双缺陷模一维光子晶体的双光子吸收增强研究

采用真空镀膜工艺制备了具有762 nm和800 nm双缺陷模的含两个CdS缺陷层的TiO2/SiO2一维光子晶体,运用抽运探测技术测量了其双光子吸收。对于两个缺陷模,双光子吸收均得到很大的增强,其中缺陷模为800nm时的双光子吸收系数307 cm/GW要大于缺陷模为762 nm时的116 cm/GW,分别为单层CdS薄膜的48倍和18倍。这种双光子吸收的增强是由于光局域化导致一维光子晶体缺陷层内的电场强度增大而形成的。通过传输矩阵法计算了一维光子晶体的内部场强,发现800 nm波长光入射时缺陷层内的电场强度要大于762 nm波长光入射时的电场强度值。     

一维光子晶体带隙结构研究

在考虑介质色散的基础上,研究了介质层厚度对光子晶体带隙结构的影响.利用传输矩阵法,计算了以LiF和Si两种材料组成的一维光子晶体带隙结构.结果表明,介质层厚度的增加会引起禁带的红移,厚度减小会引起蓝移.分析了含空气缺陷层、金属缺陷层的光子晶体结构,发现空气缺陷层对带隙结构的高反射区域变化不大,而在低反射区域,反射系数为零的波带之间出现了两边反射系数增加,中间反射系数减小的情况.在金属缺陷层的带隙结构中,金属对整个波长范围光的吸收作用不同,金属对低反射区1.6 μm、1.85 μm处透射率较大的透射光吸收作用明显,而在1.28~1.38 μm处透射率波长区间,几乎无吸收.     

用特征矩阵法计算光子晶体的带隙结构

讨论了利用特征矩阵计算一维光子晶体的光子带隙结构的方法.利用此方法计算了不同介电常量、不同几何结构以及掺杂的晶体结构的带隙特征,并推广至介质介电常量ε随入射光波频率ω变化的情况. 关键词： 光子带隙 特征矩阵 缺陷态     

有源光子带隙高速全光开关的研究

研究了一种新颖的基于非共振光学斯塔克效应的有源光子带隙全光偏振开关的理论模型,模拟了在抽运光作用下全光开关有源光子带隙的反射谱的变化情况;反射式全光偏振开关的对比度随延迟时间和抽运功率密度的变化以及插入损耗随延迟时间的变化;周期无序和折射率测量误差对光子禁带的影响.由于超辐射模的快速辐射衰减,在非共振抽运脉冲通过后,材料光谱特性将迅速恢复,可形成太赫兹的开关;并且材料的光子禁带对激子共振频率的变化非常敏感,使得光开关控制光能量比普通多量子阱光开关的小很多.     

一维等离子体光子晶体的带隙研究

采用时域有限差分方法(FDTD),结合等离子体计算中的分段线性电流密度卷积技术(PLJERC)对一维等离子体光子晶体(1D-PPC)进行了数值模拟,给出了微分高斯脉冲在一维等离子体光子晶体中的传播过程。计算得到的带隙结构与K-P模型方法的结果一致。计算并分析了等离子体频率、介质介电常数、等离子体-介质层的厚度比以及周期厚度对一维等离子体光子晶体带隙结构的影响。     

一维光子晶体斜入射波包的带隙结构

对波包的任意傅里叶分量进行坐标变换后,利用转移矩阵法推导出波包斜入射情形下一维光子晶体的色散关系表达式,利用色散关系曲线分析得出波包斜入射的第一带隙结构,与以往平面波的第一带隙结构不同,波包的带隙宽度小于平面波的带隙宽度,并且在位置上前者带隙包含在后者内部.比较了一维光子晶体分别在波包入射与平面波入射情形下带隙位置和宽度,分析了波包中心入射角的变化以及波包的角分布范围的变化对带隙结构的影响,得到了一维光子晶体对波包斜入射的带隙结构的基本特征,确定了计算波包带隙能够近似当作平面波处理的条件.研究表明,波包的带隙结构受入射角大小和波包角分布范围的影响.入射角越小,波包入射的带隙结构越接近平面波;波包的角分布范围越小,光子晶体对波包的带隙宽度和位置越接近平面波.     

二维各向异性光子晶体完全带隙的增宽

介绍了光子晶体能带设计的一种新机制,利用各向异性材料制作二维光子晶体,可以大大提高光子晶体的完全带隙宽度。     

无序一维三元光子晶体的带隙展宽

Bandgap properties of disordered one-dimensional (1D) ternary photonic crystals are investigated by optical transfer matrix method for the first time . The results show that disordered structure provides strikingly extended bandgap compared with the corresponding periodic structure. The more ingredient of disordered dielectric multilayers adopted in the calculation, the wider stop band will be obtained. The influence of degree of disorder D and contrast of high and low refractive indices to the photonic bandgap are also calculated and discussed.     

一维光子晶体斜入射波包的带隙结构

对波包的任意傅里叶分量进行坐标变换后,利用转移矩阵法推导出波包斜入射情形下一维光子晶体的色散关系表达式,利用色散关系曲线分析得出波包斜入射的第一带隙结构,与以往平面波的第一带隙结构不同,波包的带隙宽度小于平面波的带隙宽度,并且在位置上前者带隙包含在后者内部.比较了一维光子晶体分别在波包入射与平面波入射情形下带隙位置和宽度,分析了波包中心入射角的变化以及波包的角分布范围的变化对带隙结构的影响,得到了一维光子晶体对波包斜入射的带隙结构的基本特征,确定了计算波包带隙能够近似当作平面波处理的条件.研究表明,波包的带隙结构受入射角大小和波包角分布范围的影响.入射角越小,波包入射的带隙结构越接近平面波;波包的角分布范围越小,光子晶体对波包的带隙宽度和位置越接近平面波.     

连续渐变周期的一维光子带隙结构全能反射器

采用转移矩阵法设计了一种具有连续渐变周期的一维光子带隙结构全能反射器,它在一般材料选取情况下(如TiO2/SiO2),在可见光区能达到几十甚至几百纳米量级的带隙宽度全向反射.研究表明,其带隙宽度随着周期数和渐变周期的大小改变而改变.当周期数不断增大时,带隙宽度不断增大;当渐变周期的大小在一定范围内不断增大时,带隙宽度同样不断增大.这主要是光波在各层之间的传播随着周期和渐变周期的大小不断增大而产生的相干散射和干涉效应不断增强所导致的.     

一维光子晶体禁带的展宽

作为一维光子晶体的应用基础，一维光子晶体的禁带是研究的重点。通过传输矩阵的方法分析了一维光子晶体禁带的特性，讨论了影响带宽的因素。说明了相对带宽对光子晶体设计的重要性。在这个基础上讨论了扩展一维光子晶体带宽的方法，提出了在角域范围内对光子晶体进行叠加的方法，为设计制造一维光子晶体提供了一种行之有效的方法。分别对2个、3个和4个晶体的叠加进行了分析，最后计算了所设计的合成晶体的反射率。其中4个晶体的叠加，相对带宽达到57．52％，极大地展宽了一维光子晶体的禁带，从而证明利用角域的叠加来展宽一维光子晶体的禁带是非常有效的。     

类蜂窝状结构完全带隙二维光子晶体

通过在二维三角晶格中引入两个完全一样的介质圆柱构成了类蜂窝状结构光子晶体,并对其光子能带进行了频域计算。借助数值方法分析了介质柱位置改变对光子能带的影响,计算结果表明,这种类蜂窝状结构二维光子晶体可以产生很宽的带隙,而且在一定填充率下,可以通过调整介质柱的位置使完全光子带隙达到最大化。     

池厚对SiO2胶体光子带隙的影响

在薄池中，胶体晶体生长的速度比在厚池中快而且质量好。不同分散度的小球自排的实验结果表明：较差分散度的SiO2小球在超薄池中也能形成质量较好的单昌。光子带隙波长在薄池中有明显的红移，池厚为0.07mm的胶体单晶的带隙波长比池厚为1mm的胶体单晶的带隙波长红移了24nm。     

填充比和格点方向对二维三角晶格光子晶体带隙的影响

采用有限元法,计算了二维三角晶格椭圆形格点空气孔型光子晶体的TE、TM模式的带隙结构。通过对椭圆形空气孔格点的大小、方向进行改变,研究了填充比、格点方向对带隙的影响。计算结果表明,在空气孔型光子晶体中TE模式更容易形成带隙;不同填充比情况下,格点方向对TE模式和TM模的带隙变化都具有不同影响;不论格点方向如何变化,均未出现完全带隙。     

体积全息图中光子禁带结构性质的分析

利用光子晶体的概念和方法，从理论上分析了一维全息图在再现光以不同角度入射情况下禁带结构的性质。分析表明，当再现光非正入射时，体积全息图的禁带结构是倾斜的，正入射时的非倾斜结构是倾斜结构的一个特例。     

应用不对称一维光子晶体结构制备窄光谱LED

对周期性的GaAlAs／AlAs模块堆积组成的有缺陷的一维光子晶体的光波传输模式进行了理论与实验研究。由于堆积结构的周期性受到破坏,导致了光子晶体中模密度发生变化,光波的传播也发生了变化。对模密度和光的传播模式分别用流行的光子能态理论和光学传输矩阵进行了计算和模拟。计算发现采用不对称结构的一维光子晶体结构在实际应用中有更大的灵活性。用金属有机物化学汽相沉积方法实现一维光子晶体,并用于裁剪普通的发光二极管电致发光谱,在20mA的激发电流下,半峰全宽为2．8mm,单色性优 于共振腔发光二极管。在较大的激发电流下,带边发射的增强现象也被观测到。     

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。     

用于短波段发光二极管的二维光子晶体禁带研究

运用平面波展开法(PWE),针对光子晶体在短波长段发光二极管(LED)领域上的应用,主要选择高频禁带模式,研究了4种具有较大应用潜力的二维光子晶体结构,包括正方空气柱结构、三角空气柱结构、正方介质柱结构和三角介质柱结构。在不同晶格常数、占空比(AFF)、柱半径和晶格常数比下,分析了TE模式和TM模式光子禁带的变化。数据分析表明,光子禁带中心波长随AFF增加而变小。相比于其他结构,正方介质柱结构更适于短波段光子晶体LED来提高其出光效率,三角介质柱结构和三角空气柱结构适合用于构造短波段偏振光LED。     

时变磁化等离子体光子晶体的禁带特性

采用磁化等离子体的分段线形电流密度卷积(Piecewise Linear Current Density Recursive Convolution,PLCDRC)时域有限差分(Finite-Different Time-Domain, FDTD)算法研究了一维时变磁化等离子体光子晶体的禁带特性。以高斯脉冲为激励源,用算法公式所得的电磁波透射系数来讨论了等离子体上升时间、密度、周期常数对其禁带特性的影响。结果表明,改变等离子体上升时间和密度可以实现对禁带的控制。