含缺陷的一维镜像光子晶体的量子理论

用量子理论新方法研究一维镜像光子晶体,将光的量子波动方程应用到一维光子晶体中,推导出量子传输矩阵,量子透射率和量子反射率公式.进一步研究缺陷层数目以及吸收介质和激活介质对一维光子晶体量子透射特性的影响,从而可以设计出光学滤波器、放大器和衰减器.当加缺陷层时,缺陷模出现尖锐峰,当缺陷层数目增加时,缺陷模个数增加,可设计为多通道光学滤波器.在缺陷层中加入吸收介质时,缺陷模强度减弱.在缺陷层中加入激活介质时,缺陷模强度增强,可设计为光学放大器和衰减器.     

一维光子晶体结构参数的随机扰动对其光学特性的影响

用特征矩阵法研究结构参数存在随机扰动的情况下一维光子晶体的光学特性, 无论是加工过程中介质层几何厚度的误差, 还是介质层折射率的随机波动都会影响一维光子晶体的光学特性.随机扰动对一维光子晶体带结构高频部分影响较大, 造成带结构消失, 甚至全部变成禁带; 随机扰动对光子晶体缺陷模式的影响是使缺陷模的位置发生随机平移, 平移的程度与随机度有关, 介质层折射率的随机变化要比介质层厚度的随机变化对缺陷模位置的影响要大; 周期数目的增加可以部分地减小缺陷模的平移, 但同时会使缺陷模透射率减小,增加缺陷层厚度可以有效降低随机扰动对光子晶体缺陷模式的影响. 本文的研究将对一维光子晶体的设计工作提供有价值的参考.     

一种基于光子晶体的雾霾检测仪的设计

为设计雾霾检测仪,由Si和LiF介质组成了一含缺陷层的光子晶体.在考虑两介质色散关系的基础上,利用传输矩阵法对其透射特性进行了研究.计算表明,此光子晶体在580 ～ 720 nm的范围内出现了一个透射率为1的缺陷模,此缺陷模有如下特征:缺陷层中折射率变化时,不影响缺陷模的透射率,只改变缺陷模的中心位置,且缺陷模的中心波长与缺陷层中的折射率有线性关系.两介质几何厚度分别增加时,缺陷模的透射率不变,但其中心位置红移.缺陷层的几何厚度单独变化时,仅影响缺陷模的中心位置,几何厚度增加,缺陷模中心红移,且移动率一定.缺陷模的以上特征为利用此类光子晶体设计雾霾检测仪提供了有益的指导.     

掺杂光子晶体光纤的缺陷模增益谱与光孤子拉曼放大研究

本文研究在层状结构光子晶体光纤中引入多个缺陷区,制作出多芯的光子晶体光纤,在光子晶体光纤中增加的多个线缺陷形成波分复用技术的多个传输信道,在此基础上数值模拟研究在缺陷介质中掺入和未掺入激活杂质,光子晶体光纤的掺杂局域场特征以及受激辐射增强和透射率大于1现象与光子带隙内群速度异常和掺杂层复有效折射率负的虚部之间的内在规律,进一步研究发现在光子晶体光纤的各个线缺陷中掺入拉曼增益介质,得到光子晶体光纤拉曼放大规律.由于光子晶体光纤的各个信道间存在带隙,使得信道间信号串扰必然受到抑制,利用这些特性可以设计分布式高增益、极低噪声、宽带和有利于光集成的新型光子晶体光纤拉曼放大器,将它用于密集波分复用(DWDM)光通信系统.     

基于普通介质无缺陷一维光子晶体高Q值多通道滤波器

设计用常规介质构成的无缺陷的一维光子晶体,用特征矩阵法研究光波在其中的传输特性.在消逝波和传输波相互耦合的传播模式条件下,对特定的入射角度,有多个分离的高Q值频道可以让光波传播.因此可以将该结构用作多通道高Q值频率滤波器.通道位置和数目可以通过入射角度和结构的周期数目进行调节.     

基于声光效应的可调谐光子晶体的研究

利用传输矩阵法研究了一维异质双周期光子晶体的光子带隙随超声波变化的特性.首先,光子晶体的介电常数随超声波的传播出现周期性变化;然后,光波入射到此光子晶体时产生声光效应,采用Matlab软件模拟仿真并分析了该结构光子晶体的光子禁带的位置、宽度与超声波强度及频率的关系.结果表明:光子晶体禁带的位置、宽度可以通过控制超声波的强度和频率实现实时调制.这个结果为基于声光效应的可调谐光子晶体器件的研究提供了理论依据.     

光在介电常数正弦调制的一维光子晶体中的传输

本文用平面波展开法和时域有限差分法研究了光在介电常数受正弦函数调制的一维光子晶体传输规律,发现该光子晶体同样具有一般光子晶体的带隙结构.带隙宽度随调制深度的增加而增加,随周期长度的增加而减小.还用时域有限差分法计算得到源频率分别在禁带和通带时电场在介质中的分布,禁带情况下电场在介质中受到抑制,通带情况下不受抑制.说明不论介质的介电常数如何分布,只要满足周期性的条件,介质都会具有一般光子晶体共有的本质特征.     

一种基于光子晶体的糖溶液检测仪的设计

为设计糖溶液浓度检测仪,由LiF和Si介质组成了一含缺陷层的光子晶体.在考虑两介质色散关系的基础上,利用传输矩阵法对其透射特性进行了研究,计算表明,此光子晶体在400～ 700 nm的范围内出现了一个透射率为1的缺陷模,此缺陷模有如下特征:缺陷层中糖溶液浓度变化,不影响缺陷模的透射率和半峰全宽度,只改变缺陷模的中心位置,且糖溶液浓度与缺陷模的中心波长呈线性关系.两介质几何厚度分别或同时增加,缺陷模的透射率和半峰全宽度均不变,但其中心位置红移,移动率分别保持不变;LiF单独变化时,中心位置的移动率最小,LiF和Si同时变化时,移动率最大.不同介质几何厚度变化时,糖溶液浓度与缺陷模的中心波长呈不同的线性关系,但可通过重新定标来确定.     

抽运光偏振态对晶体两波耦合增益的影响

采用非同时读出条件下晶体两波耦合实验装置,以532 nm单频固体激光器为光源,研究了抽运光偏振态对Ce: KNSBN晶体两波耦合有效增益的影响.结果表明:在信号光为e光且入射光夹角为30 °条件下,当抽运光偏振态与e光夹角为10 °时,有效增益最大;通过比较信号光打开与关闭条件下不同偏振态抽运光入射晶体时信号光及抽运光透射光强,分析得出最大增益存在的原因是偏振角为10 °时抽运光的o光分量很好的起到了擦除光扇的作用,抑制了光扇的发生,从而增益最大.取抽运光偏振态与e光夹角为10 °,研究入射光光强比对Ce: KNSBN晶体两波耦合有效增益的影响,结果发现随入射光光强比的增大,有效增益先增大后减小,光强比为1: 50时对应的增益最大为33.8.同时对研究结果进行了相应的物理解释.     

光子晶体缺陷中掺入增益介质的小信号增益特性

详细推导了光在单层增益介质传播的传输矩阵,得到增益介质复折射率的具体表示形式.利用含增益介质的传输矩阵法研究在单缺陷一维光子晶体的缺陷层中掺入增益介质的小信号增益特性,分析了小信号增益受参量变化的影响规律.结果表明:在光子晶体缺陷层掺入一定增益系数的增益介质,当缺陷层两侧存在一个相匹配的高低折射率材料周期排列层数时,得到的小信号增益最大;否则,小信号增益减弱.增益系数小,要获得最大的小信号增益时,相匹配的介质排列周期层数就多,反之亦然.     

电子辐照对VO2薄膜热致相变过程中光学性能的影响

利用能量为1.7MeV,注量分别为10^13-10^15/cm^2,的电子束辐照二氧化钒薄膜,对辐照及未辐照样品进行了UV－VIS,XPS参数测试,并测量900nm处光透射性能随温度的变化,发现电子辐照导致了VO2薄中的V离子价态由V^4向V^5 转变,薄膜热致相变前后的光透射比随注量增加变化较小,只在注量为10^14/cm^2时光透射比减小得较明显,相变温度点及热滞回线宽度随注量增加出现显著变化,并对有关的结果进行了讨论。     

Optical study of the photoactivation time of a sol–gel titania suspension in ethanol

The photoactivation time of sol–gel nanostructured titania, in an ethanol suspension, was studied by optical methods in the UV–Vis region. Titania activation was induced using a Hg lamp and the process was analyzed using light transmittance. The Hg lamp light beam was transmitted through the sample and collected with a spectrophotometer as a function of time. The titania powder was thermally treated to observe the effect in the photoactivation. When the photoactivation of the titania suspension occurs, the transmittance falls and afterwards, a constant value is reached. It was found that the activation time depends on the crystalline structure and the crystallite size.     

Modulated Microdomain Switching of Nematic Liquid Crystals

Abstract

Modulated microdomain switching of nematic liquid crystals have been investigated. This display mode used for light switching of micron-sized domains regions using a complicated electric field with special mesh electrode structures. Under He-Ne laser irradiation, contrast ratio was 22:1 for homeotropic alignment cell and transmittance change was no dependent of incident polarization condition. Under white light illumination, the contrast ratio was 4.3:1.     

Selective optical properties of a multilayered periodic gyrotropic structure at an arbitrary angle of incidence of waves

A multilayered periodic gyrotropic structure consisting of an arbitrary number of unit cells is considered. The gyrotropic properties of this multilayered structure are due to the external magnetic field. A matrix is calculated on the basis of the boundary conditions for waves in each layer, which relates a wave incident at an arbitrary angle with the transmitted and reflected waves. The complex amplitude transmittance and reflectance are found for the entire multilayered structure from the calculated matrix elements. The optimal parameters of a structure consisting of layers of potassium dihydrogen phosphate and europium-doped glass are calculated. The dependences of the intensity, ellipticity, and the angle of rotation of the major axis of the polarization ellipse of reflected and transmitted waves on the number of cells, light frequency, and magnetic field at an arbitrary angle of incidence of waves are obtained in graphical form. The structure considered is characterized by selective reflection of electromagnetic waves and can be used as a polarization converter controlled by a magnetic field.     

The dispersion of the dynamic scattering of colourless nematic liquid crystals

Using a photogoniometer the dispersion of the dynamic scattering process for visible light in colourless nematic liquid crystals was studied depending on sample voltage, observation angle and primary beam polarization. The results may be interpreted by means of a scattering model based on the dispersion effects of the birefringence and of the elliptical polarization.     

光子晶体多组元缺陷态问题研究

缺陷态光子晶体可以用于制作良好的谐振器、偏振器、滤光器等光学器件,具有重要的应用价值。本文发展了光子晶体缺陷态问题的PG有限元界面问题计算方法,有效地处理了各种不同组元体系、几何结构、界面形状、材料属性以及模态的光子晶体缺陷态问题。数值结果表明,二组元结构单点缺陷对带隙的影响较小,只是使局部范围内的波继续传播而产生一条缺陷带,多点缺陷使一些特定范围内的波可以传播而产生多条缺陷带,线缺陷产生的影响较大,可以使整个禁带消失。结合线缺陷与点缺陷,波导结构中的侧点缺陷可以有效地应用于光子晶体阻带内诱导窄通带或在波导的通带内诱导非常窄的阻带。三组元结构引入了不均匀介质、复杂介质形状以及不同几何结构的缺陷态。通过计算与分析发现Ω₃区域的介质形状对结果影响比较有限,表面层越不光滑禁带越窄,n型缺陷态在TM模中的高频区域更容易产生禁带。对于TE模来说,n型与v型的缺陷态更容易产生禁带。     

基于偶极子点光源模型光子晶体LED出光效率的研究

利用三维时域有限差分法(FDTD)对光子晶体LED出光效率的影响因素进行分析,比较了电偶极子和磁偶极子点光源模型对LED出光效率的影响,研究不同极化角偶极子点光源下光子晶体LED中的出光效率。数值计算结果表明:极化角越小,偶极子点光源在LED出光效率增强因子越大,磁偶极子点光源模型与电偶极子点光源模型相比,极化角对出光效率增强因子的影响明显减小。基于磁偶极子点光源模型,考虑极化角的影响优化设计一种空气孔三角晶格光子晶体LED结构,其出光效率增强因子高达4.5。     

Polarization optics for X-rays

An experimental arrangement for X-rays is described which is analogous to the optical bench for polarization investigations. Using this arrangement elliptically polarized X-rays should be generated and proved. Although the dynamical theory of X-ray diffraction is needed for X-ray optics the polarization phenomena can be phenomenologically interpreted in analogy to visible light optics. The experimental results showed that with a wedge-shaped crystal used as the phase shifter any polarization state of X-rays can be generated.     

基于石墨烯超材料的极化控制开关

为设计可调控的光开关, 本文设计了基于石墨烯的超材料和一维光子晶体的复合结构,应用传输矩阵法研究它的传输特性.石墨烯超材料的吸收和各向异性的特性导致结构的传输对电场极化方向特别敏感.通过电场极化方向的旋转,可以动态调节电磁波的透射和吸收,也可以实现电磁波从全透射到全反射或者全吸收的完全转化.     

Effects of real-time monitored growth interrupt on crystalline quality of AlN epilayer grown on sapphire by molecular beam epitaxy

Crack-free aluminum nitride (AlN) epilayers were grown on sapphire using growth-interrupt technique by radio-frequency assisted molecular beam epitaxy. In-situ reflectance spectroscopy was introduced for real-time monitoring of the growth of AlN epilayers. X-ray diffraction and atomic force microscopy measurements reveal that the threading dislocation density decreases considerably by using the growth-interrupt technique. Raman spectroscopy is used to characterize the residual stress of AlN epilayers. The optical transmittance and absorption spectra of AlN epilayers show a high transmittance and a sharp absorption edge.