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.     

不同半导体材料构成三维光子晶体带隙特性

应用平面波展开法研究Ⅳ、Ⅲ-Ⅴ、Ⅱ-Ⅵ和Ⅳ-Ⅵ族半导体材料构成三维光子晶体的带隙特性,通过数值模拟得到半径与晶格常数的最佳比值,计算得到不同材料对应的最大完全光子带隙,其中Ⅲ-Ⅴ族构成的三维光子晶体要普遍宽一些,Ⅳ中的Ge具有较大的完全带隙,研究结论为三维光子晶体的制作提供理论依据。     

反蛋白石结构光子晶体制备技术

光子晶体是一种具有光子带隙的新型材料,由于其可以控制和抑制光子运动的特性,在光通讯领域具有广阔的应用前景.反蛋白石结构是光子晶体一种重要的结构,由于其制备方法简便、成本低廉而受到人们的普遍关注.本文在介绍目前常用的几种制备光子晶体技术的基础上,详细阐述了制备反蛋白石结构光子晶体的各种技术和方法、以及利用这些制备技术和方法在反蛋白石结构光子晶体上制备一维和二维缺陷的最新进展.     

科学家获得光子晶体纳米结构

美国宾夕法尼亚大学和英国谢菲尔德大学的研究人员合作开发出一种新技术,通过模拟细胞自我组装机制,可使一种树状分子自我组装成含25万个原子的晶格单元.这些晶格单元就像微型积木一样,由它构建的纳米晶体结构比普通的液晶晶格结构更大也更为复杂,可用于制造各种分子电子学和光学材料.这一研究成果已发表在最新出版的《科学》杂志上.研究人员介绍说,他们在实验中使用了一种被称为树枝石的有机分子,这种有机分子的形状接近于圆锥体,也被称为树状合成子.12个树状合成子可以“组合”成一个含有8500个原子的球状体,这些球状体有规则地排列起来,形成一个晶格单元,而晶体材料就是由无数个形状相同的晶格单元重复组合而成的.通常,光子晶体材料中晶格单元的大小要求在光波的波长范围之内,大约几百到几千纳米.此次研究人员使用新技术组合成的晶格由30个球状体组成,共包含约25万个原子,其截面大小约20nm×10nm,比普通的晶格结构大得多也复杂得多,而且以前从未在有机分子中发现过.     

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.     

基于声光效应的可调谐光子晶体的研究

利用传输矩阵法研究了一维异质双周期光子晶体的光子带隙随超声波变化的特性.首先,光子晶体的介电常数随超声波的传播出现周期性变化;然后,光波入射到此光子晶体时产生声光效应,采用Matlab软件模拟仿真并分析了该结构光子晶体的光子禁带的位置、宽度与超声波强度及频率的关系.结果表明:光子晶体禁带的位置、宽度可以通过控制超声波的强度和频率实现实时调制.这个结果为基于声光效应的可调谐光子晶体器件的研究提供了理论依据.     

基于带隙分析的三维反蛋白石光子晶体的非理想态结构参数的求解

应用平面波展开法分析了三维反蛋白石结构光子晶体的带隙性质;计算了沿[111]方向入射时其赝带隙(第一、第三赝带)中心频率分别与填隙材料在模板中填充率ff、模板煅烧因子sf的关系曲线:随ff的减小,v增大;随sf的增大,v随之增大,非理想状态下,ff＜100;、sf＞1,因此较理想态发生蓝移;由此提出了求解平均填充率ffev与平均煅烧因子sfev的计算框图.     

光子晶体的研究现状与最新进展

光子晶体是具有光子带隙的一种新型光学材料,由于其奇特的调节光子运动状态的特性,在光导纤维通信和光子计算机等领域中有着广泛的用途或潜在用途.本文系统地综述了光子晶体的产生、结构、制造和可能的应用,并介绍了光子晶体的最新研究进展.     

不同半导体材料构成光子晶体在太赫兹波段能态密度特性

基于平面波展开法研究Ⅳ、Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族半导体材料构成二维三角晶格光子晶体在太赫兹波段的能态密度特性,数值模拟得到Ⅳ族SiC在填充率f=0.8时形成0.037 THz带隙宽度,Ⅱ-Ⅵ族ZnO在填充率f=0.73时形成0.0417 THz带隙宽度,不同填充率情况下Ⅲ-Ⅴ族半导体材料形成0.027 THz带隙宽度,比较数据Ⅱ-Ⅵ族半导体材料形成较宽的带隙,研究结果为太赫兹光子晶体器件的开发提供了理论依据.     

光在介电常数正弦调制的一维光子晶体中的传输

本文用平面波展开法和时域有限差分法研究了光在介电常数受正弦函数调制的一维光子晶体传输规律,发现该光子晶体同样具有一般光子晶体的带隙结构.带隙宽度随调制深度的增加而增加,随周期长度的增加而减小.还用时域有限差分法计算得到源频率分别在禁带和通带时电场在介质中的分布,禁带情况下电场在介质中受到抑制,通带情况下不受抑制.说明不论介质的介电常数如何分布,只要满足周期性的条件,介质都会具有一般光子晶体共有的本质特征.     

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。     

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。     

负离子配位多面体生长基元与晶体表面结构(Ⅲ)

本文用负离子配位多面体生长基元理论模型讨论了多型性晶体表面螺旋结构的形成,提出在多型性晶体中配位多面体呈层状分布,配位多面体的面为层的边界,上、下层负离子配位多面体不是呈镜象对称的,在三方晶系和六方晶系的晶体中是沿晶轴a、b错开,上、下两层负离子配位多面体体呈交叉对应,从而达到稳定平衡.晶轴c与负离子配位多面体高次对称轴平行,配位多面体往界面叠合是绕着c轴转动的,其叠合轨迹为螺旋或同心环结构.从多型性晶体螺旋结构的规律性可以看出,晶体生长基元为负离子配位多面体,由于负离子配位多面体的面与呈现螺旋结构的晶面平行,所以生长速率慢,是一个显露面积大的稳态面.螺旋结构只是在该面族上显露.     

基于平面波展开法的二维立方晶格光子晶体带隙研究

应用平面波展开法(PMW)计算了圆形立方品格、正方形立方晶格及正六边形立方晶格三种不同结构的二维空气柱光子晶体带隙结构.结果表明,空气柱光子晶体存在对应TE、TM模的完全禁带,并且圆形空气柱光子晶体存在完全带隙.比较而言,圆形空气柱立方晶格的TE模禁带与完全禁带最宽,最宽禁带宽度分别为0.137(ωa/2πc)与0.018(ωa/2 πc),正方形空气立方晶格的TM模禁带最宽,最宽禁带宽度为0.119(ωa/2πc).     

胶体系统在光波段三维光带隙材料制备方面的研究进展

本文介绍了胶体化学法在三维光子晶体制备方面的研究进展及光子晶体改性研究的发展现状.     

材料色散对渐变结构一维光子晶体带隙的影响

运用传输矩阵方法及对色散材料采用洛伦兹振子模型,研究了由色散材料构成的介质层厚度为渐变结构的一维光子晶体的带隙特性,并与不考虑材料色散时的光子带隙进行了比较.计算结果表明,考虑色散后的光子带隙既可能变窄也可能增宽,即可能发生红移也可能发生蓝移.光了带隙的改变与色散材料的色散强度和谐振频率及色散前后两介质材料折射率相关.此外,介质材料折射率的变化形式对光子带隙也存在一定的影响.这些为相关光子器件的设计提供了参考.     

晶体表面结构和负离子配位多面体生长基元

本文讨论了晶体表面结构和负离子配位多面体结晶方位的关系.指出了晶体表面结构,显示了负离子配位多面体在晶体生长过程中的结晶轨迹.因此,运用负离子配位多面体生长基元理论模型,晶体的生长机制可以通过对晶体表面结构的分析得以解释.     

基于光子晶体的结构色隐形眼镜的构建及应用

光子晶体(photonic crystal, PC)是由不同折射率的介质周期性排列而成的微结构,因独特的对光波传播方式的调控能力,被广泛应用于能源转换、传感、显示和防伪领域。用于视力矫正的隐形眼镜具有长期佩戴安全性,为眼部生理参数(如葡萄糖、眼内压(IOP)、角膜温度和pH值等)的无创连续监测和药物递送提供了可穿戴平台。本文概述了光子晶体及隐形眼镜,主要论述了基于光子晶体的结构色隐形眼镜的构建策略及其在作为眼部传感和紫外防护方面的应用,最后对存在问题和发展前景进行了展望。     

一维光子晶体全方向反射带的研究

设计了由SiO2和Te构成的一维光子晶体结构,对该结构的全向反射带特性进行分析。找到了TE和TM模的全向反射带范围,TE模的反射带在785 nm到1258 nm内变化,TM模的反射带在785 nm到1099 nm范围内变化。讨论了晶格常数,晶格周期对该全向反射带的影响。结果表明,TE模的全向反射带始终比TM模的宽。晶格常数增大,TE和TM模的全向反射带均向归一化频率较高(对应长波)的方向移动。晶体周期增大,TM模的全向反射带会变窄,而TE模的全向反射带变化不大。此外还发现,参数变化对TM模的反射带的影响明显大于对TE模的影响。     

基于一维光子晶体陷光的超薄晶硅太阳电池光学结构优化

先选择增透膜、Ag底面反射镜和三角带型一维光子晶体结构作为超薄晶硅电池(有源层厚度为12μm)的陷光结构,然后利用有限差分频域法对这一陷光结构进行了优化,最后通过吸收光谱和光电流密度谱对优化的陷光结构性能进行了评估.计算表明:在300 nm≤A≤800 nm的波长范围内,优化陷光结构实现了Yablonovith陷光极限;在800 nm≤A≤1100 nm的波长范围内,该优化陷光结构的性能略低于Yablonovith陷光极限,但明显高于矩形条带式一维光子晶体陷光结构的陷光性能.