吸收对光子晶体偏振态的影响

引入复折射率并利用特征矩阵法,研究了光子晶体的吸收对TE波和TM波的禁带的影响.得出:对TE波其禁带的反射率随消光系数的增加而迅速降低,当消光系数增加为0.03时其反射率降低到0.5.对TM波其禁带的反射率在小角度范围(0～0.9 rad)内随消光系数的变化特征与TE波相同,但在大角度范围出现"广义布儒斯特角"现象."广义布儒斯特角"的位置不随消光系数变化,但"广义布儒斯特角"现象对应的入射角宽度随消光系数的增加而增大.     

太赫兹波在光子晶体波导中的带隙特性研究

为了得到太赫兹波在二维三角晶格光子晶体中的传播特性,研究了填充比、介电常数比、晶格常数三个主要因素对二维三角晶格完全禁带的影响.利用MATLAB软件分别优化计算得到填充比、介电常数比、晶格常数最大完全禁带,以及对应结构参数之间的关系.带隙随着填充比的变化而变化,而对于相同晶格结构,介电常数比越大,完全禁带宽度越大,晶格常数不同,禁带宽度也不同.光子晶体态密度的分布验证了存在光子带隙的范围.研究结果为太赫兹波器件的开发提供了理论依据.     

含缺陷的一维镜像光子晶体的量子理论

用量子理论新方法研究一维镜像光子晶体,将光的量子波动方程应用到一维光子晶体中,推导出量子传输矩阵,量子透射率和量子反射率公式.进一步研究缺陷层数目以及吸收介质和激活介质对一维光子晶体量子透射特性的影响,从而可以设计出光学滤波器、放大器和衰减器.当加缺陷层时,缺陷模出现尖锐峰,当缺陷层数目增加时,缺陷模个数增加,可设计为多通道光学滤波器.在缺陷层中加入吸收介质时,缺陷模强度减弱.在缺陷层中加入激活介质时,缺陷模强度增强,可设计为光学放大器和衰减器.     

基于一维光子晶体的Tamm态耦合实现可调双频滤波器

设计一个金属层-DBR-金属层的结构,研究两个相同光学Tamm态的耦合形成的耦合模式的特性.通过传输矩阵法,得出电磁波入射的透射谱.透射谱上有一对间距很小的孪生耦合透射峰.基于这对耦合模式可以实现可调双频窄带滤波器,其通带的位置和间距可以通过改变中间层的一维光子晶体的层数或者改变入射波的入射角度来调节.     

异质结构光子晶体的制备与带隙特性研究

本文采用多次垂直沉积法制备出了可见光范围的多重异质结构光子晶体,并对其形貌特征和带隙特性进行了分析.扫描电镜图像表明:所制备的异质结构光子晶体排列规整、不同结构间界面明显.光学吸收光谱分析结果表明:异质结构光子晶体与各单一结构光子晶体带隙相比,带隙明显增大,为各单一结构光子晶体带隙的叠加,且与不同结构的叠加顺序无关.     

空气放电中自组织等离子体光子晶体研究

采用平板双水电极介质阻挡放电装置,通过放电丝的非线性自组织,在空气放电中获得不同对称性二维等离子体光子晶体.随外加电压升高,等离子体光子晶体经历了从等边三角晶格到四方晶格结构的转化.在实验测量数据的基础上,采用平面波展开方法计算了等离子体光子晶体转化过程中的带隙结构变化.提出了一种在空气放电中实现的新型可调等离子体光子晶体.     

吸收条件下光子晶体介观压光效应的研究

在考虑材料吸收的情况下利用传输矩阵的方法研究光子晶体介观压光效应.研究表明:当在光子晶体的轴向方向施加应力产生应变时,光子晶体缺陷模将向左(波长小的方向)移动;缺陷模透射峰的峰值和半高宽不随应变的变化而变化;当消光系数和有效弹光系数增大时,介观压光系数的绝对值将会减小,即缺陷模透射率对应力的变化越来越不敏感.这为高灵敏应力传感器的设计提供了理论参考.     

基于一维光子晶体陷光的超薄晶硅太阳电池研究

先利用有限差分频域法研究了增透膜、Ag底面反射镜对不同厚度超薄晶硅电池光吸收谱的影响,得到最佳的超薄晶硅电池厚度为10～20 μm的结论.然后,针对厚度为12 μm的超薄晶硅电池陷光结构进行了理论优化,得到了增强因子大于2.25的一维光子晶体上表面织构结构.最后,对该电池结构的光生电流密度和倾斜入射光的接收角进行了计算,结果表明:最优的陷光结构可使12 μm的超薄晶硅电池的最大光生电流密度达33 mA/cm2以上,且在入射角为-60°≤θ≤60°的范围内,该电池均能保持较大的光生电流密度.     

掺杂光子晶体光纤的缺陷模增益谱与光孤子拉曼放大研究

本文研究在层状结构光子晶体光纤中引入多个缺陷区,制作出多芯的光子晶体光纤,在光子晶体光纤中增加的多个线缺陷形成波分复用技术的多个传输信道,在此基础上数值模拟研究在缺陷介质中掺入和未掺入激活杂质,光子晶体光纤的掺杂局域场特征以及受激辐射增强和透射率大于1现象与光子带隙内群速度异常和掺杂层复有效折射率负的虚部之间的内在规律,进一步研究发现在光子晶体光纤的各个线缺陷中掺入拉曼增益介质,得到光子晶体光纤拉曼放大规律.由于光子晶体光纤的各个信道间存在带隙,使得信道间信号串扰必然受到抑制,利用这些特性可以设计分布式高增益、极低噪声、宽带和有利于光集成的新型光子晶体光纤拉曼放大器,将它用于密集波分复用(DWDM)光通信系统.     

新型纯二维嵌套复式周期结构光子晶体的光学禁带特性及制备研究

本文提出了一种两套晶格嵌套的全新纯二维嵌套复式周期光子晶体结构,并通过理论计算获得了外周期结构调制禁带位置,内周期的细微结构通过填充率的改变和结构的周期效应调制禁带宽度的新型禁带特性,从理论上验证了嵌套结构利用小尺寸周期调制大波长禁带的可行性.同时首次利用软刻蚀图案掩膜保护电化学阳极氧化方法制备出了这种全新嵌套复式周期结构.     

h-BN型超晶格等离子体光子晶体能带特性研究

六方氮化硼(h-BN)晶格结构是一种类六方对称复式超晶格结构。具有h-BN晶格构型的光子晶体以其宽光子带隙特点受到国内外学者的广泛关注。本文利用不同尺度低压气体放电管与Al₂O₃介质棒周期性排列,构建了新型h-BN型超晶格等离子体光子晶体,实现其空间结构和等离子体参数的动态调控。利用微波透射谱对比研究了h-BN型超晶格与简单三角晶格等离子体光子晶体禁带位置、宽度和数目。分析了放电电流、介质棒阵列数对不同频段光子带隙的影响,以及电磁波入射角度对电磁传输特性的影响。结果表明：等离子体的引入不仅能够形成新的光子带隙,而且可以选择性地使部分禁带位置发生移动;相对于简单三角晶格,h-BN型超晶格等离子体光子晶体呈现出更多光子带隙;Al₂O₃介质棒阵列数对等离子体光子晶体禁带位置、宽度和数目均具有重要影响。电磁波入射角度变化越大,电磁传输特性差别越显著,透射谱相关性越差。本文所设计的新型h-BN型超晶格等离子体光子晶体为制作可调谐光子晶体提供了新的思路,在微波和太赫兹波控制领域具有潜在应用价值。     

各向异性声子晶体能带结构的计算

边界元法被用于计算各向异性二维声子晶体的能带结构,该体系由各向异性或各向同性夹杂嵌入各向同性或各向异性基体中而形成.在一个单胞内分别对基体和散射体建立边界积分方程,在基体边界上施加Bloch条件,然后代入界面条件得到一个线性的特征值方程.通过对不同体系声子晶体能带结构的计算,并和其它方法的计算结果进行比较,说明边界元法可以有效准确地计算各向异性声子晶体的能带结构;而且,与各向同性体系相比,正交材料旋转角的变化对面外模态的能带结构有一定影响.     

SiO2双尺寸光子晶体的自组装及稳定性探索

采用St?ber法制备不同尺寸SiO2胶体球,利用多次垂直沉积法制备SiO2双尺寸光子晶体.通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对所得双尺寸光子晶体的形貌和排列方式进行表征.对双尺寸光子晶体的生长过程进行探讨,研究界面作用力及胶体球间相互作用力对制备稳定结构的影响.研究结果表明,SiO2双尺寸光子晶体具有更加有序稳定的结构.胶体球间的相互作用力随胶体球粒径增大而增大,大粒径胶体球更有利于形成稳定的结构.     

含左手材料的——维“啁啾”光子晶体的偏振特性

把“啁啾”函数引入含左手材料的一维光子晶体中,且左手材料的介电常数和磁导率采用Lossy Dryde model,利用传输矩阵法研究了其透射谱.结果表明:在“啁啾”函数对材料几何厚度调制较小时,该光子晶体有完整的禁带,随着调制的加强,禁带宽度增加,但底部逐步抬高.在相同的调制下,磁、电等离子体频率的比值越大,禁带宽度越宽.入射角增加,TE模的禁带宽度不变而TM模的禁带宽度变窄,TE模和TM模均产生了角度隙,此角度隙的宽度随入射角增加而变宽,且TM模的变化大于TE模的.周期数N变化时,角度隙基本不变.nR的变化对禁带和角度隙的位置没有影响,但nR越小,禁带底部越高且圆,角度隙中透射峰峰值越大.     

具有梯度结构的蛋白石光子晶体的制备

具有梯度结构的蛋白石光子晶体具有独特的光学性能。本文通过垂直沉积法和电场诱导沉积等方法共同作用将具有不同直径的聚苯乙烯(Polystyrene)胶体微球逐层组装在一起,制备出具有梯度周期尺寸变化的蛋白石结构。     

新型局域共振声子晶体结构的低频带隙特性研究

本文提出了一种新型四角连接局域共振声子晶体结构,并结合有限元方法对该结构的能带及其产生机理进行了分析.与全连接结构相比,该结构在200 Hz以下的低频范围内打开了超过41.7;的带隙,而且降低了结构质量.将该结构等效为“弹簧+质量块”模型,并推导出带隙估算公式.结果表明,采用comsol计算得到的带隙与估算得到的带隙具有较好的一致性.同时研究了结构参数对带隙的影响,通过选择适当的结构参数,可以实现对带隙频率的调控.研究结果为声子晶体结构的工程实际应用提供了有益的支撑.     

一维光子晶体结构参数的随机扰动对其光学特性的影响

用特征矩阵法研究结构参数存在随机扰动的情况下一维光子晶体的光学特性, 无论是加工过程中介质层几何厚度的误差, 还是介质层折射率的随机波动都会影响一维光子晶体的光学特性.随机扰动对一维光子晶体带结构高频部分影响较大, 造成带结构消失, 甚至全部变成禁带; 随机扰动对光子晶体缺陷模式的影响是使缺陷模的位置发生随机平移, 平移的程度与随机度有关, 介质层折射率的随机变化要比介质层厚度的随机变化对缺陷模位置的影响要大; 周期数目的增加可以部分地减小缺陷模的平移, 但同时会使缺陷模透射率减小,增加缺陷层厚度可以有效降低随机扰动对光子晶体缺陷模式的影响. 本文的研究将对一维光子晶体的设计工作提供有价值的参考.     

二维声子晶体微腔能带结构的有限元分析与设计

本文基于ABAQUS建立了二维声子晶体体波能带结构的有限元计算方法.该方法首先利用周期性边界条件和Bloch定理,将周期结构的有限元离散特征方程化归到一个周期单胞内的复系数特征方程,然后将其分为实部和虚部两组方程,并在周期单胞边界上应用Bloch定理,求解得到的实数特征方程,获得频散曲线.与已有计算方法相比,该方法在适用性、计算速度、精确度和收敛性等方面具有明显的优越性.在此基础上使用发展的有限元方法分析研究了不同形状的声子晶体微腔的能带结构特性.结果表明这些晶体结构对于特定频率的声波可以将其限制在声子晶体微腔内,在一定环境下有着较好的吸声降噪功能.