含负折射率材料的异质结构光子晶体的光学传输特性

利用传输矩阵法研究了正负折射率材料构成的异质结构光子晶体的光学传输特性。结果表明:当入射波正入射时,在这种异质结构光子晶体内出现了光子带隙,并且带隙内出现了3个极窄的透射峰,这是正负交替光子晶体和常规材料构成的同周期一维异质结构光子晶体所不具有的新颖物理特性。计算了这种异质结构光子晶体的透射谱。发现:这3个透射峰不敏感于入射角的变化,而在带隙两侧的透射峰则会随着入射角增大统一向带隙靠近;能带敏感于晶格厚度和周期数的变化。     

一维光子晶体光学特性的复平面波展开法研究

应用复平面波展开法对一维光子晶体的光子带隙, 透射特性进行了分析. 通过对色散关系和透射系数的数值计算发现一维光子晶体周期结构个数以及折射率分布对光学晶体透射系数以及光子带隙的影响. 对于含有整数个周期结构的光子晶体有共振点出现在光子帯隙外的频率范围内, 共振点的个数比周期结构个数少1. 带隙倾斜斜率等于折射率的比值. 折射率比值越大, 带隙的范围越大.     

一维光子晶体光学特性的复平面波展开法研究

应用复平面波展开法对一维光子晶体的光子带隙,透射特性进行了分析.通过对色散关系表透射系数的数值计算发现一维光子晶体周期结构个数以及折射率分布对光学晶体透射系数以及光子带隙的影响.对于含有整数个周期结构的光子晶体有共振点出现在光子带隙外的频率范围内,共振点的个数比周期结构个数少1.带隙倾斜斜率等于折射率的比值.折射率比值越大,带隙的范围越大.     

含负折射率材料的一维光子晶体的光学传输特性

采用光学传输矩阵方法,模拟研究了由正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体的光学传输特性.计算了这种含负折射率材料的一维光子晶体的透射谱和色散关系.结果表明,在正入射时,含负折射率材料的光子晶体的带隙要比传统的光子晶体要大得多,并具有狭窄的透射带,从光学薄膜理论的色散关系出发解释了形成上述现象的原因.讨论了在不同的偏振模式下,光以中心波长入射时,反射率随着入射角度的变化关系.发现含负折射率材料的一维光子晶体具有更好的角度特性,可以用来实现对中心波长的全方位反射.     

折射率连续周期分布一维光子晶体的带隙分析

微分传输矩阵法(DTMM)可以解析求解一维非均匀介质中的波动方程。用该方法,对几种折射率连续且周期分布的一维光子晶体进行了带隙分析。结果表明,折射率连续变化的一维周期结构也具有明显的带隙特征,折射率变化越平缓,光带隙的宽度越小。对于折射率正弦变化的一维光子晶体,其折射率变化得越剧烈,光子晶体的中心频率越小,带隙越宽;同时,折射率的平均值越大,中心频率越小,带隙越窄。由于材料的物理特性都是连续变化的,同样可以把结构推广到一维周期性功能梯度材料。     

正负折射率材料组成的半无限一维光子晶体的反射率

计算了由正负折射率材料交替生长形成的半无限一维光子晶体的反射率,发现在带隙中,反射率等于1,在通带内,半无限结构的反射率是有限层结构迅速振荡的反射率平均的结果. 当该结构中正负折射率材料的光学厚度相互抵消时,会出现零平均折射率能隙.解析地证明了该结构零平均折射率附近的能隙几乎不随入射角度和偏振情况变化,而且跟晶格常数的标度无关. 关键词： 半无限光子晶体 反射率 负折射率     

一维全息光子晶体的透射谱分析

利用传输矩阵法数值计算了一维全息光子晶体的带隙结构,分析了针对记录材料重铬酸盐明胶(DCG),折射率周期性渐变的一维全息光子晶体结构的透射谱特性.通过计算记录光路中相干光束以不同入射角干涉时产生不同的禁带分布范围,与改变再现光路中光束和干板的夹角相比较,提出了弥补固定厚度DCG产生光子晶体的禁带分布范围较窄的方法.     

含左手材料异质结构光子晶体的零平均折射率带隙的展宽

运用光学传输矩阵理论,研究了含左手材料一维二元光子晶体的禁带特性.提出了含左手材料的光子晶体异质结构中零平均折射率带隙展宽的方法.根据此方法设计的异质结构的光子晶体形成的零平均折射率带隙,与一维光子晶体零平均折射率带隙相比,零平均折射率带隙的宽度和相对带隙宽度可以得到显著的拓宽.而且它的零平均折射率带隙的边缘与TM波和TE波相关.这种特性在微型谐振腔、天线基片、同轴波导等方面都具有潜在的应用.     

光折变材料的带隙结构研究

利用光子晶体的概念和时域有限差分方法计算了当光折变材料的空间折射率呈一维正弦变化时其内部的带隙结构情况,表明在光折变材料中存在极窄的光子带隙。最后讨论了折射率(n)、折射率调制幅度(△n)、周期长度(D)及周期数(N)对光子带隙的影响。     

级联一维光子晶体全方位反射器的带宽最大化

理论研究了由级联一维光子晶体构成的光子异质结构的全方位透射(反射)特性.其中各级联光子晶体的高低折射率介质相同、光学厚度比不同.以两个光子晶体级联的结构为对象,利用传输矩阵方法系统研究了不同偏振态光在不同入射角时光子帯隙的变化,得出实现全方位光子带隙的最大展宽条件,即前一光子晶体的帯隙上限要和后一光子晶体的带隙下限在最大入射角时重合.分别给出了满足和不满足该最大展宽条件的级联结构的全方位带隙参量,通过对全方位带隙宽度的比较说明了满足最大展宽条件的级联结构具有最大的全方位带隙宽度.     

六角格子光子晶体带隙特性

应用平面波展开法研究光子晶体的带隙特性,数值模拟空气圆柱半径与晶格常数的比值变化时,TE模和TM模禁带特性,得出六角晶格光子晶体具有较大的TE模和TM模光子禁带带隙,并且具有较高的带隙宽度重合范围。结果为光子晶体器件的制作提供理论依据。     

缺陷对二维四方光子晶体透射光谱的影响

利用转移矩阵法研究了二维四方光子晶体中缺陷对透射光谱的影响。结果表明缺陷对TE波的影响比对TM波的影响明显,缺陷层填充比对禁带宽度影响很大,TE波禁带在填充比r/a=0.33时最宽,第一禁带的最低频率随着填充比的增加向低频移动。     

Maximizing band gaps in two-dimensional photonic crystals by using level set methods

The optimal design of photonic band gaps for two-dimensional square lattices is considered. We use the level set method to represent the interface between two materials with two different dielectric constants. The interface is moved by a generalized gradient ascent method. The biggest gap of GaAs in air that we found is 0.4418 for TM (transverse magnetic field) and 0.2104 for TE (transverse electric field).     

旋转对二维正方晶格介质柱内空结构光子晶体禁带的影响

采用平面波展开的方法计算了三种旋转操作下二维正方晶格各向异性材料(Te)介质柱内空结构光子晶体TE,TM模式能带.讨论了三种旋转操作对TE,TM模式带隙及完全光子禁带的影响.发现TM模式高频带隙与结构的旋转对称性有着密切的关系.而TE模式的带隙不仅受到晶体旋转对称性的影响同时也受到介质在x-y平面分布情况的影响. 关键词： 二维光子晶体 内空结构 旋转操作 光子带隙     

旋转对二维正方晶格介质柱内空结构光子晶体禁带的影响

采用平面波展开的方法计算了三种旋转操作下二维正方晶格各向异性材料(Te)介质柱内空结构光子晶体TE,TM模式能带.讨论了三种旋转操作对TE,TM模式带隙及完全光子禁带的影响.发现TM模式高频带隙与结构的旋转对称性有着密切的关系.而TE模式的带隙不仅受到晶体旋转对称性的影响同时也受到介质在x-y平面分布情况的影响.     

Structural,electronic,and magnetic behaviors of 5d transition metal atom substituted divacancy graphene:A first-principles study

Structural, electronic, and magnetic behaviors of 5d transition metal(TM) atom substituted divacancy(DV) graphene are investigated using first-principles calculations. Different 5d TM atoms(Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, and Pt) are embedded in graphene, these impurity atoms replace 2 carbon atoms in the graphene sheet. It is revealed that the charge transfer occurs from 5d TM atoms to the graphene layer. Hf, Ta, and W substituted graphene structures exhibit a finite band gap at high symmetric K-point in their spin up and spin down channels with 0.783 μB, 1.65 μB, and 1.78 μB magnetic moments,respectively. Ir and Pt substituted graphene structures display indirect band gap semiconductor behavior. Interestingly, Os substituted graphene shows direct band gap semiconductor behavior having a band gap of approximately 0.4 e V in their spin up channel with 1.5 μB magnetic moment. Through density of states(DOS) analysis, we can predict that d orbitals of 5d TM atoms could be responsible for introducing ferromagnetism in the graphene layer. We believe that our obtained results provide a new route for potential applications of dilute magnetic semiconductors and half-metals in spintronic devices by employing 5d transition metal atom-doped graphene complexes.     

正负折射率材料组成的一维光子晶体的能带及电场

计算了由正负折射率材料交替排列组成的一维光子晶体的能带及电场，发现其能带不同于由普通正折射率材料组成的光子晶体的能带.当选择合适的参数时，由正负折射率材料组成的光子晶体的TE模或TM模有完全光子带隙出现，这在普通光子晶体中不出现.导带中的电场波函数与普通光子晶体相比具有很强的局域性.对于负折射率材料层为色散介质的情况，计算了在不同的具有正负折射率区域能带.     

含六方氮化硼的一维光子晶体的光学特性

从麦克斯韦方程组出发,结合电磁场边界条件推导出在倾斜光轴条件下的传输矩阵。利用该传输矩阵研究了光轴方向对基于六方氮化硼的光子晶体光学特性的影响。研究表明,当Ф=0~°时,此结构会在六方氮化硼Ⅱ型双曲区域出现全方位禁带。随着Ф的不断增大,TE波和TM波在Ⅱ型双曲区域内的光子禁带逐渐错开,对于TM波,Ⅰ型双曲区域开始产生禁带,且朝着低频方向移动;Ⅱ型双曲区域内的禁带不断变窄,并往高频方向移动。利用这些特性,可实现偏振光分离和禁带加宽。     

用转移矩阵法研究LNN型非线性平面光波导

用转移矩阵法数值分析了芯区和衬底为非线性介质、覆盖层为线性介质结构平面光波导的传播特性,包括TM的模场分布和功率与有效折射率之间关系的分析.解析地表达了模式本征方程和功率分布,对非线性介质中电场强度与介质非线性系数的关系进行了研究.计算结果表明,TM的模场分布和功率与有效折射率及介质的非线性系数有关.     

Tunable phase compensator based on one-dimensional photonic crystals with single-negative materials

The reflection phase difference between TE and TM waves in one-dimensional photonic crystals composed of single-negative (SNG) (permittivity- or permeability-negative) materials is investigated by transfer matrix method. Within two omni-directional gaps the reflection phase difference changes smoothly and increases with the increasing of the incident angle. In the center of the second omni-directional gap the reflection phase difference remains almost unchanged in a broad frequency band. Especially, at both the edges of the second omni-directional gap the reflection phase difference keeps zero in spite of the change of incident angle. Based on these properties, a continuously tunable phase compensators and an omni-directionally synchronous reflector for TE and TM waves can be designed. The working frequencies for the phase compensators and synchronous reflector are tunable.