光子晶体负折射材料中缺陷对成像质量的影响EI北大核心CSCD

利用硅介质柱在空气中周期性排列构成六角结构的光子晶体平板,并在晶体平板中引入不同构型的缺陷,通过改变缺陷介质柱的半径和缺陷中心位置探讨引入缺陷对成像质量产生的影响。时域有限差分法模拟结果表明:介质柱半径和位置的改变,能使光的透射率提高,增加像方的强度。由于缺陷的引入,缺陷之间的相互干扰会降低成像的分辨率。     

FDTD法对二维正方格子光子晶体带隙的数值计算

通过optiFDTD模拟软件对二维椭圆柱构造的正方格子光子晶体的禁带特性进行了数值模拟。分别研究了在空气中椭圆介质(Ge,Si,GaAs)柱和在介质(Ge,Si,GaAs)中椭圆空气柱构造的二维正方格子光子晶体中椭圆柱的横轴半径和纵轴半径的大小,以及椭圆柱的不同旋转角度对光子禁带的影响;并计算出了在上述两种情况下的空气和介质中的最优结构参数。     

光子晶体晶粒尺寸和排列结构对随机激光辐射特性的影响

研究了光子晶体对随机激光器的输出特性的调控,并分析了光子晶体的晶粒尺寸和排列结构等对调控作用的影响.对于同一随机介质而言,上下表面用同种材料不同晶粒尺寸的光子晶体覆盖,结果显示:晶粒尺寸合适的光子晶体会使光在系统中来回振荡从而得到很好的放大,使系统中的光与随机增益介质的相互作用加强,激光阈值降低;同时还对激光模式有较强的调制能力,能在一定程度上抑制自发辐射,使之向所需要的频率内辐射.但如果光子晶体的晶粒尺寸与随机增益介质结构匹配不当,则光子晶体对激光模式调制能力较弱,光场能量不能有效地被局域在系统中,系统 关键词： 有限时域差分法 光子晶体 随机激光 辐射特性     

中红外区二氧化钛反蛋白石光子晶体的光子定域化研究

为了得到二氧化钛反蛋白石光子晶体中影响光子定域化的规律,基于Mie散射理论和低浓度近似,对光子定域化参量进行了数值计算与理论分析,发现在该氧化物的剩余射线区内,入射波长和散射体大小对光子定域化有明显的影响.结果表明,在散射体浓度为10%,相对折射率大于3.8时,在中红外区13.3～15.3 μm范围内出现了光子定域化现...     

光子晶体对非晶纳米团簇辐射特性的影响

用有限时域差分法研究了非晶ZnO纳米团簇的辐射频谱,结果显示频谱呈自发辐射的特性. 为了对非晶纳米团簇的辐射输出进行有效的控制和利用,提出了利用光子晶体来控制纳米团簇的自发辐射,使之向所需要的频率内辐射的理论设计;并构想了一种制备简单、成本较低的实现方法,依据这种设想构建了一个二维系统,对其辐射特性进行数值模拟,结果显示光被有效地控制. 为制备可嵌入到集成光路中的、具有良好可加工性能的低阈值微型激光器提供了一条新途径. 关键词： 有限时域差分法 光子晶体 非晶纳米团簇 辐射特性     

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。     

一种具有大带隙的各向异性二维光子晶体结构

提出一种新型各向异性材料(碲)二维光子晶体结构,应用有限时域差分法,对该结构特性进行数值分析,结果表明:通过优化结构参量,该结构具有较大的绝对光子禁带,禁带宽度为0.064ω_e(ω_e=2πc/a,a为晶格常量,c为光速),且该光子晶体的带隙具有很好的稳定性.     

表面微腔光子晶体LED的光提取特性EI北大核心CSCD

提出并研究了一种基于表面微腔光子晶体的发光二极管(LED),利用多个谐振腔出射光之间的相干耦合作用产生束流准直效应,从而在提高光提取效率的同时,也改善了出射光的空间指向性。通过对表面光子晶体LED结构进行优化设计,使得表面微腔光子晶体LED的光提取效率较完整光子晶体LED提高了77.3%,而较普通平板LED提高了1.8倍以上。同时,微腔光子晶体LED相对普通平板LED和完整光子晶体LED来说具有更加明显的远场能量汇聚效应,让出射光具有更好的空间指向性。     

中红外区二氧化钛反蛋白石光子晶体的光子定域化研究

为了得到二氧化钛反蛋白石光子晶体中影响光子定域化的规律,基于Mie散射理论和低浓度近似,对光子定域化参量进行了数值计算与理论分析,发现在该氧化物的剩余射线区内,入射波长和散射体大小对光子定域化有明显的影响.结果表明,在散射体浓度为10%,相对折射率大于3.8时,在中红外区13.3~15.3 μm范围内出现了光子定域化现象,并随着散射体半径的增大,定域化区向长波方向移动;同时,定域化参量先增大后减小.研究结果为实验上在该类光子晶体中实现光子定域化现象提供了理论参考.     

飞秒激光诱导金属钨表面周期性自组织结构的研究EI北大核心CSCD

飞秒激光诱导金属表面周期性自组织微纳米条纹结构,在调控热辐射源、摩擦、超亲水性、超疏水性和打标等方面具有广泛的应用前景.研究了800nm飞秒激光诱导金属钨表面周期性自组织结构的形成规律和形成机理.采用Sipe干涉模型和有限时域差分法,仿真了第1个飞秒激光脉冲刻蚀后随机粗糙表面引起的激光电磁场能量表面分布和第20个脉冲后低空间频率条纹结构引起的激光电磁场能量表面分布.揭示了低空间频率条纹与高空间频率条纹的形成机理,考察了表面微观形貌的演化和条纹周期随着脉冲增多而递减的现象.     

各向异性材料对二维六角晶格光子晶体中狄拉克点的影响EI北大核心CSCD

光子能带结构中的狄拉克点是目前光子晶体研究中新兴的热点。选用双轴材料,用六边形介质柱构成了六角晶格各向异性光子晶体。该光子晶体有三个各异的主介电常数εxx、εyy、εzz。依据麦克斯韦方程组,垂直极化(TE)波中的狄拉克点会受到εxx≠εyy的影响,即可以通过调制双轴材料中X、Y方向的主折射率Nx、Ny得到光子晶体中TE波的狄拉克速率,从而调节TE波中狄拉克点在能带结构图中的位置(即调节狄拉克点的归一化频率及其在布里渊区的位置)。研究了Nx、Ny(对应εxx、εyy)与TE波中狄拉克点的存在性的关系,并通过仿真实验验证了提出的观点。这些研究可为研发新型光学器件以及构建光子芯片提供更多的可能。     

中红外波段硅基两维光子晶体的光子带隙

利用电化学腐蚀的方法制备了大多孔硅两维光子晶体.结构图形对称性为正方格子，其结构参数为正方形晶格周期a=44μm，正方形空气柱的边长l=2μm.并用显微红外光谱仪表征了光谱性质，揭示了所制备两维光子晶体样品的中红外波段光子的反射特性. 关键词： 光子晶体 光子带隙 反射谱 时域有限差分法     

基于锥形渐变耦合结构的可扩展多模弯曲波导EI北大核心CSCD

提出了一种基于锥形渐变耦合结构的可扩展多模弯曲波导。该器件利用模式等效折射率匹配原理,通过对称的锥形渐变耦合结构,实现高阶模式与基模的相互转化,完成多模弯曲传输功能。同时,结合时域有限差分方法和粒子群优化算法,优化锥形渐变耦合结构区域,提升器件性能。实验测试结果表明,在1520~1600 nm的波长范围内,当输入模式分别为TE_0、TE_1、TE_2、TE_(3)和TE_(4)时,该器件的插入损耗分别小于1.71 dB、3.04 dB、2.90 dB、3.16 dB和4.00 dB,对应的串扰分别小于-10.60 dB、-11.35 dB、-10.92 dB、-10.35 dB和-11.45 dB。     

光子晶体对稀土上转换发光的调控

稀土掺杂上转换材料由于其高化学稳定性、低生物毒性,在发光显示、防伪和生物成像等领域得到了广泛的应用。稀土掺杂上转换材料的基质晶格和掺杂离子决定着其发光强度和颜色。光子晶体(PCs)是折射率不同的材料在空间周期性排列形成的有序结构,其最显著的特征是具有光子禁带(PBG)。波长位于光子禁带内的光不能透过光子晶体而被反射回来,因而光子晶体具有优异的光调控能力。本文综述了一维、二维和三维光子晶体对稀土上转换发光调控的进展,介绍了利用光子禁带与上转换荧光发射峰的相对位置对发光进行控制的方法。重点从蛋白石结构和反蛋白石结构两个方面论述了三维光子晶体对上转换发光的调控:对于反蛋白石光子晶体,综述了利用上转换材料构筑反蛋白和利用其他材料构筑反蛋白,通过布拉格反射调控上转换材料的发光;对于蛋白石光子晶体,论述了利用不同折射率胶体微球构筑三维光子晶体对稀土上转换发光进行调控。最后总结了利用等离子体共振和光子禁带共同作用调控上转换发光的研究现状,并展望了利用光子晶体调控上转换发光的发展方向。     

一维光子晶体带边态模式调控的胶体量子点发光性能EI北大核心CSCD

一维光子晶体(1DPC)是人工构造的周期性光学介电结构,1DPC可以对发光物质进行调控的主要手段包括缺陷态模式调控以及带边态模式调控。1DPC带边态模式中存在较大的光子态密度,因此可以有效地调节材料的发光性能。本文研究了1DPC的带边态模式对在其表面涂附的胶体量子点(CQD)薄膜发光性能的影响。通过使用不同的CQD材料、不同的表面薄膜厚度、不同观测角度等手段对样品的发光特性进行了研究。结果表明,1DPC带边态模式可以有效调控位于表面层的CQD的发光特性,有效地增强CQD薄膜的荧光发射强度、窄化发射线宽。经1DPC带边态模式调控的CQD材料具有更快的荧光辐射跃迁速率。利用1DPC对CQD材料发光性能的影响有助于优化设计的器件结构,从而大幅提升发光器件的性能。     

基于布洛赫表面波的有机薄膜方向性发光性能EI北大核心CSCD

布洛赫表面波(BSW)是光场局域在光子晶体表面层并沿着表面传播的一种电磁模式。本文在一维光子晶体上制备了PS∶C545T有机发光层,观察到了有机小分子C545T的激子耦合进BSW模式的荧光。通过对半球透镜耦合输出光斑的发光性能研究,分析比较了C545T的常规发光和BSW模式发光的不同特点。结果表明,BSW模式耦合输出环形的光斑,其荧光具有很窄的空间分布、线偏振和光谱角度可调的特性,并与常规辐射模式的光斑明显分离。一维光子晶体上的发光薄膜的辐射跃迁速率存在各向异性的现象,其中BSW模式的荧光具有更快的辐射跃迁速率。利用BSW的上述发光特点有助于开发具有一定方向性的偏振发光器件。     

石英光子晶体光纤中高功率中红外超连续谱的产生

非石英光纤在产生大功率超连续谱方面存在难以克服的局限性.本文首次报道了采用石英光纤产生大功率中红外超连续谱.精心设计光纤结构使色散有利于超连续谱向中红外波段展宽,同时保证相对较大的芯径以承受较高的泵浦功率.合理选择光纤长度,在保证光谱展宽到3.4 μm的情况下使光纤损耗的影响降低到最小限度.研究表明,在1.95 μm皮秒脉冲泵浦下,采用色散适宜的石英光子晶体光纤可以产生20 dB带宽覆盖1 550~3 420 nm的超连续谱.超连续谱的平均功率可达56.6 W.     

基于表面等离子体共振的双芯光子晶体光纤横向应力传感器EI北大核心CSCD

基于表面等离子体共振(SPR)效应,设计了一种采用双芯结构光子晶体光纤(PCF)作为光波导的横向应力传感器。通过建立SPR耦合波模型和PCF结构的形变模型,利用全矢量有限元法进行数值模拟,获得了基模共振峰的偏移量与横向应力的关系。结果表明共振峰波长的偏移量与所施加应力具有很好的线性关系。对PCF的截面结构进行优化设计,通过选择适当的空气孔层数、直径和周期,可获得较高的测量灵敏度。该研究可为基于SPR的PCF横向应力传感器的设计提供理论依据。     

近中红外与1.06μm和1.54μm激光兼容隐身光子晶体研究

为实现飞行器高温部分的红外与激光兼容伪装,设计了一种基于一维光子晶体的近中红外与1.06μm和1.54μm激光兼容隐身材料。基于薄膜的传输矩阵法和异质结构理论,拓展了光子晶体的禁带宽度,使之覆盖近中红外波段;随后,利用掺杂原理,在光子晶体周期结构中引入了两种缺陷。结果显示,在1~5μm的带隙中出现了波长分别为1.06μm和1.54μm的缺陷模,反射率分别为1.21%和1.79%,这种具有"光谱挖空"特性的光子晶体可以实现近中红外与1.06μm和1.54μm激光兼容隐身。     

光子晶体共振现象研究

完整二维光子晶体中引入点缺陷后，在光子晶体禁带中会有共振模出现；将时域有限差分方法(FDTD)用于光子晶体共振特性研究中，给出共振频率的位置，直观地给出共振现象发生的过程。