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.     

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.     

平均折射率为零的光子晶体中缺陷模频率特性的实验研究

利用传输线技术制备了左手材料,将左手材料与正常材料交替排列组合成平均折射率为零的一维光子晶体.该光子晶体在特定频段具有光子带隙,带隙不随晶格尺度和入射角的变化而改变.通过掺杂技术破坏光子晶体的周期性,可在禁带中引入缺陷模,这种结构的光子晶体可用于实现滤波器小型化和超强耦合.研究表明,通过调节缺陷的厚度可以控制缺陷模的频率,这为调节频率提供了一种方法.实验与仿真结果相符. 关键词： 左手材料 复合左右手传输线 光子晶体     

通信波段硅基气孔光子晶体的带隙特性及其物理模型研究

用平面波展开法对硅背景下的通信波段不同晶格类型和气孔形状光子晶体的能带结构进行数值计算与分析,提出了相应的物理模型.结果表明:利用光子受限效应和晶格对称性效应可以有效地调控光子带隙.随光子晶体填充率的增加,其约束光子的能力增强,光子带隙在一定范围内展宽且其中心频率蓝移;带隙随晶格对称性增加而变宽.对基元形状和旋转角度的研究发现,光子带隙随基元旋转角度变化具有周期性和对称性,表现出各向异性,由此优化出对应的不同晶格的最佳谐振腔型结构.     

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     

基于法拉第效应磁化等离子体光子晶体FDTD分析

通过增加外磁场来调控等离子体光子晶体的光子带隙结构,采用时域有限差分算法分析了由本征层为磁化等离子体层和其他电介质材料层交替堆叠而成的磁化等离子体光子晶体的光子带隙结构,数值模拟中采用完全匹配层吸收边界条件以防止边界的反射。由于外磁场的法拉第磁光效应,使等离子体的介电常数随着外磁场的变化而改变。数值结果表明,等离子体光子晶体的带隙特性在一定的频率范围相应地得到调节,实现了频率低于等离子体频率的电磁波也能在等离子体中传播。     

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通过增加外磁场来调控等离子体光子晶体的光子带隙结构,采用时域有限差分算法分析了由本征层为磁化等离子体层和其他电介质材料层交替堆叠而成的磁化等离子体光子晶体的光子带隙结构,数值模拟中采用完全匹配层吸收边界条件以防止边界的反射。由于外磁场的法拉第磁光效应,使等离子体的介电常数随着外磁场的变化而改变。数值结果表明,等离子体光子晶体的带隙特性在一定的频率范围相应地得到调节,实现了频率低于等离子体频率的电磁波也能在等离子体中传播。     

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.     

Photon-bunching Effect from Two PDC Process

前期的研究表明，光子晶体带隙的大小与材料的介电常数关系紧密。而EIT材料实现改变材料介电常数的性质可以促使光子晶体光子带隙与EIT研究的有机结合，可以产生可调控的光子晶体带隙结构。     

基于平面波展开法的二维光子晶体表面模式研究

采用平面波展开法研究了四种二维光子晶体结构(圆柱介质柱四方晶格、圆柱介质柱三角晶格、正方介质柱四方晶格、正方介质柱三角晶格)的带隙宽度随介质柱尺寸变化的关系.使用平面波展开法计算常规晶格和表面缺陷晶格的模式并进行结果叠加,研究了各结构的二维光子晶体在带隙宽度最大时的表面模式.结果表明,同种晶格的光子晶体带隙宽度随着介质柱的尺寸增大呈先增后减趋势,存在最大值.随着表面介质柱尺寸的增加,四种晶格表面模式曲线均呈下降趋势.四方晶格光子晶体与三角晶格相比,表面介质柱尺寸的变化范围更大,但能获取表面模式频率范围较小.     

Optimizing the spectral efficiency of photonic quantum well structures

One can construct photonic single quantum well structures by sandwiching a homogeneous medium slab as a defect between two symmetrical photonic crystals (PCs). It is shown that the number of observed resonant peaks increases with increasing slab thickness. It is found that while the slab is composed of alternatively stacked step-index films, the frequencies of these resonant peaks can be adjusted finely by changing the film thickness properly. In this case, the frequency and frequency interval of confined states can be tuned accurately, and the spectral efficiency can be greatly enhanced without increasing the volume of optical devices. Numerical simulation is based on the finite-difference time-domain (FDTD) method.     

Photonic resonant transmission in the quantum-well structure of photonic crystals

A photonic quantum-well is constructed by sandwiching a uniform medium between two photonic barriers due to the photonic band gap mismatch, similar to electronic quantum well. The transmission coefficient is calculated by a plane-wave expansion method in combination with multiple-scattering techniques. The transmission peaks indicate that some photonic states exist in a quantized way, satisfying a quantized frequency relation. We also show that the finite photonic potential barrier plays different confined roles on the different photonic levels. The positions and number of the resonant peaks can be artificially tuned by varying the well width. By appropriately choosing the parameters of the well and barrier, a high-quality multichannel filtering can be achieved.     

Multiple higher-order stop gaps in infrared polymer photonic crystals

Engineering of stop gaps between higher photonic bands provides an alternative to miniaturization of photonic crystals. Femtosecond laser microfabrication of highly correlated void channel polymer microstructures results in photonic crystals with large stop gaps and a multitude of higher-order gaps in the mid- and near-infrared spectral regions. The gap wavelengths obey Bragg's law. Consistent with theory, varying the woodpile structure unit cell allows for tuning the number of higher-order gaps, and transitions from mere resonant Bragg scattering to stop band total reflection are observed.     

Graphene based photonic crystal optical filter: Design and exploration of the tunability

Optical characteristics of two new graphene based photonic crystals are studied in detail. A structure containing alternating layers of graphene and SiO₂ slabs is considered as the ideal crystal. The dependency of the photonic band gaps (PBGs) to the dielectric layer thickness and the period number is explored at first step. Potential of the proposed crystal to be used as an optical filter is then investigated. Adding a nonlinear electro-optic polymer as a defect layer, the alterations of the optical features are inspected. Results show that the defect layer insertion causes a resonant mode inside the PBGs. However, the location of the defect layer inside the crystal is very effective on both the frequency and width of the resonant mode. Tunability of the optical features is probed by taking into account of the dependencies to the wave incident angle, graphene chemical potential and the applied external voltage to the defect layer.     

受限原子蒸气/电介质周期层状结构中光子带隙的厚度调制

周期性受限原子蒸气/电介质层光子带隙（PBG）宽度及其诱导的反射平顶随蒸气层厚度 d的增大而变宽,并在 （ 为原子的共振波长)时达到最大值,之后随d的增大呈变窄趋势. 随着蒸气厚度的增大,带隙的中心频率产生红移,厚度越大,红移量越大. 研究还发现,共振波长处的反射及透射谱具有迪克窄化结构. 这种可调谐的PBGs结构可望用于全光反射镜及滤波器.     

受限原子蒸气/电介质周期层状结构中光子带隙的厚度调制

周期性受限原子蒸气/电介质层光子带隙(PBG)宽度及其诱导的反射平顶随蒸气层厚度d的增大而变宽,并在d/(λ0/2)=0.5(λ0为原子的共振波长)时达到最大值,之后随d的增大呈变窄趋势.随着蒸气厚度的增大,带隙的中心频率产生红移,厚度越大,红移量越大.研究还发现,共振波长处的反射及透射谱具有迪克窄化结构.这种可调谐的PBGs结构可望用于全光反射镜及滤波器.     

磁导率对二维蜂窝结构光子晶体带隙的影响

利用平面波展开法对二维六角晶格结构磁性光子晶体的带隙特性进行了研究,给出其能带结构分布图,并与非磁性介质构成的光子晶体进行了比较.结果表明,由磁性材料构成的光子晶体更易出现带隙,磁导率对带隙结构影响很大.空气背景磁性散射子情况,磁导率增加较小时,二个绝对光子带隙宽度逐渐减小,直至消失.继续增加磁导率,在较低频率范围内出现一个绝对光子带隙,占空比逐渐加大,且最佳填充系数基本保持不变.磁性背景空气散射子,类似地在较低频率范围内也出现了一个绝对光子带隙.磁性背景非磁性散射子与空气背景磁性散射子情况相似.     

Uncoupled photonic band gaps

We theoretically investigated the symmetry properties of the modes in two-dimensional square lattice photonic crystals in order to study phenomena that would enable new frontiers in the applications of photonic crystals. Using group theory, symmetry analysis of the photonic crystals bands has been done. Particular attention was given to the search for the uncoupled B modes that cannot be excited by the external plane wave because they are symmetry forbidden. The existence of the uncoupled modes enabled to define new physics phenomena: uncoupled photonic band gaps. For the frequency ranges inside the uncoupled photonic band gaps, zero transmission is obtained. Therefore, there are two different types of photonic gaps in the photonic crystals: photonic band gaps and uncoupled photonic band gaps. The appearance of uncoupled photonic band gaps in photonic crystals could at least improve the application of the existing photonic materials and structures or even enable the usage of new ones for devices like waveguides, filters, and lasers.     

含具有双增益线原子的光子晶体中的光传播

讨论了缺陷层包含具有双增益线的原子的一维光子晶体中的色散效应及透射谱，双增益线间出现了反常色散区，由于入射光与双增益线的相互作用使得光子带隙中出现了两个透射率远大于1的透射峰；透射峰随着缺陷位置和体系结构参数的变化而产生变化；左透射峰和右透射峰很窄的频率范围内分别出现了斜率极大的反常色散和正常色散，产生了负的群速度和极慢光速的光传播行为。