二维空气环型光子晶体的负折射成像特性

采用平面波展开法和时域有限差分法研究了由空气环组成的二维三角晶格光子晶体平板的负折射成像特性.研究结果表明对于外半径为 0.4 a,内半径 0—0.13a的空气环型光子晶体,第二能带中归一化频率为 0.3 的电磁波可以实现有效折射率为-1的负折射成像.通过光子晶体有效折射率的计算,得到了有效折射率为-1的电磁波频率随空气环内径由0—0.2 a变化的规律,并由对应等频曲线的变化解释了结构参数对光子晶体平板成像的影响. 关键词： 光子晶体 空气环 负折射 等频曲线     

波状结构二维光子晶体负折射现象的研究

结合波状结构二维(2D)光子晶体(PC)与入射介质两者的等频面结构分析了PC内部的负折射现象，采用时域有限差分(FDTD)方法模拟了高斯光束在波状结构2DPC内的负折射，分别得到了折射角/入射角以及折射角/入射波长之间的关系曲线，当入射角为45°，入射波段在1485—1530nm区域时，波状结构2DPC的负折射角与入射波长近似呈线性变化关系，并带有明显的PC超棱镜效应，采用端面投影方法对波状结构2DPC的入射端面和出射端面进行处理，改善了负折射时的透过率. 关键词： 光子晶体 负折射 等频面     

二维光子晶体负折射现象条件及特性研究

结合光子晶体带隙图和等频率线图分析了二维光子晶体中出现负折射现象的条件,得出了负折射现象出现的频率范围.采用有限时域差分法模拟了光在光子晶体界面和内部的传输行为,验证了以上理论所给出的负折射出现的频段,观察到了明显的负折射现象.比较了不同介质、不同晶格结构光子晶体中不同频率的负折射行为.提出一种新结构的六角型二维三角晶格光子晶体分光镜的模型.     

液晶光子晶体的负折射特性研究

可调光子晶体由于其潜在的应用价值成为现今光子晶体研究中的一个热点.本文提出了通过光诱导液晶来调节光子晶体负折射效应的方法,采用平面波展开法、等频图分析法和推广的斯涅尔定理分析了二维液晶正方晶格光子晶体负折射的可调节性.提出了一种新型的液晶光子晶体结构, 数值模拟结果表明:通过偏振光改变液晶指向矢可以调节该液晶光子晶体的负折射.与电场调制方法相比,该光控液晶取向技术具有响应速度快、结构简单的优点.这种可调光子晶体可用于制作光控路由或者应用于全光网络.     

准周期光子晶体平板透镜的光会聚

提出了一种能够实现负折射的准周期光子晶体(QPC).该准晶光子晶体具有十二重对称性,由介质背景下空气孔的准周期阵列组成.用时域有限差分方法研究了电磁波通过该十二重准品后的传播行为.对劈形准品样品的研究表明,电磁波在该准晶结构中发生了负折射现象.进一步利用该准晶制成平行平板,研究了平板的表面截面对电磁波传播的影响.发现改变平板的表面截面,可以调节电磁场在板后的分布.在合适的界面条件下,准晶平板对电磁波实现了会聚.因此,在实际应用中应仔细选择适当的界面参数.     

二维平板光子晶体的等效负折射率测量EI北大核心CSCD

光子晶体特殊的色散特性能导致负折射现象发生。用波束位移法对二维光子晶体平板的负折射现象进行理论计算和实验测量,得到了入射光经平板光子晶体折射后的二维光场分布。测量结果表明,横电(TE)光在光子晶体中发生负折射,出射光沿出射面产生了反方向的横向位移,由此计算出来的负折射率约为-0.44,而横磁(TM)光没有发生负折射。实验结果与仿真结果吻合较好。     

无序对二维声子晶体平板负折射成像的影响

利用多重散射理论分析了位置无序对钢/水声子晶体负折射成像的影响.发现声子晶体负折射成像与周期结构中的方向性通路有关;该方向性通路不同于一般意义上的位置波导,它是声子晶体周期散射的结果;通路中的障碍对成像有较大影响;随着散射体位置无序程度的增加,周期性散射减弱,方向性通路被破坏,成像也随之减弱,甚至消失.     

对全入射角负折射二维光子晶体结构和电磁参量的研究

利用二维光子晶体的等频线分析原理和平面波展开方法,得到了使二维光子晶体产生全入射角负折射(All-Angle Negative Refraction,AANR)现象时,入射电磁波的频率取值范围.同时,分析了AANR频率范围随着结构参量(晶格类型、介质棒半径与晶格周期的比值)和电磁参量(介质柱介电常量、本底介电常量、入射电磁波偏振方向)变化的行为.结果表明:固定组成光子晶体的一种介质的介电常量,另一介质的介电常量只有达到一定阈值,才有可能使光子晶体出现AANR现象.在给定两种介质介电常量的条件下,存在使AANR频率范围最大化的结构参量和电磁参量.     

10.6 μm 波段光子晶体负折射现象的实验验证

介绍了10.6 μm波段扫描负折射功率的实时探测系统,在实验上为探测光子晶体光频波段负折射现象提供了实验平台。该系统通过数据采集卡实现计算机对旋转台及平移台的控制,在以光子晶体样品为探测中心的轨道上,对折射光的整个空间功率分布进行实时采集和绘图。这一实验系统能够精确便捷地实现负折射现象在光频波段的探测。根据折射光最大光功率出现的位置,测得光束通过光子晶体样品的负折射现象,而且与理论结果基本吻合。     

改变光子晶体表面结构对负折射透射光强的影响

以砷化镓圆形介质柱在空气中构成二维六边形排列结构的光子晶体为例,利用时域有限差分法模拟研究了光子晶体表面结构改变对负折射透射光强的影响.模拟结果表明:针对同一结构光子晶体,在可产生负折射现象的入射光频率范围,改变光子晶体表面两侧圆形介质柱的半径和顺向侧移两侧表面最外层圆形介质柱都会均对负折射透射光强产生影响.     

Existing conditions of full bandgaps and absolute negative refraction in metallic-dielectric photonic crystal

This paper has theoretically studied the characteristic frequencies of band structures in two-dimensional metallic-dielectric photonic crystals. It is demonstrated that a large filling fraction benefits the existence of absolute photonic band gap, while a smaller filling fraction benefits an absolute negative refraction band. In addition, it also finds that the relation between the cut-off frequency of E-polarized wave and the filling fraction exceeding 10{\%} is content with a linear increasing function, whose coefficients are exponential to the normalized lattice constant. These investigations have significant implications for tuning the operational frequencies to desired applications and manufacturing photonic crystals.     

Frequency bands of negative refraction in finite one-dimensional photonic crystals

We have discussed theoretically the negative refraction in finite one-dimensional (1D) photonic crystals (PCs) composed of alternative layers with high index contrast. The frequency bands of negative refraction are obtained with the help of the photonic band structure, the group velocity and the power transmittance, which are all obtained in analytical expression. There shows negative transverse position shift at the endface when negative refraction occurs, which is analysed in detail.     

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     

Towards focusing using photonic crystal flat lens

We report on the numerical simulation and fabrication of a two-dimensional flat lens based on negative refraction in photonic crystals. The slab acting as a lens is made of an hole array (operating at the wavelength of 1.5 μm) etched in a InP/InGaAsP/InP semiconductor layer. We first study the key issues for the achievement of a negative refractive index taking advantage of folding of dispersion branches with main emphasis in dispersion properties rather than the opening of forbidden gaps. The diffraction and refraction regimes are analysed according to the comparison of the wave-vector with respect to the relevant dimensions of the hole array. In the second stage, we illustrate technological challenges in terms of e-beam lithography on a sub-micron scale and deep reactive ion etching for an indium phosphide based technology.     

单轴晶体中负折射现象的演示

用惠更斯作图法定性地说明了单轴晶体中负折射现象产生的基本原理,演示了YVO4晶体中发生的负折射现象.该实验有助于学生全面认识折射现象.     

正负折射率材料组成的半无限一维光子晶体的反射率

计算了由正负折射率材料交替生长形成的半无限一维光子晶体的反射率,发现在带隙中,反射率等于1,在通带内,半无限结构的反射率是有限层结构迅速振荡的反射率平均的结果. 当该结构中正负折射率材料的光学厚度相互抵消时,会出现零平均折射率能隙.解析地证明了该结构零平均折射率附近的能隙几乎不随入射角度和偏振情况变化,而且跟晶格常数的标度无关. 关键词： 半无限光子晶体 反射率 负折射率     

基于一维金属光子晶体平凹镜的柱矢量光束亚波长聚焦

柱矢量光束具有柱对称性的偏振分布,其独特的光场分布和聚焦特性被广泛应用于光学微操纵及光学成像等领域,并迅速向亚波长尺度拓展.通常,亚波长尺度聚焦采用等离激元透镜实现,但存在光场调控的偏振态局限性.而借助光子晶体的负折射效应,不仅能够实现亚波长聚焦或成像,而且应对正交偏振态同时有效.采用对电磁波具有更强调控能力的一维金属光子晶体结构,计算得到的能带结构和等频曲线表明其负折射效应在特定波段对正交偏振态同时有效.在此基础上设计出一维金属光子晶体柱对称平凹镜结构,通过有限元算法模拟显示了可见光波段的径向和旋向偏振光的同时亚波长聚焦行为.进一步的结果表明,改变柱矢量光束的偏振组分能够直接有效地调节焦场空间分布及偏振分布特性.所提出的平凹镜结构能够实现对任意偏振组分的柱矢量光束的亚波长尺度聚焦,且该结构的设计对于各波段情况均有参考意义.该研究结果对小尺度粒子的光学微操纵、超分辨率成像等相关领域具有潜在的应用价值.     

Negative refraction and focusing of electromagnetic wave through two-dimensional photonic crystals

The negative refraction of electromagnetic waves in photonic crystals was recently demonstrated experimentally, and the physical properties were analyzed. Microsuperlenses based on two-dimensional photonic crystals were designed and the subwavelength images were observed. In this review, after providing a brief history of the research related to the above phenomena, we will summarize our research works in this field including the method of creating a negative refraction region, generating an absolute negative refraction, the focusing of unpolarized electromagnetic waves, and the effect of interface and disorder on the image by the two-dimensional photonic crystal flat lens. The discussion on the negative refraction and the focusing by high symmetric quasicrystals is also presented.     

二维蜂窝结构声子晶体的负折射成像研究*

为了得到分辨率更好的平板透镜,对此进行了研究。利用有限元的方法研究了由水/水银材料组合的二维蜂窝结构声子晶体平板透镜的负折射成像特性,通过数值仿真计算了声子晶体的能带结构、等频色散曲线,模拟了点源成像,并且利用高斯波束验证了声子晶体平板透镜的负折射现象,得到了有效折射率neff =-1的成像。对比相同材料的正方晶格和三角晶格而言,该模型的成像效果更佳。为了改善成像分辨率,还在原来的模型上进行了改进,得到了分辨率约为0.37λ的亚波长像。