仿真结果吻合较好。     

二维平板光子晶体的等效负折射率测量

光子晶体特殊的色散特性能导致负折射现象发生。用波束位移法对二维光子晶体平板的负折射现象进行理论计算和实验测量,得到了入射光经平板光子晶体折射后的二维光场分布。测量结果表明,横电(TE)光在光子晶体中发生负折射,出射光沿出射面产生了反方向的横向位移,由此计算出来的负折射率约为-0.44,而横磁(TM)光没有发生负折射。实验结果与仿真结果吻合较好。     

基于硅柱-磁性液体体系的光子晶体的可调谐负折射特性研究

本文研究了硅柱在MnFe₂O₄磁性液体背景中排列成六边形结构的二维光子晶体的可调谐负折射特性. 利用平面波展开法和时域有限差分法理论研究了硅柱-磁性液体体系二维光子晶体的带隙结构、等频曲线和负折射现象随外磁场强度的变化关系. 模拟结果表明, 硅柱-磁性液体体系二维光子晶体工作在TE模式时, 其负折射特性可由外磁场调节. 在固定背景溶液的磁性颗粒体积分数和入射光频率时, 所研究的折射光束的偏转角和光子晶体的负折射率绝对值随外磁场的增大而增大, 而在固定背景溶液的磁性颗粒体积分数和外磁场强度时, 负折射角和负折射率的绝对值随入射光归一化频率增大而减小. 固定外场强度和入射光频率时, 所研究结构的负折射特性随背景溶液的磁性颗粒体积分数增大而变弱.     

波状结构二维光子晶体近场亚波长成像的研究

研究了波状结构二维光子晶体(2DPC)在红外波段的负折射近场成像,对其等频面进行了分析,指出波状结构二维光子晶体无法实现负折射远场成像的原因在于缺少与入射介质等频面相匹配的光子晶体圆形等频面,所用的矩形等频面使波状膜层二维光子晶体不可避免地具有各向异性特征,进而将成像限制在近场范围内。采用时域有限差分(时域有限差分)方法模拟了不同厚度的波状结构二维光子晶体近场成像效果,当厚度为两倍栅格常量时,单光源的成像分辨力为0.28λ,达到亚波长分辨效果。分辨力随着光源逐渐远离近场范围而降低,而像点的位置基本不随光源距离和光子晶体厚度的变化而改变。双光源的成像模拟进一步验证了波状结构二维光子晶体的近场亚波长成像能力,分辨力达到0.35λ,但成像质量受光子晶体厚度变化的影响较大。     

液晶光子晶体的负折射特性研究

可调光子晶体由于其潜在的应用价值成为现今光子晶体研究中的一个热点.本文提出了通过光诱导液晶来调节光子晶体负折射效应的方法,采用平面波展开法、等频图分析法和推广的斯涅尔定理分析了二维液晶正方晶格光子晶体负折射的可调节性.提出了一种新型的液晶光子晶体结构, 数值模拟结果表明:通过偏振光改变液晶指向矢可以调节该液晶光子晶体的负折射.与电场调制方法相比,该光控液晶取向技术具有响应速度快、结构简单的优点.这种可调光子晶体可用于制作光控路由或者应用于全光网络.     

非长波极限下二维光子晶体中横电模的等效介质理论

基于Mie散射理论, 推导、建立了适用于非长波极限的二维光子晶体中横电模的等效介质理论. 随后利用该理论探讨了二维光子晶体中横电模的负折射特性和零折射特性, 计算结果与相应的能带结构相符合, 验证了该理论在非长波极限条件下的适用性. 更进一步的是, 使用该理论能得到从能带结构中无法获取的额外信息.     

二维空气环型光子晶体的负折射成像特性

采用平面波展开法和时域有限差分法研究了由空气环组成的二维三角晶格光子晶体平板的负折射成像特性.研究结果表明对于外半径为 0.4 a,内半径 0—0.13a的空气环型光子晶体,第二能带中归一化频率为 0.3 的电磁波可以实现有效折射率为-1的负折射成像.通过光子晶体有效折射率的计算,得到了有效折射率为-1的电磁波频率随空气环内径由0—0.2 a变化的规律,并由对应等频曲线的变化解释了结构参数对光子晶体平板成像的影响. 关键词： 光子晶体 空气环 负折射 等频曲线     

等效折射率为非-1时的亚波长成像

本文采用硅柱子周期性排列构成六角结构光子晶体,用平面波展开方法和FDTD方法研究表明,此结构光子晶体存在等效折射率接近-1的频率区域.在等效折射率趋于-1但不等于-1时,此光子晶体平板结构超透镜能形成一个非近场的像.模拟还发现,此结构平板光子晶体等效折射率为非-1时,可以亚波长成像. 关键词： 负折射 光子晶体 亚波长 成像     

Photonic crystals and microlasers fabricated with low refractive index material

Although the investigation on photonic band gap materials has been done more than two decades, it is still a big challenge to fabricate three-dimensional photonic crystal (PC) possessing wide band gaps in visible range. In this article, we have reviewed recent progresses on fabricating the PC with low refractive index material in visible range. In contrast to the material with large refractive index, it is cheap to use low refractive index material in fabricating the PC and will be greatly beneficial for future industrial productions. The holographic method to fabricate such a PC has been introduced, applying it to the design of the microlaser has also been discussed.     

Photonic crystals and microlasers fabricated with low refractive index material

Although the investigation on photonic band gap materials has been done more than two decades, it is still a big challenge to fabricate three-dimensional photonic crystal (PC) possessing wide band gaps in visible range. In this article, we have reviewed recent progresses on fabricating the PC with low refractive index material in visible range. In contrast to the material with large refractive index, it is cheap to use low refractive index material in fabricating the PC and will be greatly beneficial for future industrial productions. The holographic method to fabricate such a PC has been introduced, applying it to the design of the microlaser has also been discussed.     

含双负缺陷的一维光子晶体耦合腔的杂质带特性

利用转移矩阵方法研究了含双负缺陷的一维光子晶体耦合腔的透射谱.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，使得能隙中的杂质带也随之改变.若这个折射率取适当值，则可以在禁带中同时出现几个尖锐的透射峰和较宽的通带，这种结构可同时用于多通道窄带滤波和宽带滤波. 关键词： 光子晶体 缺陷模 杂质带 滤波     

Investigation of one-dimensional photonic crystals composed of dispersive materials

One-dimensional photonic crystals (1DPCs) composed of dispersive materials (including negative refractive index materials, negative μ materials, and negative ? materials) are proposed. The dependence of the band gaps on the angle of incidence and thickness scale are investigated by using the transfer matrix method. Simulation results show that the band gaps of these dispersive material 1DPC are insensitive to the thickness scale. The defect modes of these doped 1DPCs behave specially when the thickness of the defect layer, the angle of incidence and the thickness scale of PC change.     

高反射率硅基薄膜一维光子晶体的研究制备

采用射频等离子体增强化学气相沉积的方法,研究制备了一种基于硅基薄膜的高反射一维光子晶体。通过交替改变反应气体组分实现低折射率Si Ox层和高折射率a-Si层的交替层叠沉积,具有两种膜层介质折射率比大、反射率高、沉积时间短、工艺窗口宽等优点。采用5周期的Si Ox层与a-Si层构成的一维光子晶体(厚度分别为155 nm和55 nm),其禁带范围内(650~1 100 nm)的平均反射率达到99.1%,高于相同波长范围内Ag的平均反射率(96.3%)。     

Defect and dope selective of transmission properties of 2D photonic crystal

The effects of the defect and doping on the transmission properties are investigated in two-dimensional photonic crystal (PC) with triangular rods using the finite difference time domain (FDTD) method. The results show that the width and the central position of the photonic band gap (PBG) depend on the thickness of rods with defect or composite-defect, and the refractive index of doped dielectric rods. The transmission properties of composite-defect combined with doping are further investigated. The thinner the nested concentric triangular rod and the smaller the refractive index is, the wider the band gaps is.     

异质双周期结构光子晶体光学特性

利用传输矩阵法研究了异质双周期结构一维光子晶体的带隙结构和光学传输特性。此光子晶体能形成512~960 nm的含5个极窄透射峰的光子带隙。重点研究了一种材料为复折射率时的光学传输特性,以及当结构发生轴向应变时的"介观压光效应"。结果表明:当复折射率虚部为负时,透射峰随虚部绝对值的增大先增大后减小,甚至出现衰减;虚部为正时,发生吸收现象。当光子晶体发生轴向应变时,透射峰随应变量的增加呈现近似L形变化,应变量很小时透射率几乎线性减小,波长越大透射峰变化越缓慢。     

负媒质模型的时域有限差分法分析

 负折射率媒质是一种人造媒质，在某一微波波段内其介电常数和磁导率同时为负值。对TE模电磁场满足的麦克斯韦方程组进行数值处理，解决了直接利用时域有限差分方法在Yee’s网格下计算负折射率媒质内部场分布时的数值发散问题。通过数值算例，验证了方法的可行性，模拟了负折射率媒质内部及周围的电磁场分布。     

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.