二维光子晶体能带结构温度特性研究

采用有限元法对二维光子晶体的能带特性进行了分析.当光子晶体所受的温度发生变化时,由于构成二维光子晶体介质的热光效应,引起介质的折射率变化,介质的热膨胀效应引起介质厚度发生变化,改变了光子晶体的晶格周期,使得光子晶体的能带结构发生变化.分析了温度变化对二维光子晶体的第一禁带和第二禁带结构特性的影响,各禁带的起始波长、截止...     

光子晶体

光子晶体是指具有光子能带及能隙的一类新材料。其典型结构为一个折射率周期变化的三维物体，周期为光波长量级。光子在这类材料中的作用类似于电子在凝聚态物质中的作用。正在研究用精密加工，光束相干及静电作用排列高介电常数颗粒等方法来制作光子晶体。它的应用前景极为广泛，将是新一代光子器件的基础。     

一维光子晶体研究简介

介绍了一维光子晶体的基本概念、特性，系统综述了对一维光子晶体的研究现状和应用前景。     

一维光子晶体禁带的展宽

作为一维光子晶体的应用基础，一维光子晶体的禁带是研究的重点。通过传输矩阵的方法分析了一维光子晶体禁带的特性，讨论了影响带宽的因素。说明了相对带宽对光子晶体设计的重要性。在这个基础上讨论了扩展一维光子晶体带宽的方法，提出了在角域范围内对光子晶体进行叠加的方法，为设计制造一维光子晶体提供了一种行之有效的方法。分别对2个、3个和4个晶体的叠加进行了分析，最后计算了所设计的合成晶体的反射率。其中4个晶体的叠加，相对带宽达到57．52％，极大地展宽了一维光子晶体的禁带，从而证明利用角域的叠加来展宽一维光子晶体的禁带是非常有效的。     

光子晶体理论应用于光纤布拉格光栅的研究

将光纤布拉格光栅近似为一维光子晶体，研究光栅的能带结构和光学传输特性。利用平面波展开法对光子晶体进行理论研究，将研究方法移植到光纤布拉格光栅上，并对其进行数值分析，得到光栅的传输特性。研究表明，光栅反射谱有多个反射峰，峰值中心频率是基频的整数倍，而且峰值处存在光子带隙，反射峰带宽对应光子带隙宽度，中心频率和带宽随光栅长度、高介电常量材料占空比、调制深度而变化。结果与传统的耦合模理论一致。     

二维函数光子晶体

光子晶体是由两种或两种以上不同介电常数材料所构成的周期性光学纳米结构.光子晶体结构可分为一维、二维和三维,其中二维光子晶体已成为研究的热点.可调带隙的二维光子晶体可以设计出新型的光学器件,因此,对它的研究具有重要的理论意义和应用价值.本文提出的二维新型函数光子晶体可以实现光子晶体带隙的可调性.所谓二维函数光子晶体,即组成它的介质柱的介电常数是空间坐标的函数,它不同于介电常数为常数的二维常规光子晶体.二维函数光子晶体是通过光折变非线性光学效应或电光效应使介质柱的介电常数成为空间坐标的函数.运用平面波展开法给出了TE和TM波的本征方程,由傅里叶变换得到二维函数光子晶体介电常数ε(r)的傅里叶变换ε(G),其傅里叶变换比常规二维光子晶体的复杂.计算发现当介质柱介电常数为常数时,其傅里叶变换与常规二维光子晶体的相同,因此二维常规光子晶体是二维函数光子晶体的特例.在此基础上具体研究了二维函数光子晶体TE波和TM波的带隙结构,其介质柱介电常数函数形式取为ε(r)=k·r+b,其中k,b为可调的参数.并与二维常规光子晶体TE波和TM波的带隙结构进行了比较,发现二维函数光子晶体与二维常规光子晶体TE波和TM波的带隙结构有明显的区别,二维函数光子晶体的带隙数目、位置以及宽度随参数k的变化而发生改变.从而实现了二维函数光子晶体带隙结构的可调性,为基于二维光子晶体的光学器件的设计提供了新的设计方法和重要的理论依据.     

光子晶体及其应用

 过去的50年中,人们通过对半导体的深入研究及其广泛应用,极大地推动了电子工业和信息产业的发展。在电子信息领域,较小体积的电路和更高的信息交换速度是当今科学家不断追求的目标。我们知道线路越细,电阻就越大、能量散失就越多,而更高的速度则提高了信号同步的准确性要求。在电子线路已经发展到极限的今天,科学家们把注意力转向了光。这是因为光子有着电子所不具备的优势:速度快,彼此间不存在相互作用。如果能实现这一点,信息的传输速度将快得无法想象。我们虽然已经朝这个方向迈出了可喜的一步--光纤的使用,但是对于信息的输入和输出,光纤依靠的仍然是传统的电子器件,这大大限制了信息的传输效率。光子晶体可能将扭转这一局面。     

红外区二维光子晶体偏振分光镜透射谱分析

采用时域有限差分（Finite-Difference Time-Domain,FDTD）法模拟了垂直入射红外波段二维光子晶体偏振分光镜的透射谱,从而验证了用平面波展开方法计算的二维光子晶体能带结构.用电子束蒸发方法在光栅基板上制备了Ge/BaF2多层膜,实现了二维光子晶体偏振分光镜.实验初步证明了这种光子晶体在垂直入射时具有偏振特性,分析了实验结果与理论计算之间偏差的产生原因.     

由介质球构成的三维光子晶体能带结构的平面波研究

采用平面波展开方法计算由介质球构成的面心立方三维光子晶体的能带结构及透射性质.选 用合适的平面波个数研究了SiO₂蛋白石结构光子晶体的能带及透射性质，并采 用转移矩阵 方法计算了电磁波沿［111］方向的传输特性，两种方法得到的结果相符合.还研究了反蛋白 石结构光子晶体的全带隙.最后，研究了壳层介质球构成的面心立方结构光子晶体的能带特 性，发现在高介质球外面包裹适当厚度的低介电常数介质壳层所构成的光子晶体，可以增大 L点相对带隙宽度50％，并证明了其优化内外半径比值约为0．69. 关键词： 光子晶体 光子能带 平面波展开方法 Core-Shell结构     

传输矩阵法分析有限周期光子晶体的反射谱特征

利用传输矩阵法计算了一维光子晶体的光子带隙结构，分析了有限周期一维光子晶体的反射率及有缺陷的有限周期一维光子晶体的反射率，并讨论了它们的特征。     

空气环型二维光子晶体完全带隙特性研究

采用平面波展开法, 系统研究了空气环型二维光子晶体的完全光子带隙随结构参数变化而改变的规律, 并将其与普通的空气孔型和介质柱型二维光子晶体的完全带隙进行了比较. 研究表明: 空气环型二维光子晶体不仅可以获得更宽的完全带隙, 而且, 当介质折射率较低时, 其可以获得普通空气孔型和介质柱型二维光子晶体在低折射率条件下所无法获得的完全带隙. 关键词： 空气环型二维光子晶体 完全带隙 平面波展开法     

Photonic band structures of two-dimensional photonic crystals with deformed lattices

Using the plane-wave expansion method, we have calculated and analysed the changes of photonic band structures arising from two kinds of deformed lattices, including the stretching and shrinking of lattices. The square lattice with square air holes and the triangular lattice with circular air holes are both studied. Calculated results show that the change of lattice size in some special ranges can enlarge the band gap, which depends strongly on the filling factor of air holes in photonic crystals; and besides, the asymmetric band edges will appear with the broken symmetry of lattices.     

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。     

等效介质理论在光子晶体平面波展开分析方法中的应用

应用等效介质理论,提出了一种理论分析光子晶体的新平面波展开法,通过计算光子晶体的能带作收敛性分析,结果表明,新方法具有精度高、收敛快的优点,明显优于目前通用的二种平面波展开法;与已有的理论方法相比,新平面波展开法更适用于分析任意介电分布的高维光子晶体结构 关键词： 光子晶体 平面波展开法 禁带     

二维圆柱形光子晶体的完全禁带研究

用平面波展开法研究了二维圆柱形光子晶体的完全禁带与填充比、介电常数比之间的关系. 研究发现,并非介电常数比越大,完全禁带宽度就越大,而是有一个峰值. 关键词： 二维光子晶体 完全禁带 平面波展开法     

Modelling and design of complete photonic band gaps in two-dimensional photonic crystals

In this paper, we investigate the existence and variation of complete photonic band gap size with the introduction of asymmetry in the constituent dielectric rods with honeycomb lattices in two-dimensional photonic crystals (PhC) using the plane-wave expansion (PWE) method. Two examples, one consisting of elliptical rods and the other comprising of rectangular rods in honeycomb lattices are considered with a view to estimate the design parameters for maximizing the complete photonic band gap. Further, it has been shown that complete photonic band gap size changes with the variation in the orientation angle of the constituent dielectric rods.      

光子晶体的制备方法及其应用

光子晶体是一种介电常数不同的、其空间呈周期分布的新型光学材料。由于光子晶体具有光子带隙、光子局域和控制光子态密度等特性,所以它具有广阔的应用前景。简述了光子晶体的主要特征,重点介绍了其制备方法、进展以及实际的和潜在的应用。     

Photonic band gap engineering in 2D photonic crystals

The polarization-dependent photonic band gaps (TM and TE polarizations) in two-dimensional photonic crystals with square lattices composed of air holes in dielectric and vice versa i.e., dielectric rods in air, using the plane-wave expansion method are investigated. We then study, how the photonic band gap size is affected by the changing ellipticity of the constituent air holes/dielectric rods. It is observed that the size of the photonic band gap changes with changing ellipticity of the constituent air holes/dielectric rods. Further, it is reported, how the photonic band gap size is affected by the change in the orientation of the constituent elliptical air holes/dielectric rods in 2D photonic crystals.     

Numerical study on characteristic of two-dimensional metal/dielectric photonic crystals

An improved plan-wave expansion method is adopted to theoretically study the photonic band diagrams of twodimensional(2D) metal/dielectric photonic crystals.Based on the photonic band structures,the dependence of flat bands and photonic bandgaps on two parameters(dielectric constant and filling factor) are investigated for two types of 2D metal/dielectric(M/D) photonic crystals,hole and cylinder photonic crystals.The simulation results show that band structures are affected greatly by these two parameters.Flat bands and bandgaps can be easily obtained by tuning these parameters and the bandgap width may reach to the maximum at certain parameters.It is worth noting that the hole-type photonic crystals show more bandgaps than the corresponding cylinder ones,and the frequency ranges of bandgaps also depend strongly on these parameters.Besides,the photonic crystals containing metallic medium can obtain more modulation of photonic bands,band gaps,and large effective refractive index,etc.than the dielectric/dielectric ones.According to the numerical results,the needs of optical devices for flat bands and bandgaps can be met by selecting the suitable geometry and material parameters.