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。     

含左手材料的一维三元准周期光子晶体带隙特性研究

选用LiF、Si和左手材料为介质构成了一维三元光子晶体,并在考虑其色散关系和几何厚度随机误差的基础上,利用传输矩阵法,计算了该光子晶体的带隙结构.结果表明:各介质厚度的变化率相同时,主带隙的相对宽度的变化率也相同,而折射率最大的介质厚度的变化对带隙绝对宽度的影响最大.光线入射角度的变化对主带隙的绝对宽度和相对宽度的影响较小.     

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.     

一维全息光子晶体的带隙结构研究

对一维全息底片运用光子晶体的概念,利用平面波展开法和传输矩阵法,数值计算了介电常数余弦调制的一维全息光子晶体结构的带隙,主要针对全息记录材料为重铬酸盐明胶时设置了计算用参数,计算结果表明对于折射率周期性渐变的一维全息晶体结构同样具有一般光子晶体的带隙,进而研究了带隙的特点.发现禁带宽度随着所使用的记录介质折射率的增加而减小,随着介质折射率调制的增加而增加;带的位置随着介质折射率的增加而移向低频,随着介质周期长度的增加移向低频,折射率调制的改变基本不影响禁带位置.     

一维各向异性光子晶体的带隙结构和传输特性

研究了由两种不同的各向异性材料交替排列而构成的一维人工周期结构材料的带隙结构和传输特性.各向异性和复式结构导致了x偏振和y偏振有不同的带隙结构、透射率和态密度等.研究发现，当两种材料的各向异性常量、厚度满足一定条件时，能带结构中会出现缺隙现象.     

异质三周期光子晶体的光子带隙特性

利用传输矩阵法研究了由TiO₂和SiO₂两种材料构成的异质三周期一维光子晶体的传光特性,发现该结构能在波长为200~ 2 000 nm的范围内形成7处比较明显的光子带隙,并且波长越大,带隙的宽度越大。重点研究了这种结构的光子晶体的透射谱线与入射角度、介质层数及介质层厚度的关系,发现该结构形成的光子带隙的大小和位置对介质层的循环周期数不敏感,但对入射角度和介质层的厚度很敏感。     

一维光子晶体的带隙分析

本文用转移矩阵法推导出一维光子晶体的禁带存在的判据;讨论了在光线正入射时,光子禁带存在的条件及特性.     

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。     

一维压电Fibonacci类准周期声子晶体传输特性

基于传输矩阵法研究了一维压电Fibonacci类准周期声子晶体的传输特性, 比较了一维Fibonacci序列压电准周期声子晶体与非压电准周期声子晶体以及压电周期性声子晶体的透射性. 计算结果表明:弹性波通过一维准周期结构压电声子晶体时与周期性声子晶体一样会有带隙的出现, 且发现具有压电性的Fibonacci序列准周期声子晶体禁带宽度发生了展宽. 进一步讨论了入射角度对固定频率下声子透射系数的影响,结果表明一维压电Fibonacci序列准周期结构声子透射性依赖于入射角度的选取.     

不同结构光子晶体的带隙特性

基于平面波展开法研究光子晶体的带隙特性,数值模拟了横磁波和横电波在三角晶格和正方晶格构成的二维光子晶体中的带隙特性,得到了三角晶格较正方晶格更容易出现带隙,且三角晶格的横电波光子带隙较大.实验结果为光子晶体器件的设计提供理论依据.     

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.     

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.     

木堆结构三维光子晶体带隙特性

基于平面波展开法研究木堆结构三维光子晶体带隙特性.用硅材料构成木堆结构三维光子晶体,改变结构中木条的宽度和长度,得到当木堆条宽度为5μm,高度为7μm时形成的带隙结构较宽,在0.2899-0.3804Hz,带隙宽度为0.0905Hz.改变构成木堆结构三维光子晶体的材料,得到锗材料构成木堆结构三维光子晶体带隙结构在0.2585-0.3500Hz,带隙宽度为0.0915Hz,带隙相比硅材料和碳化硅材料较宽.研究结论为三维光子晶体的制备提供参考.     

基于横向磁光效应磁化等离子体光子晶体的光子带隙特性

通过外加与电磁波传播方向垂直的磁场来调控等离子体光子晶体的光子带隙结构。采用时域有限差分方法数值分析了由本征层为等离子体层和其他电介质材料层交替堆叠而成的磁化等离子体光子晶体的光子带隙结构和频谱特性。数值结果表明,光子晶体中等离子体的介电常数随着外磁场大小的变化而改变,从而使磁化等离子体光子晶体的带隙特性在一定的频率范围相应地得到调节。     

异质单周期内对称光子晶体的光子带隙特性

利用传输矩阵法,理论上对由TIO₂和SiO₂构成的异质单周期内对称光子晶体的透射谱进行仿真,分别改变入射光的角度、光子晶体介质层数和BA两层的厚度比,观察其透射谱,研究发现该结构形成的光子带隙的位置大小对介质层数的变化不敏感,但对入射角和BA两层厚度比的变化很敏感,这一研究对于光子晶体的设计具有重要意义.     

含复折射率介质一维准周期光子晶体的透射特性

用Si和复折射率介质构成了(AB)N型一维准周期光子晶体,在考虑Si色散关系的基础上,利用传输矩阵法研究了其透射特性.数值计算表明其TE波的透射谱有如下特征:电磁波垂直入射时,在相对频率0～4的范围内存在4个等间距的尖锐的透射主峰,各主峰低频端相距0.148 (ω/ω0)处都有一透射副峰.入射角增加,主峰的透射率下降,副峰的透射率上升.周期数N增加,各主、副峰位置都有蓝移,但主峰透射率逐渐减小,而各副峰的半峰全宽度变小.当两介质厚度为定值时,从第一主峰到第四主峰,其透射率依次减小,两介质厚度增加时,各主峰的透射率下降.复折射率虚部增加时,各透射峰的位置保持不变,主峰的透射率变大,而副峰的透射率变小,反之亦然.     

含特异材料一维超导光子晶体的带隙特性研究

利用传输矩阵法研究了含特异材料的一维超导光子晶体的带隙特性. 研究表明, 这类超导光子晶体同样具有由传统的电介质材料构成的超导光子晶体一样的低频带隙, 且在一定的参数下该低频带隙可以相当宽. 但在一定的结构参数下, 这类超导光子晶体同完全由传统的电介质构成的光子晶体一样不存在低频带隙. 还就超导光子晶体的偏振特性、光子晶体结构参数及环境温度的变化对光子带隙结构的影响进行了研究. 关键词： 超导光子晶体 传输矩阵法 特异材料 光子带隙     

金刚石结构三维光子晶体带隙特性的研究

应用平面波展开法研究了三维光子晶体的带隙特性,得到了随着填充率及材料的变化带隙的变化规律,结果为三维光子晶体器件的开发提供了理论依据。     

掺杂对一维光子晶体带隙传输特性的影响

 基于传输矩阵法,数值研究了掺杂对一维光子晶体带隙特征的影响。研究表明：掺杂时,禁带中心会出现一导带,导带深度会随着掺杂位置、杂质折射率的变化而发生变化。当晶体结构给定时,总存在一个掺杂位置,使其禁带中心的导带深度达到最深;而对于给定的掺杂位置,当杂质折射率为某特定值时,禁带中心同样也会出现一个深度最深的导带,这种特性可应用于滤波器件和光学谐振腔的设计。     

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.