Zero permittivity band characteristics in one-dimensional plasma dielectric photonic crystal

We consider the oblique propagation of electromagnetic waves in one-dimensional plasma dielectric photonic crystals, the superlattice structure consisting of alternating plasma and dielectric materials using transfer matrix method. Our results show that photonic band gaps for all polarizations can be obtained in one-dimensional plasma dielectric photonic crystals. These structures can exhibit a new type of band or gap, for the incidence angles other than normal incidence, near frequencies where the electric permittivity of the plasma layer changes sign. This new band or gap arises, from the dispersive properties of the plasma layer, only for TM polarized waves and its width increases with the increasing angle of incidence. This differential behaviour under polarization can be utilized in the design of an efficient polarization splitter. The band characteristic is affected by the plasma width, the plasma density, dielectric width, the dielectric constant of the dielectric medium and angle of incidence.     

六角蜂窝结构光子晶体异质结带隙特性研究

利用蜂窝结构光子晶体具有两个范围较大绝对带隙的特性，设计新型六角蜂窝结构光子晶体异质结，采用平面波展开和超晶胞相结合的方法来研究异质结的能带结构特性.给出异质结的结构和相应的能带图，分析异质结界面传导模，研究两侧结构作横向拉开和侧向滑移时对传导模的影响，讨论这些结构的实际可行性.计算结果表明，没有任何晶格移动，此种结构异质结在绝对带隙中就有导模存在，两边晶格横向拉开对导模影响较大，而侧向滑移的影响则较小. 关键词： 光子晶体 异质结 光子带隙 超晶胞     

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     

中红外波段硅基两维光子晶体的光子带隙

利用电化学腐蚀的方法制备了大多孔硅两维光子晶体.结构图形对称性为正方格子，其结构参数为正方形晶格周期a=44μm，正方形空气柱的边长l=2μm.并用显微红外光谱仪表征了光谱性质，揭示了所制备两维光子晶体样品的中红外波段光子的反射特性. 关键词： 光子晶体 光子带隙 反射谱 时域有限差分法     

电磁超材料中负磁导率对负介电常数的影响

为深入了解电磁超材料中物质间相互作用关系,理论分析了金属导体线阵列宏结构嵌入单负磁导率媒质中时其等效介电常数的变化特性。数值计算和电磁仿真方法相结合,讨论了单负磁导率媒质和单负介电常数媒质的相互作用关系,提出了减小其相互作用的解决方法。仿真结果显示：将金属线阵列直接嵌入到单负磁导率媒质中时,电磁超材料传输特性在整个频段内为传输禁带;将金属线裹附一层绝缘材料后,传输禁带变为传输通带,这表明金属线阵列和单负磁导率媒质之间必须加入一种绝缘材料才能合成双负的电磁超材料。     

旋转对二维正方晶格介质柱内空结构光子晶体禁带的影响

采用平面波展开的方法计算了三种旋转操作下二维正方晶格各向异性材料(Te)介质柱内空结构光子晶体TE,TM模式能带.讨论了三种旋转操作对TE,TM模式带隙及完全光子禁带的影响.发现TM模式高频带隙与结构的旋转对称性有着密切的关系.而TE模式的带隙不仅受到晶体旋转对称性的影响同时也受到介质在x-y平面分布情况的影响.     

旋转对二维正方晶格介质柱内空结构光子晶体禁带的影响

采用平面波展开的方法计算了三种旋转操作下二维正方晶格各向异性材料(Te)介质柱内空结构光子晶体TE,TM模式能带.讨论了三种旋转操作对TE,TM模式带隙及完全光子禁带的影响.发现TM模式高频带隙与结构的旋转对称性有着密切的关系.而TE模式的带隙不仅受到晶体旋转对称性的影响同时也受到介质在x-y平面分布情况的影响. 关键词： 二维光子晶体 内空结构 旋转操作 光子带隙     

一维光子晶体结构参数对禁带带隙的影响研究

采用平面波法(PWM)计算一维光子晶体的带隙结构。分别就构造一维光子晶体结构的高低折射膜层的介电常数及填充比(高折射膜层的厚度与晶体周期长度的比值)对禁带带隙宽度的影响作出分析。通过最小二乘曲线和曲面拟合得到带宽与介电常数或带宽与填充比的函数关系图，以确定最佳的禁带带宽，从而设计一维光子晶体的周期结构。对高低折射膜层为GaAs/空气组成的一维光子晶体，介电常数比约为13/1，当填充比为0.16时，计算得禁带带宽为0.2564×2πc/Λ，禁带的中心频率为0.3478×2πc/Λ，与实验数据吻合。     

二维单斜点阵光子晶体的第一布里渊区及带隙计算

二维单斜点阵光子晶体在光学聚焦器件及光子晶体波导中有重要的应用价值，详细讨论了二维单斜点阵光子晶体的第一布里渊区及带隙计算，并与常规方法计算得出的二维正三角形晶格光子晶体的带隙结构进行了比较.最后讨论了临界条件下二维单斜点阵光子晶体的带隙结构，证明了本方法的有效性.     

利用含负折射率材料的光子晶体实现角度滤波器

利用光子晶体的共振隧穿效应，并结合由负折射材料引起的零平均折射率带隙，设计出一种新型的角度滤波器，使得对于某一频率范围内的入射电磁波仅在特定入射角度的波能够全透，而其他角度的波不能透过.这将在微波器件乃至光学器件上有广泛应用. 关键词： 光子晶体 负折射率材料 共振隧穿     

Properties of omnidirectional photonic band gap in one-dimensional staggered plasma photonic crystals

In this paper, the properties of the omnidirectional photonic band gap (OBG) realized by one-dimensional (1D) photonic crystals (PCs) with a staggered structure which is composed of plasma and isotropic dielectric layer have been theoretically studied by the transfer matrix method (TMM). From the numerical results, it has been shown that such OBG is insensitive to the incident angle and the polarization of electromagnetic wave (EM wave), and the frequency range and central frequency of OBG can be effectively controlled by adjusting the plasma frequency, the average thickness of plasma layer, the average thickness of dielectric layer and staggered parameters, respectively. The frequency range of OBG can be notably enlarged with increasing the plasma frequency, average thickness of plasma layer, respectively. Moreover, the bandwidth of OBG can be narrowed with increasing the average thickness of dielectric layer. Changing staggered parameters of dielectric and plasma layer means that the OBG can be tuned. It is shown that 1D plasma dielectric photonic crystals (PPCs) with such staggered structure have a superior feature in the enhancement of frequency range of OBG compared with the conventional 1D binary PPCs. This kind of OBG has potential applications in filters, microcavities, and fibers, etc.     

无规结构全角高反一维光子晶体的场强分布

因一维光子晶体的许多应用由其场强分布特性所决定，本文研究了无规全角高反一维光子晶体场强分布的性质，结果表明在带隙内,两者的场强分布无明显差别,但在研究各种应用和器件关系最密切的带隙边缘, 周期结构的场强分布只有对称性的一种；无规结构光子晶体的谱带边缘电场分布特性则完全可按应用要求进行设计和控制，为光子晶体器件设计提供了全新的思路. 关键词： 光子晶体 无规结构 光子能隙 全角高反 场强分布     

光子晶体中的磁控光子开关线路

提出了一个光子晶体中的磁控光子开关线路的理论模型,并利用平面波展开加超原胞方法计算了它的光学性质.这个模型由设置在空气中的介电柱子光子晶体构成,其中一排柱子被具有同样介电常数的铁氧体柱子替换.当外加磁场时,铁氧体柱子产生了不等于一的磁导率,这就会在光子带隙中产生波导模.当撤去外场,整个体系还原为完美光子晶体.由此便可形成磁控光子开关线路.具体选择了正方形柱子设置在正方形格点上,计算结果证明这种设想是可行的,并给出一些有价值的结果. 关键词： 光子晶体 传导模 磁导率     

大带隙二维正方介质柱三角晶格光子晶体

关键词：     

Simultaneous negative permittivity and permeability in a coherent atomic vapour

A new quantum optical mechanism to realize simultaneously negative electric permittivity and magnetic permeability is suggested. In order to obtain a negative permeability, we choose a proper atomic configuration that can dramatically enhance the contribution of the magnetic-dipole allowed transition via the atomic phase coherence. It is shown that the atomic system chosen with proper optical parameters can give rise to striking electromagnetic responses (leading to a negative refractive index) and that the atomic vapour becomes a left-handed medium in an optical frequency band. Differing from the previous schemes of artificial composite metamaterials (based on classical electromagnetic theory) to achieve the left-handed materials, which consist of anisotropic millimetre-scale composite structure units, the left-handed atomic vapour presented here is isotropic and homogeneous at the atomic-scale level. Such an advantage may be valuable in realizing the superlens (and hence perfect image) with left-handed atomic vapour.     

含负折射率材料并具有零平均折射率的半无限一维光子晶体的表面态

用传输矩阵方法和Bloch定理,从理论上分析以色散介质为背景,由正负折射率材料组成的半无限一维光子晶体的表面态,发现以色散介质为背景,在满足平均折射率等于零的情况下,第一层厚度变化时,表面态将会在较大频率范围内显著变化。讨论了同一入射角度下不同频率的表面态的电场分布情况,结果表明：远离带边的表面态局域长度较小。     

Effect of anisotropy on the photonic band gap and surface polaritons of a one-dimensional single-negative photonic crystal

The effect of anisotropy on the photonic band structure and surface polaritons of a one-dimensional photonic crystal made of uniaxially anisotropic epsilon-negative (ε<0,μ>0) and mu-negative (ε>0,μ<0) metamaterials is theoretically investigated. Two different cases of uniaxially anisotropic epsilon-negative and mu-negative metamaterials are considered. It is found out that for one case of anisotropy, one-dimensional photonic crystal does not have any single-negative band gap. As a result, it can not support the surface polaritons. While, for another case, the structure shows single-negative band gaps. So, the surface polaritons can be excited at the interface of such a photonic crystal. However, these surface polaritons, unlike the isotropic case, are not omnidirectional and they are restricted to a limited rang of the propagation constant.     

电子密度对等离子体光子晶体禁带特性的影响

从Maxwell方程出发,采用类似于量子力学Kronig-Penney模型求解周期势的方法,结合双水电极介质阻挡放电的实验结果,研究了电子密度ne对一维等离子体光子晶体禁带特性的影响。研究发现:电子密度对等离子体光子晶体光子禁带的位置和宽度均有重要的影响;等离子体光子晶体的禁带宽度随电子密度的增加而增大,增长速率为电子密度的函数;等离子体光子晶体的截止频率、光子禁带边缘频率随电子密度的增大而增大。给出了当等离子体光子晶体具有显著禁带宽度时的电子密度的理论临界值。     

大带隙的二维各向异性椭圆介质柱光子晶体

用平面波展开方法及时域有限差分法计算了各向异性介质材料碲形成的椭圆柱光子晶体的带隙结构.计算表明,选取适当的椭圆长短轴以及晶格常数可以形成约0.051ωe(ωe=2πcLy,Ly为沿长轴的晶格常数)的大带隙,而且在高能区域也出现了一个小的禁带.分析表明,该光子晶体大禁带对工艺上可能引起的轴长及晶格常数的偏离具有很好的稳定性. 关键词： 光子晶体 各向异性 平面波展开方法 时域有限差分法