一维向列相液晶光子晶体的研究

从理论和实验相结合的角度,研究了一维液晶光子晶体透射谱特性.实验给出了不同液晶缺陷层电压下的透射谱,电压范围在0～10 V内,透射峰的相对透过率变化为48%～18%,禁带宽度290 nm调谐范围88 nm,透射峰半峰全宽7 nm.理论计算和实验结果比较接近,这些特性可以使一维液晶光子晶体用于调谐光滤波器和光开关.     

向列相液晶缺陷光子晶体透射光谱偏振敏感特性研究

研究了向列相液晶缺陷TiO2和SiO2交替的光学多层膜一维光子晶体透射谱偏振敏感特性。外电压下透射光谱测试和模拟结果显示,对于平行取向的向列相液晶,当自然光垂直入射时,禁带中两处出现e(TE模式)光和o光(TM模式)透射峰,具有偏振敏感性。随着电压增大,e光透射峰蓝移与o光透射峰合二为一,光谱可调谐范围分别为31和34nm;而对于取向混乱的向列相液晶,禁带中两处出现独立的透射峰,无偏振敏感性。随着电压增大峰位也蓝移,光谱可调谐范围分别为64和15nm。通过混乱取向液晶分子,可以使o光和e光有效折射率值相等,获得偏振不敏感特性。     

光子晶体可调谐滤波特性的理论研究

用特征矩阵法研究了带缺陷的一维光子晶体的透射性质，并提出了新的可调谐光滤波器的概念.一维光子晶体(L1H1)m带有Lc-H2(L2H2)n形式的缺陷时，在光子晶体中间出现了窄的透射峰，其他级次的干涉峰则随着覆盖层H2(L2H2)n周期数的增大而减弱并消失.当耦合层Lc厚度变化时，在光子晶体禁带边缘附近出现两个高透射率区域.高透射率区域透射峰的特性由光子晶体和覆盖层的性质决定.当光子晶体禁带宽度较小时，两个高透射率区域接近，形成具有约150nm调谐范围的区域，因此可制备以一维光子晶体为基础的新型可调谐光滤波器. 关键词： 光子晶体 可调谐光滤波器 特征矩阵     

复合周期的介质-液晶光子晶体研究

本文研究了掺入各向同性周期性介质层缺陷的一维复合周期胆甾型液晶光子晶体的禁带特性.发现同一般的胆甾型液晶不同,复合介质-液晶周期结构对左旋偏振入射光和右旋入射光都会出现共同禁带.当各向同性介质层占一个周期的厚度比例越小,左旋偏振光的禁带效应逐渐消失,而右旋偏振光的禁带则逐渐合并变大;且各向同性介质的折射率越大,则两种偏振光的禁带效应越明显,更容易出现共同禁带;通过调整厚度比,可以在可见光范围内出现对应红、绿、蓝色波长的禁带,从而可以用于液晶显示的反射式彩色滤光片. 关键词： 胆甾型液晶 光子晶体 禁带 缺陷     

太赫兹波在一维反铁磁/电介质准周期光子晶体的传输性质

本文利用传递矩阵方法研究了电磁波倾斜入射时,一维反铁磁/电介质准周期光子晶体的透射性质.反铁磁层和电介质层按Fibonacci数列排列构成准周期光子晶体.通过数值模拟发现光子禁带中有透射峰出现, 而且随着准周期光子晶体级数的增加透射峰的数目也在增加.此外,透射峰受电介质层的介电常数、入射角度和电磁波偏振影响明显. 关键词： 反铁磁层 准周期光子晶体 太赫兹波传输性质     

含有多缺陷的一维光子晶体的完全透射及应用

计算了具有多缺陷且相对中间缺陷具有镜像对称结构的一维光子晶体的透射谱。在光子晶体的禁带中得到了多个完全透射峰且对称性地分布于禁带中心频率两侧。缺陷相距较近时，禁带中心不存在透射峰。所有透射峰都敏感地依赖于中间缺陷的折射率。     

光子晶体多通道可调谐滤波器的理论研究

为了实现光子晶体的多通道滤波,对设计出的一维掺杂光子晶体进行了数值计算和理论分析。结果表明：多通道透射峰的波长与空气膜厚度呈线性变化,不同厚度的空气膜可以截到数目不同的透射峰,多通道透射峰的半高宽随光子晶体折射率n₂的增加而减小。以此为基础,设计出滤波通道波长的可调范围达60nm,滤波通道半高宽的可调范围为1nm～5nm,滤波通道透射峰值大于0.98的一维光子晶体三通道可调谐滤波器。     

铁电液晶缺陷光子晶体调谐滤波器的设计

将铁电液晶作为缺陷层引入一维光子晶体中,用电场改变液晶分子的取向,形成光子晶体快速可调谐滤波器.用传输矩阵法研究了铁电液晶缺陷光子晶体的可调谐滤波特性,计算了电压和液晶材料参量对滤波器透射谱的影响.结果表明:改变电压能容易改变光子晶体滤波器透射峰的位置、强度、个数和带宽,实现良好的调谐滤波功能.     

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。     

硅基薄膜太阳电池一维光子晶体背反射器的模拟设计与制备

从模拟和实验两个方面研究了一种适用于硅基薄膜太阳电池的一维光子晶体新型背反射器.首先采用时域有限差分方法,模拟研究了组成一维光子晶体的两种介质的折射率比、厚度比以及周期厚度对光子禁带的影响.基于模拟结果,制备出一种由低折射率SiOx层与高折射率非晶硅a-Si层周期性交叠构成的禁带可调式一维光子晶体背反射器.通过改变a-Si层的厚度,使得禁带范围由500—750 nm波长范围红移至650—1100 nm,反射率分别达到96.4%和99%.将上述结构的一维光子晶体作为背反射器分别应用于非晶硅单结太阳电池和非晶硅/微晶硅双结叠层太阳电池,与没有背反射结构电池相比,短路电流密度分别提升了18.3%和15.2%.同时模拟研究了在不同入射角度下自然光、TE波和TM波对光子晶体反射特性的影响.研究结果表明,在太阳电池中,光线倾斜入射对一维光子晶体反射率的影响有限.     

One-dimensional photonic crystals with a planar oriented nematic layer: Temperature and angular dependence of the spectra of defect modes

Transmission spectra of a one-dimensional photonic crystal (PC) formed by two multilayer dielectric mirrors and a planar oriented layer of 5CB nematic liquid crystal (LC) that is sandwiched between these mirrors and serves as a structure defect are investigated experimentally. Specific features of the behavior of the spectrum of defect modes as a function of the angle of incidence of light on the crystal are studied for two polarizations: parallel and perpendicular to the director of the LC; the director either lies in the plane of incidence or is perpendicular to it. It is shown that, for the configurations considered, the maxima of the defect modes shift toward the short-wavelength region as the tilt angle of incidence radiation increases; this tendency is more manifest for the parallel-polarized component, when the director lies in the plane of incidence. In the latter case, the width of the photonic band gap (PBG) appreciably decreases. The temperature dependence of the polarization components of the transmission spectra of a PC is investigated in the case of normal incidence of light. The spectral shift of defect modes due to the variation of the refractive index of the LC at the nematic-isotropic liquid phase transition point is measured. It is shown that, in real PCs, the amplitude of defect modes decreases when approaching the center of the band gap, as well as when the number of layers in the dielectric mirrors increases. Theoretical transmission spectra of the PCs calculated by the method of recurrence relations with regard to the decay of defect modes are in good agreement with experimental data.     

偏振态对复周期光子晶体禁带的影响

对于一维复周期光子晶体,当制作用的波长满足一定条件时可以实现禁带的展宽,本文利用传输矩阵法数值计算了偏振态对折射率渐变的一维复周期全息光子晶体的禁带的影响。通过计算发现,制作波长不等的复周期结构光子晶体,随着再现光的照射角度增大,S偏振态下禁带出现分裂;P偏振态下禁带均可视作完整展宽,没有分裂现象。同一制作波长两次曝光制作的复周期结构,不论是P偏振还是S偏振,禁带均实现展宽而没有分裂。这一结果对实现一维全息光子晶体禁带展宽具有指导意义。     

The rapid preparation of large-scale CdS opal photonic crystals and study of the optical properties

Monodispersed silica microspheres of 270 nm are synthesized by a colloidal solution method. Larger scale perfect three-dimensional photonic crystals (PCs) are rapidly prepared using the evaporation of acetone to self-assemble the microspheres on quartz substrates by vertical deposition methods. We find that the pseudo-photonic band gap (PBG) of the PC structure changes with increasing annealing temperature; it drastically shifts from 450 nm for as-grown crystals to 409 nm for annealing at 800 °C. CdS photonic crystals are formed by infiltrating CdS nanocrystals of 6 nm into the SiO₂ PC structure. The transmission and spontaneous emission characteristics of CdS PCs have been investigated. The clear dip in the spontaneous emission spectrum relates to the photonic band gap of CdS PCs, indicating that the spontaneous emission is inhibited in the region of the PBG. The emission band of CdS PCs becomes narrower and sharper than that of CdS nanocrystals; this demonstrates that the emission band and intensity of the luminescent devices will be tuned by controlling the position of the PBG. PACS 42.70.Qs; 42.25.Bs; 78.20.-e; 78.55.Et     

光控二维光子晶体光开关

提出了一种调节液晶光子晶体光子带隙的方法。二维三角介质柱形光子晶体位于2块熔凝石英片之间,在介质柱之间填充各向同性排列的液晶,受偏振紫外光照射后,光诱导液晶分子定向排列,通过光诱导液晶分子取向改变液晶的折射率。数值模拟结果表明：通过外界光场控制所填充的向列相液晶分子的方向可以对这种二维三角形介质柱光子晶体的禁带结构进行调节。该可调光子晶体可控制波导中TM模和TE模的选择性传输,因而可应用于制作全光光开关。     

异质三周期光子晶体的光子带隙特性

利用传输矩阵法研究了由TiO₂和SiO₂两种材料构成的异质三周期一维光子晶体的传光特性,发现该结构能在波长为200~ 2 000 nm的范围内形成7处比较明显的光子带隙,并且波长越大,带隙的宽度越大。重点研究了这种结构的光子晶体的透射谱线与入射角度、介质层数及介质层厚度的关系,发现该结构形成的光子带隙的大小和位置对介质层的循环周期数不敏感,但对入射角度和介质层的厚度很敏感。     

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。     

Photonic band gap of one-dimensional periodic structure containing dispersive left-handed metamaterials

Band structures of one-dimensional(1D)photonic crystals(PCs)containing dispersive left-handed metamaterials are studied theoretically.The results show that the structure possesses a type of photonic band gap originating from total internal reflection(TIR).In contrast to photonic band gaps corresponding to zero average refractive index and zero phase.the TIR gap exhibits sharp angular effect and has no polarization effect.It should also be noted that band structures of transverse electric(TE) and transverse magnetic(TM) mode waves are exactly the same in the PCs we studied.     

二氧化硅蛋白石光子晶体中粒子重构对光学性质的影响

使用自组装法制备了蛋白石结构二氧化硅纳米球三维光子晶体,并对样品在150,300,450℃温度下进行了热处理.随热处理温度的升高,光子晶体禁带中心波长出现22.5 nm的蓝移,且禁带宽度变窄.对于在450℃热处理的样品,其测量的禁带中心波长为572.5 nm,与理论计算结果有较大差异.引起样品光学特性变化的原因是热处理...     

高质量三维光子晶体的制备及其透射谱研究

设计了简易的压强可控自组装实验装置,制备了由直径为260 nm的聚苯乙烯(PS)胶体球组成的面心立方光子晶体.分析了压强的变化对光子禁带(PBG)深度及光子带隙边缘(PBE)坡度的影响,确定了合适的压强生长环境(P=5999.5 Pa).利用该实验装置,还进行了光子晶体的小批量制备,一次性制得了三块光子晶体,并从不同角度对每一块光子晶体的透射谱及不同光子晶体的透射谱进行了测量.同一光子晶体不同位置透射谱的重合、同一批次制备的不同光子晶体透射谱的一致性及光子禁带两侧的Fabry-Pérot振荡等均说明:该装置制备的光子晶体在大区域、大面积上是高度有序、均一和平整的;利用该实验装置进行光子晶体的小批量制备是可行的.     

基于不同液晶填充光子晶体光纤传输特性的研究

将5种不同折射率的液晶分别填入实芯光子晶体光纤的空气孔中, 通过改变外场条件, 研究其输出光谱的变化规律, 并进行了理论模拟分析. 结果表明: 填充液晶后, 输出光谱由全通变为多个波峰的带隙式; 同时, 液晶的折射率差值越大, 其波峰位置越向长波长方向移动, 且相对光强的对比度可以达到16 dB; 温度由20 ℃上升到85 ℃时, 波峰向短波长方向移动, 最大调控范围可达41 nm; 调节电压从0-250 V, 输出光谱的相对光强变小, 但波峰具有较好的稳定性; 在室温下, 波峰不随入射光偏振态的变化而变化. 该液晶光子晶体光纤可应用于温控可调谐滤波器或电控衰减器.