光纤表面自组装胶体晶体微结构的实验研究

利用自组装方法在普通单模光纤裸纤表面生长胶体晶体,采用自组装方法制备了一种新型的三维光子晶体微结构光纤。将单分散度小于2％的二氧化硅胶体微球超声分散于乙醇溶液,通过垂直沉积法在表面经湿法腐蚀处理的裸光纤表面组装胶体晶体。采用SEM对样品进行表征,胶体样品表面为六角密排列,晶体呈FCC结构,其（111）晶面平行于光纤表面。当微球直径远小于光纤直径时,在60℃温度下制备的胶体样品有较好的质量。     

一种胶体光子晶体修饰的光纤

设计了一种胶体光子晶体修饰的光纤. 采用恒温快速蒸发法直接在经切割刀处理后的光纤端面生长胶体晶体,再与另一根切割后的光纤在毛细玻璃管中完成对接,制备成胶体光子晶体修饰的光纤. 用扫描电子显微镜和光谱分析仪对样品的形貌、结构以及光学特性进行分析. 实验结果表明,粒径为640 nm、体积分数约为0.5%的SiO₂胶体微球溶液在60 ℃的情况下沉积,大约12 h后可得到质量较高的胶体光子晶体. 在SEM下,观察到端面的胶体晶体为面心立方(fcc)结构. 透射光谱证明,该结构在(111)面上     

SiO_2胶体晶体自组装技术

介绍了垂直沉降法和旋涂法制备SiO2胶体晶体,并对两种方法制备的胶体晶体在宏观形貌、微观结构及光子带隙性质进行了比较。采用改进的Stober法在乙醇介质中合成粒径不同、单分散性较好的SiO2微球,用垂直沉积法和旋涂法制备出有序性较好的密排结构的SiO2胶体晶体。宏观照片表明,用旋涂法制备的SiO2胶体晶体经白光照射出现的光柱呈6次对称,而垂直沉降法制备的胶体晶体表面出现条纹。SEM分析表明,选用不同溶剂在同等旋涂工艺下制备SiO2胶体晶体,用乙醇和乙二醇混合溶液作溶剂制备出的SiO2胶体晶体质量最好。透射光谱表明,垂直沉降法所制备的胶体晶体在(111)方向具有明显的光子带隙性质,而旋涂法制备的胶体晶体则不明显。     

SiO2胶体晶体自组装技术

介绍了垂直沉降法和旋涂法制备SiO2胶体晶体,并对两种方法制备的胶体晶体在宏观形貌、微观结构及光子带隙性质进行了比较。采用改进的Stober法在乙醇介质中合成粒径不同、单分散性较好的SiO2微球,用垂直沉积法和旋涂法制备出有序性较好的密排结构的SiO2胶体晶体。宏观照片表明,用旋涂法制备的SiO2胶体晶体经白光照射出现的光柱呈6次对称,而垂直沉降法制备的胶体晶体表面出现条纹。SEM分析表明,选用不同溶剂在同等旋涂工艺下制备SiO2胶体晶体,用乙醇和乙二醇混合溶液作溶剂制备出的SiO2胶体晶体质量最好。透射光谱表明,垂直沉降法所制备的胶体晶体在(111)方向具有明显的光子带隙性质,而旋涂法制备的胶体晶体则不明显。     

二氧化硅蛋白石光子晶体中粒子重构对光学性质的影响

使用自组装法制备了蛋白石结构二氧化硅纳米球三维光子晶体,并对样品在150,300,450℃温度下进行了热处理.随热处理温度的升高,光子晶体禁带中心波长出现22.5 nm的蓝移,且禁带宽度变窄.对于在450℃热处理的样品,其测量的禁带中心波长为572.5 nm,与理论计算结果有较大差异.引起样品光学特性变化的原因是热处理...     

高质量三维光子晶体的实验制备及理论分析

对压强控制自组装法进行了改进,采用了密封硅胶颗粒的强吸水装置,为光子晶体样品的制备提供了一个稳定的温度、湿度和压强环境.将温度、压强分别控制在35 ℃、45 mmHg,利用直径为260 nm的聚苯乙烯胶体球进行了高质量三维光子晶体样品的制备.从理论计算和实验测量等方面对制备的光子晶体样品的结构、质量和性能进行了对比分析,结果表明,利用该实验装置进行光子晶体样品的制备时,可重复性高;制备的光子晶体样品具有较为完美有序的密堆结构,质量较好;在光子晶体样品的Г L方向有深且窄的光子带隙和陡峭的带隙边沿.光子带隙深度为83%,宽度为0.073,带隙边沿陡峭度为8%/nm,这为超快全光开关等先进的光学设备的研究奠定了基础.     

通讯波段禁带胶体光子晶体的制备及实验参数研究

采用直径为700nm的二氧化硅微球,通过垂直沉积法在玻璃基片上制备了位于光通讯波段的禁带胶体光子晶体。研究了不同蒸发温度、湿度条件、干燥过程对样品晶体质量的影响。用扫描电子显微镜(SEM)对其形貌进行了观测。实验结果表明,在温度为65℃,相对湿度为70%,缓慢干燥条件下制备出的样品具有较好的晶体质量,晶体在大范围内保持了面心立方(FCC)单晶结构,其(111)面平行于生长基片。     

空心光子晶体光纤

利用传输常数来认识空心光子晶体光纤的导光机制,并介绍了一种新型全方向波导光纤,最后报道空心光子晶体光纤应用研究的一些进展。     

介质球掺杂导致的无序效应对光子晶体光学性能的影响

采用自组装法制备了聚苯乙烯(PS)微球三维光子晶体结构,通过在PS微球悬浮液中掺入不同浓度的二氧化硅大球,实现了光子晶体结构从有序向无序过程的转变。通过对这些样品的透射、反射进行测量和分析,发现无序效应对光子晶体的光子响应特性具有极大的影响,随着无序程度的增加,高频波段的透射率急剧下降,低频波段的法布里-珀罗振荡消失,光子带隙蓝移且逐渐消失;而在掺杂浓度为0.02%(质量分数)时,光子晶体带隙中心的最低透射率从10%下降到1%,且反射单峰随着探测角度的增大而分裂为双峰。这有助于基于介质球三维光子晶体沿Γ-L方向透射消光,促进其在新型光学器件领域的应用发展。     

光子晶体光纤带隙特性的研究

应用平面波展开法数值模拟得到了光子晶体光纤带隙特性,为光子晶体光纤器件的开发提供了理论依据。     

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.     

Modelling of 3D photonic crystals based on opals

The construction of 3D photonic crystals with gaps in the visible or the near-infrared frequency range requires engineering of complex microstructures which are very difficult to realize by etching and micro-fabrication. Consequently, self-ordered systems such as synthetic opals are very promising. Synthetic bare opals are constituted by SiO₂ spheres that organize themselves by a sedimentation process in a face centered cubic (fcc) arrangement. Using the plane wave method, we examine the photonic band structures of close-packed opal-based photonic crystals with an SiO₂ (n = 1.5) matrix. The incomplete photonic band gaps at the X- and L-points have been studied which correspond to normally incident plane waves onto the (100) and (111) crystal planes. With the transfer matrix method, we model the transmission properties. We find that the incomplete gap at the L-point fully inhibits the transmission of waves propagating in the [111] direction for opal sample thicknesses that are easily obtainable. This property shows that bare opals could be good candidates for complete inhibition of transmission in the near-infrared and visible frequency range for given orientations.     

毛细管中柱对称类面心结构胶体晶体的光谱特性

用体积浓度为30% 的低分散二氧化硅小球悬浮液注入毛细管中自组织生长成胶体晶体. 实验测量了这种胶体晶体的透射谱. 测量结果显示这种胶体晶体的透射谱的柱对称性. 在垂直毛细管轴向的平面内，谱带结构不随光的入射角度变化，测得光谱在径向转360°保持不变. 在含毛细管轴的平面内，在与毛细管轴向夹角越小的方向，谱带越紫移；在垂直毛细管轴方向有最红的带隙. 测量得的光谱结果表明这种毛细管内的胶体晶体结构是柱对称的, 胶体晶体中密排面平行于毛细管的管壁. 另外，此柱对称的胶体晶体比低浓度制作的体心胶体晶体稳定. 这种轴向对称性的光子带隙特性将带来许多潜在的应用. 关键词： 光子晶体 胶体晶体 光子带隙 透射光谱 毛细管     

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     

二维色散和各向异性磁化等离子体光子晶体色散特性研究

采用平面波展开法和时域有限差分法研究了二维色散和各向异性磁化等离子体光子晶体的色散特性.当波矢在周期平面时,由于外加磁场的作用使TE模的色散曲线出现两个不同区域的平带,改变磁场的大小不但可以控制平带的位置,而且可以控制光子带隙的位置和大小.增大背景材料的介电常数,可以形成全方向光子带隙,随着背景材料介电常数的增加,带隙的中心位置降低但带隙宽度增加.当波矢偏离周期平面时,色散曲线不再分为TE和TM模,随着非周期平面波矢的增加,带隙位置上移,带隙宽度先增加随后基本保持不变.     

光子晶体的相关理论分析和实验研究

简要介绍了新型光学材料－光子晶体的相关理论分析方法、实验制备和最新应用。     

Optical properties of one-dimensional soft photonic crystals with ferrofluids

We review the recent theoretical study on the optical properties of one-dimensional soft photonic crystals (1D SPCs) with ferrofluids. The proposed structure is composed of alternating ferrofluid layers and dielectric layers. For the ferrofluid, single domain ferromagnetic nanoparticles can align to a chain under the stimuli of an external magnetic field, thus changing the microstructure of the system. Meanwhile, nonlinear optical responses in ferrofluids are also briefly reviewed.     

Photonic band gaps structure properties of two-dimensional function photonic crystals

The tunable two-dimensional photonic crystals band gap, absolute photonic band gap and semi-Dirac point are beneficial to designing the novel optical devices. In this paper, tunable photonic band gaps structure was realized by a new type two-dimensional function photonic crystals, which dielectric constants of medium columns are functions of space coordinates. However for the two-dimensional conventional photonic crystals the dielectric constant does not change with space coordinates. As the parameter adjustment, we found that the photonic band gaps structures are dielectric constant function coefficient, medium columns radius, dielectric constant function form period number and pump light intensity dependent, namely, the photonic band gaps position and width can be tuned. we also obtained absolute photonic band gaps and semi-Dirac point in the photonic band gaps structures of two-dimensional function photonic crystals. These results provide an important theoretical foundation for design novel optical devices.     

二维正方格子磁性光子晶体的带隙结构

采用平面波展开的方法计算了正方格子二维磁性光子晶体(MPC)的光子带隙结构.散射子的形状分别为：长方形，正方形，六角形和圆形.通过调节磁导率，填充率和散射子的旋转角度，找到了MPC各种结构的最大的绝对带隙宽高比ω_R.研究发现：随着磁导率的增加，MPC绝对带隙中心频率ω_g单调减小，绝对带隙宽度Δω和其宽高比ω_R可能不同时达到最大值.而随着填充率或者散射子旋转角的增加，基本不改变ω_g的大小，各种结构的Δω和ω_R同时达到最大值. 关键词： 磁性光子晶体 光子带隙结构