含特异材料一维超导光子晶体的带隙特性研究

利用传输矩阵法研究了含特异材料的一维超导光子晶体的带隙特性. 研究表明, 这类超导光子晶体同样具有由传统的电介质材料构成的超导光子晶体一样的低频带隙, 且在一定的参数下该低频带隙可以相当宽. 但在一定的结构参数下, 这类超导光子晶体同完全由传统的电介质构成的光子晶体一样不存在低频带隙. 还就超导光子晶体的偏振特性、光子晶体结构参数及环境温度的变化对光子带隙结构的影响进行了研究. 关键词： 超导光子晶体 传输矩阵法 特异材料 光子带隙     

单负色散材料光子晶体的带隙特性研究

针对单负色散材料构成的光子晶体的带隙特性进行了详细地研究.首先采用传输矩阵法分析计算了该结构的带隙产生与材料介电常数、磁导率色散特性间的关系,然后计算了带隙宽度和中心频率受入射场极化方式、入射方向、介质材料厚度比例缩放和厚度无序的影响程度,最后分析并对比了单负色散材料和普通材料构成的渐变周期光子晶体的传输特性.结果证明单负色散材料可以在光子晶体中引入一种受结构参数影响很小的带隙,同时和普通材料相比,在渐变周期结构中可以有效地拓宽Bragg带隙宽度,改善传输特性.     

新型Fibonacci准周期结构一维等离子体光子晶体的全方位带隙特性研究

以二元Fibonacci准周期结构的一维等离子体光子晶体为对象,在系统研究不同初始序列及周期数的该结构光子晶体带隙特性的基础上,给出了一种新颖的一维等离子体光子晶体结构,用于扩大全方位光子带隙.相比文献中的结构,该结构更简单(层数大大减少,且属于二元结构),全方位光子带隙宽度也更宽.此外,讨论了等离子体材料参数,如等离子厚度、等离子体频率、碰撞频率对该结构全方位带隙的影响,并与文献结构情况进行了对比.研究结果可为新型全方位反射器的设计提供重要的理论指导.     

含负折射率材料的异质结构光子晶体的光学传输特性

利用传输矩阵法研究了正负折射率材料构成的异质结构光子晶体的光学传输特性。结果表明:当入射波正入射时,在这种异质结构光子晶体内出现了光子带隙,并且带隙内出现了3个极窄的透射峰,这是正负交替光子晶体和常规材料构成的同周期一维异质结构光子晶体所不具有的新颖物理特性。计算了这种异质结构光子晶体的透射谱。发现:这3个透射峰不敏感于入射角的变化,而在带隙两侧的透射峰则会随着入射角增大统一向带隙靠近;能带敏感于晶格厚度和周期数的变化。     

含超导材料Cantor序列一维光子晶体的传输特性

利用传输矩阵法研究了按分形三分Cantor序列构成的一维超导光子晶体的传输特性。数值结果表明,与传统电介质材料构成的光子晶体的频谱不同,这种光子晶体频谱没有展现出自相似性。此外,当构成光子晶体的两种材料的光学厚度相同时,光子晶体的频谱具有明显的周期性,并且在光子带隙中间成对地出现缺陷模。这种特性可以用于设计通道滤波器。     

混合准周期异质结构的带隙补偿与展宽

基于一维光子晶体异质结构的多帯隙交叠补偿思想,提出了一种新颖的混合准周期级联结构,用于扩大全方位光子带隙.该全方位反射器结构由Fibonacci准周期结构和Thue-Morse准周期结构级联构成,研究表明,相比单种准周期结构,其全方位光子带隙宽度有显著提高.系统研究了结构参数(如周期数、阶数、介质折射率和厚度)对该结构光子带隙的影响,通过与周期结构带隙特性的比较,分析了准周期结构易于实现多带隙交叠的原因,为更复杂带隙结构的补偿和展宽奠定了设计基础.     

一维铁磁材料光子晶体的光学传输特性

利用光学传输矩阵方法,模拟计算了由铁磁材料组成的一维光子晶体的光学传输特性.研究了能带结构随介质层厚度h(O ≤h≤0.5λ0 λ0=1.2×10-6m)变化的规律,并与相同周期结构的普通光子晶体的传输特性进行了比较.结果表明,当O.15λ0＜h＜0.165λ0时,铁磁光子晶体的带隙宽度略小于普通光子晶体的带隙宽度;在h取其他值时铁磁光子晶体的带隙宽度远远大于普通光子晶体的带隙宽度,并且在h=0.25λ0时存在最大值.这种结构的光子晶体通过掺杂有望在多通窄带滤波技术中得到广泛的应用.     

一维压电Fibonacci类准周期声子晶体传输特性

基于传输矩阵法研究了一维压电Fibonacci类准周期声子晶体的传输特性, 比较了一维Fibonacci序列压电准周期声子晶体与非压电准周期声子晶体以及压电周期性声子晶体的透射性. 计算结果表明:弹性波通过一维准周期结构压电声子晶体时与周期性声子晶体一样会有带隙的出现, 且发现具有压电性的Fibonacci序列准周期声子晶体禁带宽度发生了展宽. 进一步讨论了入射角度对固定频率下声子透射系数的影响,结果表明一维压电Fibonacci序列准周期结构声子透射性依赖于入射角度的选取.     

对称型单负交替一维光子晶体的能带结构

构造了(AB)^N(BA)^N对称型两种单负材料交替一维光子晶体,利用传输矩阵法进行数值模拟.结果表明：这种单负交替对称型一维光子晶体具有一种特殊带隙结构,该带隙不敏感于入射角和晶格的无序性.在该带隙内出现了两个隧穿模,该隧穿模不敏感于入射角的改变和晶格的无序性,但能带及带隙内的隧穿模却敏感于晶格标度和周期数的变化;随着入射角的改变,带隙两侧的隧穿模趋于简并.这些特性对在利用此结构光子晶体设计双重超窄带滤波器时,具有一定的参考价值. 关键词： 光子晶体 单负材料 光子带隙     

一维光子晶体光学特性的复平面波展开法研究

应用复平面波展开法对一维光子晶体的光子带隙, 透射特性进行了分析. 通过对色散关系和透射系数的数值计算发现一维光子晶体周期结构个数以及折射率分布对光学晶体透射系数以及光子带隙的影响. 对于含有整数个周期结构的光子晶体有共振点出现在光子帯隙外的频率范围内, 共振点的个数比周期结构个数少1. 带隙倾斜斜率等于折射率的比值. 折射率比值越大, 带隙的范围越大.     

DOUBLE PERIODIC PHOTONIC CRYSTAL WITH METAMATERIAL

In this paper, the reflection and transmission coefficients of multi-layer dielectric and metamaterial media are derived by transmission-line method. Then, it is applied to double periodic photonic crystal structure, which is composed of two thin dielectric layers sandwiched by two thin metamaterial layers. The results show the structure has a large passband and a monotonous symmetric rising band edges compared with that for a conventional photonic crystal structure. If a defect layer is introduced, the localized modes appear. Furthermore, the number of transmission peaks in the photonic crystal structure can be tuned by changing the thickness of the defect in the structure. This photonic crystal may find application to broadband reflectors and the multi-wavelength narrow band optical filters.     

Dispersion characteristics of two-dimensional unmagnetized dielectric plasma photonic crystal

This paper studies dispersion characteristics of the transverse magnetic (TM) mode for two-dimensional unmagnetized dielectric plasma photonic crystal by a modified plane wave method. First, the cutoff behaviour is made clear by using the Maxwell--Garnett effective medium theory, and the influences of dielectric filling factor and dielectric constant on effective plasma frequency are analysed. Moreover, the occurence of large gaps in dielectric plasma photonic crystal is demonstrated by comparing the skin depth with the lattice constant, and the influence of plasma frequency on the first three gaps is also studied. Finally, by using the particle-in-cell simulation method, a transmission curve in the \Gamma -X direction is obtained in dielectric plasma photonic crystal, which is in accordance with the dispersion curves calculated by the modified plane wave method, and the large gap between the transmission points of 27~GHz and 47~GHz is explained by comparing the electric field patterns in particle-in-cell simulation.     

Beaming of light and enhanced transmission via surface modes of photonic crystals

We report beaming and enhanced transmission of electromagnetic waves by use of surface corrugated photonic crystals. The modes of a finite-size photonic crystal composed of dielectric rods in free space have been analyzed by the plane-wave expansion method. We show the existence of surface propagating modes when the surface of the finite-size photonic crystal is corrugated. We theoretically and experimentally demonstrate that the transmission through photonic crystal waveguides can be substantially increased by the existence of surface propagating modes at the input surface. In addition, the power emitted from the photonic crystal waveguide is confined to a narrow angular region when an appropriate surface corrugation is added to the output surface of the photonic crystal.     

用两端对称缺陷复合光子晶体实现多通道滤波和光开关

用传输矩阵法计算了两端对称缺陷复合光子晶体结构的光传输特性。计算结果表明:两端对称缺陷复合光子晶体[D(AB)mD]2结构中的禁带出现两个完全共振透射峰。通过控制入射光强来微调光子晶体材料的介电常数,使得完全共振透射峰移动,且介电常数变化越大,共振透射峰偏移越大,从而形成高效率的双通道光开关。当光子晶体为[D(AB)mD]N结构时,每个完全共振透射峰都分裂为N-1条,这样可通过调节N同时实现所需要通道数目的高效多通道光开关和多通道滤波器。     

二维光子晶体波导与单模平面介质波导间的喇叭波导接头

提出并优化了用于二维介质柱光子晶体波导与单模平面介质波导对接的基于分布布拉格反射波导的喇叭波导接头，提高了这两种波导之间的传输效率.二维时域有限差分仿真结果表明，在大部分光子晶体波导导模的频谱范围内，传输效率高于98％.传输效率最高可以达到99.85％. 关键词： 光子晶体波导 平面介质波导 时域有限差分     

含复介电常量一维光子晶体量子阱结构研究

利用传输矩阵法研究了实介电常量和含复介电常量时一维光子晶体的透射谱.结果表明：两种情况下均构成光量子阱结构,并且光量子阱结构的透射能带谱位置和结构相同,但在含复介电常量负虚部情况下共振透射峰出现很强的增益现象,而在含复介电常量正虚部情况下共振透射峰则呈现明显的衰减现象.     

Transmission of light through a plane-parallel plate of a two-dimensional resonant photonic crystal

The transmission spectra of two-dimensional resonant photonic crystals of two types have been investigated. Crystals of one type consist of dielectric cylinders forming a square lattice filled by a resonant gas with mercury atoms, and crystals of the other type consist of cylindrical holes filled with a gas and forming a square lattice in a dielectric matrix. It has been established that characteristics of the spectrum of additional transmission arising in the band gap of the photonic crystal can be changed significantly by varying the gas pressure and the angle of incidence. It has been demonstrated that the calculated features in the transmission spectrum of the photonic crystal are stable with respect to a significant increase in the width of the atomic resonance.     

Research in light transmission characteristics of 1-dimensional photonic crystal

In this paper, the principal and characteristics of one-dimensional photonic crystal are introduced, its transmission matrix is derived; and its light transmission characteristics are also analyzed through numerical calculation by means of transfer matrix method, including impacts of dielectric layer thickness, permittivity, and dielectric periodicity, etc. on light transmission characteristics of 1-D photonic crystals.     

二维光子晶体T型波导分支器数值模拟研究

采用平面波展开法和时域有限差分法,对GaAs二维正方晶格光子晶体的色散特性和带隙结构进行了数值模拟研究,并对GaAs二维光子晶体线缺陷构成的T型波导分支器的微波传输特性进行了模拟和优化。数值模拟结果表明,光子晶体填充比对带隙结构有显著地影响。通过在拐角处插入额外的电介质棒对GaAs二维正方光子晶体T型波导分支器进行优化,数值模拟的结果表明,优化的GaAs二维正方光子晶体T型波导分支器在一阶带隙范围内透射系数将提高到0.96以上。