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.     

含负折射率材料并具有零平均折射率的半无限一维光子晶体的表面态

用传输矩阵方法和Bloch定理,从理论上分析以色散介质为背景,由正负折射率材料组成的半无限一维光子晶体的表面态,发现以色散介质为背景,在满足平均折射率等于零的情况下,第一层厚度变化时,表面态将会在较大频率范围内显著变化。讨论了同一入射角度下不同频率的表面态的电场分布情况,结果表明：远离带边的表面态局域长度较小。     

半无限一维光子晶体的反射率

本文给出了入射到半无限光子晶体上的波的反射系数计算公式.对由普通材料、双负材料和单负材料组成的一维半无限光子晶体中光的反射进行了数值模拟计算.发现半无限光子晶体的反射率曲线与有限光子晶体相比变得平滑,是有限光子晶体迅速振荡的反射率平均的结果.TE波的反射取决于介电常数的差异,而TM波的反射取决于磁导率的差异.单负-单负材料中的场是倏逝场,存在一个通带使场无位相延迟的传播.当满足eB=-εA,μB=-μA和dA=dB条件时反射率变为零.     

正负折射率交替一维光子晶体窄带梳状滤波器

利用传输矩阵法计算了正负折射率交替一维光子晶体的带隙特性。结果表明这种光子晶体具有宽而平坦的禁带,窄而尖锐的通带。这种带隙特性是受到布拉格散射、法布里-珀罗谐振和n-=0禁带共同影响的结果,通带位置决定于法布里-珀罗谐振。在理论分析基础上设计出密集波分复用用窄带梳状滤波器,给出信道间隔为0.8nm的梳状滤波器的仿真结果。仿真结果表明这种梳状滤波器具有信道间隔窄、禁带平坦、通带极窄的特点。信道间隔可以通过改变一维光子晶体单元周期光学厚度调节。     

含负折射率材料的一维光子晶体禁带特性

运用光学传输矩阵和色散关系理论,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禁带特性,发现了一种新型带隙—零平均折射率带隙。与传统的Bragg带隙相比,只要两种介质厚度的比例保持不变,这种零平均折射率带隙的边缘频率,与光子晶体的晶格常数无关,并利用一个等效的传输线模型得出了带隙边缘频率的数学表达式,解释了这个性质。     

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.     

基于非完整表面缺陷模式的一维光子晶体高分辨率折射率传感器

介绍了一种新型一维光子晶体非完整表面缺陷模式折射率传感器的原理及方法,并构建了高分辨率、高Q值传感器探测实验系统,利用二甲基砜溶液验证了这种传感器.实验结果表明,该折射率传感器的灵敏度为3 025 nm·RIU-1(Refractive index LJnit),当光谱仪的分辨率为0.01 mn时,传感器的分辨率为3.3×10-6RIU.该传感器的Q值为260,并且在1.4～1.42范围内具有良好的线性度(线性度为0.991 27).文章分析了传感器Q值与光子晶体周期数及被探测液体厚度之间的关系.理论和实验证明这种全反射型光子晶体表面波传感器具有与SPR相似的无标、实时生物检测的特点且可获得更高的探测灵敏度、Q值和分辨率.     

折射率正负交替的光子晶体的光学特性研究

介绍了负折射率现象及其优良的光学性能,并从麦克斯韦方程出发推导了正负折射率介质薄层的转移矩阵,经模拟计算发现:正负折射率交替的一维光子晶体有很宽的光子禁带和狭窄的透带,而且无论是TE波还是TM波在中心波长光学特性几乎都不受角度的影响,可用作宽带全方位反射镜,可望在在光路集成、光通信领域得到广泛地应用。     

含负折射率材料的一维“啁啾”光子晶体的透射谱

将"啁啾"函数引入到含负折射率材料的一维光子晶体中,利用转移矩阵法对这种光子晶体的透射谱进行了研究。通过计算模拟了这种光子晶体的透射谱随入射角、频率的变化关系,并计算了这种晶体的复有效折射率的表达式。结果表明,当"啁啾"函数对厚度调制不大时,该晶体具有很宽的反射带,并且反射带对入射角度反应不敏感,其原因是由于其复有效折射率的实部几乎为0,而虚部较大。利用这一特性可以用来制作高品质的宽带全方位反射镜。     

含负折射率材料一维光子晶体的全方位带隙和缺陷模

运用光学传输矩阵理论,研究了含负折射率材料一维二元光子晶体的禁带特性和局域模特性,发现了一种新型全方位光子带隙.与传统的Bragg带隙相比,这种新型全方位光子带隙的中心频率和带宽对入射角的变化不敏感.讨论了引入缺陷层后,入射角变化和各层介质厚度做一定比例的缩放时对缺陷模位置的影响.这种特性在具有固定带宽的全方位反射器和微波技术中全方位或大入射角滤波器方面有重要的应用价值.     

色散负折射特异介质的1维光子晶体缺陷态

在1维光子晶体中引入色散负折射特异介质,分析了其介电常数和磁导率在微波区（1～10 GHz）与频率的关系。分别对以色散负折射介质为缺陷的正折射率介质光子晶体及以正折射率介质为缺陷的正负折射率介质光子晶体进行了数值仿真,得出了均匀平面电磁波在正入射和斜入射时的透射谱。结果表明:在介电常数和磁导率均为负值的不同禁带中,分别出现了单、双缺陷模。利用透射谱的这一特点,可实现单、双通道滤波。     

色散负折射特异介质的1维光子晶体缺陷态

在1维光子晶体中引入色散负折射特异介质,分析了其介电常数和磁导率在微波区（1～10 GHz）与频率的关系。分别对以色散负折射介质为缺陷的正折射率介质光子晶体及以正折射率介质为缺陷的正负折射率介质光子晶体进行了数值仿真,得出了均匀平面电磁波在正入射和斜入射时的透射谱。结果表明：在介电常数和磁导率均为负值的不同禁带中,分别出现了单、双缺陷模。利用透射谱的这一特点,可实现单、双通道滤波。     

Frequency bands of negative refraction in finite one-dimensional photonic crystals

We have discussed theoretically the negative refraction in finite one-dimensional (1D) photonic crystals (PCs) composed of alternative layers with high index contrast. The frequency bands of negative refraction are obtained with the help of the photonic band structure, the group velocity and the power transmittance, which are all obtained in analytical expression. There shows negative transverse position shift at the endface when negative refraction occurs, which is analysed in detail.     

Existing conditions of full bandgaps and absolute negative refraction in metallic-dielectric photonic crystal

This paper has theoretically studied the characteristic frequencies of band structures in two-dimensional metallic-dielectric photonic crystals. It is demonstrated that a large filling fraction benefits the existence of absolute photonic band gap, while a smaller filling fraction benefits an absolute negative refraction band. In addition, it also finds that the relation between the cut-off frequency of E-polarized wave and the filling fraction exceeding 10{\%} is content with a linear increasing function, whose coefficients are exponential to the normalized lattice constant. These investigations have significant implications for tuning the operational frequencies to desired applications and manufacturing photonic crystals.     

光频段多频率域负折射率材料的数值研究

利用电介质材料周期性排列构成二维六角结构光子晶体,用平面波展开法研究了二维光子晶体材料各个能级的等频率曲线图,发现此结构光子晶体在多个频段上存在负折射特性,用时域有限差分(finite difference time domain,FDTD) 数值计算模拟也得到了相同的结果. 关键词： 光子晶体 左手化媒质 负折射 多频段     

二维空气孔型光子晶体负折射平板透镜的减反层

提出并优化了由单排渐变介质波导构成的二维空气孔型光子晶体负折射平板透镜表面的减反层，改善了成像质量.二维时域有限差分模拟计算结果表明，采用减反层后，在入射角小于23°的范围内，在使得有效折射率n_eff=-1的工作频率处，光子晶体表面对从空气一侧入射的平面波的反射率可降低到1％以下. 关键词： 光子晶体 负折射 平板透镜 减反层     

利用含负折射率材料的光子晶体实现角度滤波器

利用光子晶体的共振隧穿效应，并结合由负折射材料引起的零平均折射率带隙，设计出一种新型的角度滤波器，使得对于某一频率范围内的入射电磁波仅在特定入射角度的波能够全透，而其他角度的波不能透过.这将在微波器件乃至光学器件上有广泛应用. 关键词： 光子晶体 负折射率材料 共振隧穿     

Band rules for the frequency spectra of three kinds of aperiodic photonic crystals with negative refractive index materials

By means of the theory of electromagnetic wave propagation and transfer matrix method, this paper investigates the band rules for the frequency spectra of three kinds of one-dimensional (1D) aperiodic photonic crystals (PCs), generalized Fibonacci GF(p,1), GF(1,2), and Thue--Morse (TM) PCs, with negative refractive index (NRI) materials. It is found that all of these PCs can open a broad zero-? gap, TM PC possesses the largest zero-? gap, and with the increase of p, the width of the zero-? gap for GF(p,1) PC becomes smaller. This characteristic is caused by the symmetry of the system and the open position of the zero-? gap. It is found that for GF(p,1) PCs, the possible limit zero-? gaps open at lower frequencies with the increase of p, but for GF(1,2) and TM PCs, their limit zero-? gaps open at the same frequency. Additionally, for the three bottom-bands, we find the interesting perfect self-similarities of the evolution structures with the increase of generation, and obtain the corresponding subband-number formulae. Based on 11 types of evolving manners Q_i(i=1,2,....,11) one can plot out the detailed evolution structures of the three kinds of aperiodic PCs for any generation.