镜像对称结构一维光子晶体的透射谱研究

用传输矩阵法研究镜像对称结构一维光子晶体（ABCB）m（BCBA）m的透射谱,发现：在很宽的禁带范围内出现单条透射峰,透射峰随m的增加而越来越锋锐;随着A层介质厚度dA和折射率nA的增大,透射峰向高频方向移动;随着B层介质厚度dB和折射率nB的增大,透射峰则向低频方向移动;随着C层介质折射率nC的增大,透射峰则快速向低频方向移动;随着入射角θ的增大,透射峰向高频方向移动的同时禁带宽度也跟随着变化。此镜像对称结构光子晶体的光传输特性对光子晶体设计新型光学器件有一定的参考意义。     

镜像对称缓变准周期结构一维光子晶体的缺陷模

利用传输矩阵方法,研究了镜像对称缓变准周期结构一维光子晶体的缺陷模。结果表明,当镜像对称缓变准周期结构一维光子晶体的周期数增加时,禁带宽度逐渐展宽;引入缺陷后,出现缺陷模,缺陷模的波长随缺陷层厚度增加和缺陷层介质折射率的增大而向长波方向移动。     

激活材料对镜像对称一维光子晶体透射谱的影响

利用传输矩阵法理论,研究了激活杂质材料对镜像对称结构一维光子晶体(ABCB)m(BCBA)m的透射谱的影响.结果表明:当介质无掺入激活杂质,即介质的介电常量为一实数时,禁带中心出现一条透射率为100％的透射峰:当在镜像对称结构的任一介质中掺入激活杂质,即介质的介电常数为一带有负虚部的复数时,透射峰的透射率均出现增益现象,且随着各介质复介电虚部大小的增大,透射增益出现一极大值后又减小;各介质复介电虚部大小的变化对光子晶体透射谱的影响存在各异,其中介质A掺入激活杂质时增益幅度最大,其次为C,B相对较小,但透射率的增益对B介质的复介电虚部响应最为灵敏,其次为C,A相对较为迟钝.这些特性对新型光学器件的设计具有指导意义.     

异质镜像光子晶体的光子带隙研究

对异质镜像结构光子晶体(ABCCBA)^N进行了研究。首先,利用一维介电体系中处理光传播的方法--传输矩阵法,详细推导了异质镜像光子晶体透射率的计算公式;然后,采用Matlab软件编程仿真并分析了光子带隙形成与镜像周期数目、光子带隙数目与光子晶体薄层厚度、光子带隙位置与入射角大小等的关系。结果表明:光子带隙的形成及变化主要受光子晶体薄层厚度及入射角大小变化的影响。通过改变影响光子晶体光子带隙的参数,可得到不同频段的光子带隙,用来制作高质量反射镜、滤波器和发光二极管等。     

异质单周期内对称光子晶体的光子带隙特性

利用传输矩阵法,理论上对由TIO₂和SiO₂构成的异质单周期内对称光子晶体的透射谱进行仿真,分别改变入射光的角度、光子晶体介质层数和BA两层的厚度比,观察其透射谱,研究发现该结构形成的光子带隙的位置大小对介质层数的变化不敏感,但对入射角和BA两层厚度比的变化很敏感,这一研究对于光子晶体的设计具有重要意义.     

一维全息光子晶体的带隙结构研究

对一维全息底片运用光子晶体的概念,利用平面波展开法和传输矩阵法,数值计算了介电常数余弦调制的一维全息光子晶体结构的带隙,主要针对全息记录材料为重铬酸盐明胶时设置了计算用参数,计算结果表明对于折射率周期性渐变的一维全息晶体结构同样具有一般光子晶体的带隙,进而研究了带隙的特点.发现禁带宽度随着所使用的记录介质折射率的增加而减小,随着介质折射率调制的增加而增加;带的位置随着介质折射率的增加而移向低频,随着介质周期长度的增加移向低频,折射率调制的改变基本不影响禁带位置.     

一维函数光子晶体的研究

本文提出一种新型函数光子晶体, 其折射率是空间位置函数. 由费马原理, 我们给出光在一维、 二维和三维函数光子晶体中的运动方程, 以及一维函数光子晶体的色散关系、 带隙结构和透射率, 再利用传输矩阵理论研究函数光子晶体周期数、 入射角和介质层的厚度等对透射率和禁带结构的影响, 计算发现通过选择不同的折射率空间分布函数, 可以得到比传统光子晶体更宽或更窄的禁带结构. 这样为我们设计不同带隙结构的光子晶体提供理论依据.     

单轴应力对一维镜像光子晶体光子局域态透射峰的影响

利用传输矩阵法研究了镜像异质三周期一维光子晶体中的光子局域态随单轴应力发生变化的特性. 对于镜像异质三周期光子晶体, 由于其镜像结构, 破坏了光子晶体的有序性, 产生了一个缺陷态, 使其在较宽的光子禁带中心有一个光子局域态透射峰. 研究表明: 当对镜像异质三周期光子晶体施加单轴应力时, 其中的光子局域态透射峰会随着应力的改变而发生剧烈的变化. 当外部微弱的机械应力施加到光子晶体上时, 对光子晶体形成一个拉伸应变, 拉伸应变引起光子晶体结构的变化, 进而大幅度影响光子局域态透射峰的透射率.结果表明: 透射峰的透射率明显受单轴应力的影响. 这些特性可为用此结构的光子晶体设计超高灵敏度压力传感器提供理论参考.关键词：光子晶体单轴应力光子局域态传输矩阵     

一维镜像空气栅光子晶体折射率传感特性研究

基于光子晶体的局域特性,提出一维镜像空气栅光子晶体结构。引入镜像结构在光子晶体中间形成缺陷腔,从而在透射谱禁带中得到谐振透射峰。基于传输矩阵法,建立谐振波长与光子晶体结构参数之间的关系模型。通过观测谐振透射峰值波长的漂移,利用矩形空气栅光子晶体结构即可实现待测气体样本参数的动态监测。以甲醛为待测样本,对该折射率传感器的Q值和灵敏度进行分析。结果表明,其Q值可达1739.48,其灵敏度可达816.67nm·RIU-1(RIU表示单位折射率),证明了结构设计的有效性。该结构可为空气污染监测和气体组分分析等方面提供一定的理论参考。     

数值研究含有负折射率材料的一维光子晶体的带隙特性

由修正后的传输矩阵理论研究了由单负材料构成的一维光子晶体的带隙特性。发现了此结构的光子晶体中同时存在着全方位带隙和布拉格带隙,且发现A、B层厚度等比例变化时全方位带隙非常稳定;当引入缺陷时,全方位带隙里的缺陷态将随入射角度、A层和B层同比例缩放的变化相对稳定,而布拉格带隙里的缺陷态在频谱域内变化很大。     

体积全息图中光子禁带结构性质的分析

利用光子晶体的概念和方法,从理论上分析了一维全息图在再现光以不同角度入射情况下禁带结构的性质。分析表明,当再现光非正入射时,体积全息图的禁带结构是倾斜的,正入射时的非倾斜结构是倾斜结构的一个特例。     

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。     

介质折射率对一维三元光子晶体带隙的影响

利用光学传输矩阵法,数值模拟了一维二元、三元光子晶体的带隙结构,得出:三元光子晶体的主带隙略宽于二元光子晶体的主带隙;三元光子晶体的主带隙主要取决于最高折射率的介质和最低折射率的介质,而与居于两者之间的介质关系不大,并作出了相应的关系曲线。最后推导了三元光子晶体的色散关系。     

填充比和格点方向对二维三角晶格光子晶体带隙的影响

采用有限元法,计算了二维三角晶格椭圆形格点空气孔型光子晶体的TE、TM模式的带隙结构。通过对椭圆形空气孔格点的大小、方向进行改变,研究了填充比、格点方向对带隙的影响。计算结果表明,在空气孔型光子晶体中TE模式更容易形成带隙;不同填充比情况下,格点方向对TE模式和TM模的带隙变化都具有不同影响;不论格点方向如何变化,均未出现完全带隙。     

二维斜三角晶格光子晶体完全带隙研究

在二维正三角晶格光子晶体的基础上,通过改变晶体的晶格基矢构造了一种全新的周期结构。该周期结构的最小周期单元不再是传统意义上的等边三角形,而是一种更为优化的斜三角形结构。利用平面波展开法理论模拟了二维斜三角晶格光子晶体完全带隙的情况,发现所设计结构的完全带隙宽度是二维正三角晶格光子晶体完全带隙宽度的4.3 2倍。分析了介质柱宽度,介质柱旋转角度以及相对介电常数对所构造结构的完全带隙的影响,所得结果对二维光子晶体的理论研究和实际应用有所帮助。为任意角度的二维光子晶体集成波导的研究和制作提供了理论基础。     

类蜂窝状结构完全带隙二维光子晶体

通过在二维三角晶格中引入两个完全一样的介质圆柱构成了类蜂窝状结构光子晶体,并对其光子能带进行了频域计算。借助数值方法分析了介质柱位置改变对光子能带的影响,计算结果表明,这种类蜂窝状结构二维光子晶体可以产生很宽的带隙,而且在一定填充率下,可以通过调整介质柱的位置使完全光子带隙达到最大化。     

含复折射率介质一维准周期光子晶体的透射特性

用Si和复折射率介质构成了(AB)N型一维准周期光子晶体,在考虑Si色散关系的基础上,利用传输矩阵法研究了其透射特性.数值计算表明其TE波的透射谱有如下特征:电磁波垂直入射时,在相对频率0～4的范围内存在4个等间距的尖锐的透射主峰,各主峰低频端相距0.148 (ω/ω0)处都有一透射副峰.入射角增加,主峰的透射率下降,副峰的透射率上升.周期数N增加,各主、副峰位置都有蓝移,但主峰透射率逐渐减小,而各副峰的半峰全宽度变小.当两介质厚度为定值时,从第一主峰到第四主峰,其透射率依次减小,两介质厚度增加时,各主峰的透射率下降.复折射率虚部增加时,各透射峰的位置保持不变,主峰的透射率变大,而副峰的透射率变小,反之亦然.     

基于光子晶体异质结构的磁可调石墨烯多带吸收

石墨烯在光电子学领域具有广泛应用,但石墨烯的吸收率较低限制了其在某些方面的应用。为了改善单层石墨烯的吸收特性,在前人研究的基础上,设计了石墨烯和光子晶体异质结构构成的复合结构。利用4×4传输矩阵法研究了外磁场、费米能量和设计波长等参数对石墨烯吸收特性的影响。结果表明,所设计的光学结构使石墨烯既保持了原有的宽吸收带,还增加了数目可调的窄吸收带。由于考虑到磁光效应,石墨烯的吸收特性表现出一定的磁圆二色性。对于各吸收带,通常情况下左旋圆偏振光的吸收率要大于右旋圆偏振光的吸收率。但调节外磁场和费米能量,可使各吸收带具有99%以上的吸收,在一定的条件下,还可实现近完美的100%吸收。研究结果为光电子学领域中基于石墨烯的相关器件的设计提供了参考。     

含左手材料的一维准周期光子晶体的透射特性研究

利用传输矩阵法,计算了含左手材料的一维准周期光子晶体的透射谱,并分析了其变化规律.结果表明:nR/ηL的比值对其透射谱影响较大,当比值为1时,透射率T恒为1,与N和△dR、△dL均无关;而当nR/ηL的比值在1.7～2.0之间、N=10时,透射谱的通带呈尖峰状,且通带中心在偶数倍频处有红移,通带峰值不变;而当nR/ηL的比值大于2.0时,在高频处的通带峰值变小,两介质的递增厚度△dR、△dL越大,nR越大,这种变化越明显,改变周期数N,对透射谱有较大的影响.     

基于光子晶体塔姆态的带隙分裂

将由两个一维介质层光子晶体组成的异质结拓展为超晶格结构,分析了该结构的能带和透射谱。该超晶格结构可以产生多个界面隧穿态,它们之间的耦合可产生新的通带。研究结果表明,该通带的宽度随光子晶体的周期数变化,而通带的中心位置保持不变。当光子晶体周期数取特定值时,这个通带将发生分裂,在带间产生零相位带隙或π相位带隙。