含负折射率材料的一维光子晶体的光学传输特性

采用光学传输矩阵方法,模拟研究了由正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体的光学传输特性.计算了这种含负折射率材料的一维光子晶体的透射谱和色散关系.结果表明,在正入射时,含负折射率材料的光子晶体的带隙要比传统的光子晶体要大得多,并具有狭窄的透射带,从光学薄膜理论的色散关系出发解释了形成上述现象的原因.讨论了在不同的偏振模式下,光以中心波长入射时,反射率随着入射角度的变化关系.发现含负折射率材料的一维光子晶体具有更好的角度特性,可以用来实现对中心波长的全方位反射.     

含负折射率材料一维光子晶体的全方位带隙和缺陷模

运用光学传输矩阵理论,研究了含负折射率材料一维二元光子晶体的禁带特性和局域模特性,发现了一种新型全方位光子带隙.与传统的Bragg带隙相比,这种新型全方位光子带隙的中心频率和带宽对入射角的变化不敏感.讨论了引入缺陷层后,入射角变化和各层介质厚度做一定比例的缩放时对缺陷模位置的影响.这种特性在具有固定带宽的全方位反射器和微波技术中全方位或大入射角滤波器方面有重要的应用价值.     

一维光子晶体的缺陷模特性研究

利用传输矩阵法研究了缺陷层有吸收的一维光子晶体的带隙结构，在中心波长附近利用泰勒展开式的一级近似得到了缺陷模的高度和半峰全宽的计算公式.研究发现，消光系数、介质周期数和缺陷层厚度对缺陷模高度的影响较大，它们的增大均使缺陷模高度快速下降;而对半峰全宽的影响主要取决于介质的周期数，随周期数的增大缺陷模快速变窄.     

一维全息光子晶体的透射谱分析

利用传输矩阵法数值计算了一维全息光子晶体的带隙结构,分析了针对记录材料重铬酸盐明胶(DCG),折射率周期性渐变的一维全息光子晶体结构的透射谱特性.通过计算记录光路中相干光束以不同入射角干涉时产生不同的禁带分布范围,与改变再现光路中光束和干板的夹角相比较,提出了弥补固定厚度DCG产生光子晶体的禁带分布范围较窄的方法.     

含单负材料一维光子晶体局域场的研究

利用光学传输矩阵法对含单负材料的一维光子晶体的光学传输特性进行了数值计算.结果表明,选择合适参数,使得双缺陷满足ε和μ为零的条件,该缺陷就不会影响光子带隙.而传统的一维光子晶体,由于缺陷的加入,会在光子带隙中出现缺陷模.当满足ε和μ为零的条件时,双缺陷中传输矩阵相当于一个单位矩阵,相当于一层透明材料;当双缺陷厚度增加时,其中的场强度成指数增加,与放在真空中双缺陷相比,带边的场局域效应更加明显.     

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.     

一维光子晶体光谱控制实验研究

光子晶体的禁带特性为伪装材料的光谱控制研究提供了一条新的技术途径。利用传输矩阵的方法建立了一维光子晶体光谱透射、反射的理论模型,针对伪装材料近红外高反射、中远红外低发射的要求,优选Ag,MgF2和ZnS等材料作为光子晶体的薄膜材料,采用真空蒸发镀膜的方法制备出Ag/MgF2,Ag/MgF2/ZnS 4种不同周期结构的一维光子晶体,并实验研究了一维光子晶体的光谱反射和透过特性。结果表明:材料和周期结构对一维光子晶体光谱特性有不同的影响,通过优化设计可以实现在伪装波段内的光谱特性要求。     

正负折射率交替一维光子晶体窄带梳状滤波器

利用传输矩阵法计算了正负折射率交替一维光子晶体的带隙特性。结果表明这种光子晶体具有宽而平坦的禁带,窄而尖锐的通带。这种带隙特性是受到布拉格散射、法布里-珀罗谐振和n-=0禁带共同影响的结果,通带位置决定于法布里-珀罗谐振。在理论分析基础上设计出密集波分复用用窄带梳状滤波器,给出信道间隔为0.8nm的梳状滤波器的仿真结果。仿真结果表明这种梳状滤波器具有信道间隔窄、禁带平坦、通带极窄的特点。信道间隔可以通过改变一维光子晶体单元周期光学厚度调节。     

两类单负材料组成的一维光子晶体的光学特性研究

从光的电磁理论出发，导出了光在单负材料周期性结构的传输矩阵：利用光学传输矩阵法对由两类单负材料组成的一维光子晶体的光学传输特性进行了数值模拟和理论分析：结果表明，这种结构具有一类新型的光子带隙。与布喇格带隙不同的是，这类光子带隙不会随着品格常数的缩放而移动。     

金属插层对一维光子晶体中光传输特性的影响

利用传输矩阵方法,从理论上研究了金属插层对由SiSiO2组成的一维光子晶体中光传输特性的影响.结果表明:由(SiSiO2)n组成的一维光子晶体,考虑到材料的实际吸收及折射率随波长发生变化的情况,当n≥9时,该体系出现全反射带(光子带隙),在(SiSiO2)n光子晶体中的SiO2层的中间插入金属银层,构成(SiSiO2AgSiO2)n金属型一维光子晶体,光子带隙的宽度明显加宽,且在该带隙中s光和p光在0—60°入射角下均具有较低损耗,利用这一特性,可以制作出宽带反射镜 关键词： 光子晶体 金属层 传输矩阵     

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     

一维磁化等离子体光子晶体非互易特性研究

在理想条件下,为了研究等离子体回旋频率、等离子体频率、等离子体层厚度、周期常数和入射角在TM模式下对一维磁化等离子体光子晶体的非互易特性的影响,用利用传输矩阵法计算得到的TM波正向和反向传播的透射率来研究其非互易特性。研究结果表明,增加等离子体回旋频率和入射角度能够改善非互易特性;而一味地增加等离子体频率和等离子体层厚度将会使得非互易传播特性变得恶化;增加周期常数不能明显地改善非互易传播特性,但是通过改变外加磁场的施加方式能够改善其非互易特性。     

表层厚度渐变一维耦合腔光子晶体的反射相位特性及其应用

利用传输矩阵法研究了表层厚度渐变的一维非对称耦合腔光子晶体的反射相位特性. 研究表明, 光子禁带内(包括缺陷模附近)的反射率在98%以上, 且基本不受表层厚度影响, 特别是, 在非正入射情况下, 简并的缺陷模随着表层厚度的变化会发生分裂; 进一步研究发现, 在缺陷模分裂处附近, TE, TM偏振的反射相位以及它们之间的相位差均敏感地依赖于表层厚度的变化, 从而使得反射光的偏振态也随表层厚度的变化而敏感变化, 其物理机理在于缺陷模分裂所造成的剧烈相位变化. 基于上述特性, 设计了一种表层厚度呈二维周期变化的一维光子晶体结构, 从该结构反射的激光经透镜聚焦后, 在聚焦区域同时存在各种偏振态(包括沿不同方向的线偏振、左旋或右旋圆偏振、椭圆偏振等)的子光束, 它们叠加后在聚焦区域将产生具有无规相位和无规偏振态的光场. 以上结果能有效降低激光的相干性, 在激光核聚变等领域有潜在的应用价值.     

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.     

Vectorial coupled—mode solitons in one—dimensional photonic crystals

We study the dynamics of vectorial coupled-mode solitons in one-dimensional photonic crystals with quadratic and cubic nonlinearities. Starting from Maxwell's equations, the vectorial coupled-mode equations for the envelopes of two fundamental-frequency optical mode and one low-frequency mode components due to optical rectification are derived by means of the method of multiple scales. A set of coupled soliton solutions of the vectorial coupled-mode equations is provided. The results show that a modulation of the fundamental-frequency optical modes occurs due to the optical rectification field resulting from the quadratic nonlinearity. The optical rectification field disappears when the frequency of the fundamental-frequency optical fields approaches the edge of the photonic bands.     

一维等离子体光子晶体的带隙研究

采用时域有限差分方法(FDTD),结合等离子体计算中的分段线性电流密度卷积技术(PLJERC)对一维等离子体光子晶体(1D-PPC)进行了数值模拟,给出了微分高斯脉冲在一维等离子体光子晶体中的传播过程。计算得到的带隙结构与K-P模型方法的结果一致。计算并分析了等离子体频率、介质介电常数、等离子体-介质层的厚度比以及周期厚度对一维等离子体光子晶体带隙结构的影响。     

Anomalous dispersion in one-dimensional plasma photonic crystals

The anomalous dispersion in one-dimensional plasma photonic crystals (1-DPPCs) is studied. The width of band pass and band gap are compressed, the phase velocity decreases and the cup-off frequency comes close to the frequency of plasma when EM wave oblique incidence on 1-DPPCs. The band gaps are affected by the thickness of plasma, the dielectric constant of the dielectric material, the plasma density and the angle of incidence. Superluminal negative group velocity is discovered in this study. This character is interesting for scientists and may have a potential application.     

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。     

光子晶体的原理与应用

光子晶体是一种在微米、亚微米等光波长量级上折射率呈现周期性变化的介质材料，它使某些频率范围内的光子态密度大大降低．甚至完全形成光子禁带．本文介绍了光子晶体的原理、制备及应用．     

Two-dimensional function photonic crystals

In this paper, we have studied two-dimensional function photonic crystals, in which the dielectric constants of medium columns are the functions of space coordinates , that can become true easily by electro-optical effect and optical kerr effect. We calculated the band gap structures of TE and TM waves, and found the TE (TM) wave band gaps of function photonic crystals are wider (narrower) than the conventional photonic crystals. For the two-dimensional function photonic crystals, when the dielectric constant functions change, the band gaps numbers, width and position should be changed, and the band gap structures of two-dimensional function photonic crystals can be adjusted flexibly, the needed band gap structures can be designed by the two-dimensional function photonic crystals, and it can be of help to design optical devices.