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通过增加外磁场来调控等离子体光子晶体的光子带隙结构,采用时域有限差分算法分析了由本征层为磁化等离子体层和其他电介质材料层交替堆叠而成的磁化等离子体光子晶体的光子带隙结构,数值模拟中采用完全匹配层吸收边界条件以防止边界的反射。由于外磁场的法拉第磁光效应,使等离子体的介电常数随着外磁场的变化而改变。数值结果表明,等离子体光子晶体的带隙特性在一定的频率范围相应地得到调节,实现了频率低于等离子体频率的电磁波也能在等离子体中传播。     

基于横向磁光效应磁化等离子体光子晶体的光子带隙特性

通过外加与电磁波传播方向垂直的磁场来调控等离子体光子晶体的光子带隙结构。采用时域有限差分方法数值分析了由本征层为等离子体层和其他电介质材料层交替堆叠而成的磁化等离子体光子晶体的光子带隙结构和频谱特性。数值结果表明,光子晶体中等离子体的介电常数随着外磁场大小的变化而改变,从而使磁化等离子体光子晶体的带隙特性在一定的频率范围相应地得到调节。     

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。     

基于磁化等离子体缺陷层的一维新颖可调谐的光子晶体滤波特性

将磁化等离子体填充到一维光子晶体的缺陷层,构成了一种新颖可调谐的滤波器。讨论了TM波情况下滤波器的滤波特性,并推导了TM波下磁化等离子体传输矩阵。通过改进的传输矩阵方法分析得到:在不改变光子晶体结构的情况下,通过改变等离子体频率和外磁场可以实现滤波通道在光子禁带内较大带宽范围的移动,同时禁带中滤波通道出现的数目也能被等离子频率与外磁场的大小控制。     

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用时域有限差分法研究了电磁波在等离子体光子晶体中的传播特性。数值模拟中使用完全匹配层吸收边界条件,计算了电磁波通过等离子体光子晶体的反射和透射系数。讨论了等离子体密度、等离子体温度、介电常数比和引入缺陷层对等离子体光子晶体光子带隙的影响。     

等离子体光子晶体的FDTD分析

等离子体光子晶体是等离子体和介质（真空）构成的人工周期性结构.用分段线性电流密度 递归卷积时域有限差分（PLCDRC-FDTD）算法分析了等离子体光子晶体和缺陷等离子体光子 晶体.从时域的角度分析了高斯脉冲在等离子体光子晶体中的传播过程，给出了时域反射和 透射波形.然后，从频域的角度分析了等离子体光子晶体和带缺陷的等离子体光子晶体的电 磁反射系数和透射系数.计算表明，等离子体光子晶体对频率小于等离子体频率的低频电磁 波几乎完全反射，而透射的电磁波则为频率高于等离子体频率的电磁波.在高频，等离子体 光子晶体则出现类似一般光子晶体的光子带隙特性. 关键词： 等离子体 光子晶体 时域有限差分法 等离子体光子晶体     

一维光子晶体光学特性的复平面波展开法研究

应用复平面波展开法对一维光子晶体的光子带隙,透射特性进行了分析.通过对色散关系表透射系数的数值计算发现一维光子晶体周期结构个数以及折射率分布对光学晶体透射系数以及光子带隙的影响.对于含有整数个周期结构的光子晶体有共振点出现在光子带隙外的频率范围内,共振点的个数比周期结构个数少1.带隙倾斜斜率等于折射率的比值.折射率比值越大,带隙的范围越大.     

一维光子晶体光学特性的复平面波展开法研究

应用复平面波展开法对一维光子晶体的光子带隙, 透射特性进行了分析. 通过对色散关系和透射系数的数值计算发现一维光子晶体周期结构个数以及折射率分布对光学晶体透射系数以及光子带隙的影响. 对于含有整数个周期结构的光子晶体有共振点出现在光子帯隙外的频率范围内, 共振点的个数比周期结构个数少1. 带隙倾斜斜率等于折射率的比值. 折射率比值越大, 带隙的范围越大.     

准分形光子晶体多频带隙的特性及其应用

用时域有限差分方法计算了多种准分形结构光子晶体的能带. 数值计算结果表明, 这些结构的光子晶体存在多频带隙的特点, 且带隙的宽度及中心频率以及带隙中导带的中心频率均随准分形光子晶体单胞内结构单元几何形状的改变而改变.     

磁化等离子体光子晶体的FDTD分析

磁化等离子体光子晶体是磁化等离子体和介质(真空)构成的人工周期性结构.本文用磁化等离子体的分段线形电流密度卷积(PLCDRC)时域有限差分(FDTD)算法分析了磁化等离子体光子晶体特性.分析了磁化等离子体参数对电磁带隙的影响.从时域的角度分析了高斯脉冲在磁化等离子体光子晶体中的传播过程，给出了时域反射和透射波形.从频域的角度给出了磁化等离子体光子晶体的电磁反射系数和透射系数，并对结果进行了分析. 关键词： 磁化等离子体 光子晶体 时域有限差分法     

外磁场与温度对低温超导光子晶体低频禁带特性的影响

文中用传输矩阵法(TMM)分析了TM波垂直入时,超导光子晶体的低频禁带特性,并讨论了外磁场与温度对禁带的影响.分析结果表明:超导光子晶体存在频率从0开始的低频禁带;当没有外磁场作用时,由于超导中正常态电子的影响,低频禁带的截止频率与温度无关;有外磁场作用时,温度才对截止频率具有可调性.外加恒定磁场时,低频禁带的截止频率随温度升高而减小;而在正常态电子的作用下,温度对处在超导态超导光子晶体禁带截止频率的调节范围相对忽略正常态电子情况下减小.恒温下,通过调节外磁场来控制带隙时,正常态电子的贡献很小可忽略不计;外磁场强度增大禁带截止频率减小.当超导体完全处于正常态时,低频禁带消失.     

The effect of etching interfacial layers on the absolute photonic band gap in two-dimensional photonic crystals

The photonic band structures of two-dimensional (2D) photonic crystals with etched interfacial layers between air rods and the background dielectric is studied theoretically. The effect of etching interfacial layers on absolute photonic band gap (PBG) is analyzed quantitatively. Numerical calculations are carried out based on Maxwell's equations and the plane-wave expansion method. It is shown that the physical property of interfacial layers influence the absolute PBG, and the existence of interfacial layers cannot enlarge the largest absolute PBG of an ideal case without interfacial layers.     

Magneto-optical Faraday effects in dispersive properties for three-dimensional magnetized plasma photonic crystals

The dispersive properties of three-dimensional magnetized plasma photonic crystals composed of homogeneous magnetized plasma spheres immersed in isotropic dielectric host with face-centered-cubic lattices are theoretically studied based on plane wave expansion method, as the magneto-optical Faraday effects of magnetized plasma are considered. The equations for calculating the band structures are theoretically deduced. The photonic band gap and a flatbands region can be obtained. The influences of host dielectric constant, plasma collision frequency, filling factor, external magnetic field and plasma frequency on the dispersive properties are investigated in detail, respectively, and some corresponding physical explanations are also given. The numerical results show that the photonic band gap can be manipulated by the plasma frequency, filling factor, external magnetic field and host dielectric constant, respectively. However, the plasma collision frequency has no effects on photonic band gap. The location of flatbands region cannot be tuned by any parameters except for the plasma frequency and external magnetic field.     

二维三角柱光子晶体的传输特性

利用时域有限差分方法对二维三角介质柱光子晶体的传输特性进行了研究,计算了不同晶格、同一晶格柱体截面面积不同、放置方位角不同、入射波入射方向不同时光子晶体的传输特性。结果表明:光子禁带的宽度与中心频率和晶格结构有很大关系,三角晶格更易形成平坦光子禁带,柱体截面面积大,则形成的禁带较宽,在其他因素相同的条件下柱体放置的方位角在一定范围内对光子禁带有重要影响;对不同入射方向时光子晶体的传输特性的研究结果表明,在低频范围内,入射角对禁带宽度和中心频率没有任何影响,在高频段,透射率随入射角变大而降低。研究结果为实验上制作三角柱光子晶体器件提供了重要的理论依据。     

二维光子晶体量子阱的光谱特性研究

研究了二维光子晶体量子阱的光谱特性,该量子阱结构由二维正方晶格圆柱晶胞光子晶体通过移去中间位置的介质圆柱层形成。由于光子晶体中的光子禁带充当了光子运动的势垒,类似于半导体量子阱中电子的行为,在光子晶体量子阱结构中会出现量子化的光子能态。文章利用平面波展开法计算了所用光子晶体的能带结构,利用传输矩阵方法计算了量子阱结构的透射光谱。计算结果表明,在光子禁带中出现了离散的透射峰,透射峰的强度随着势垒宽度的增加而减弱,个数随着势阱宽度的增加而增加,通过计算得到了其定量关系,并且讨论了透射峰频率与势阱宽度的关系。     

电磁波在周期介质中的传播及二维光子晶体的光子带结构

光子晶体是光学与凝聚态物理交叉的新领域,也是近年来应用物理学的一个重要研究领域,它是一种由介电常数高的(低的)介质在另一种介电常数低的(高的)背景介质中周期排列所组成的人造多维周期结构材料,能够产生光子带隙。频率落在带隙内的光在晶体里沿任何方向都不能传播,因而具有能够抑制原子、分子的自发辐射等诱人的光电子学特性,在基础研究和实际应用上都有着巨大的潜力。本文在这一领域里进行了富有成效的研究,获得了很好的结果。主要有:(1)利用平面波展开方法来计算二维光子晶体的带隙结构。首先,我们设计正方晶胞的二维光子晶体模型。设x₃方向为介质柱的轴方向,二维周期结构在x₁-x₂平面上。晶胞的晶格常数为a,半径为r,介质柱和空气柱的介电常数分别为ε_a=17和ε_b=1,a>2r。设计的核心思想是通过降低光子晶体结构的对称性,消除光子能带在晶体的布里渊区高对称点上的本征简并。(2)对于二维光子晶体的电磁波理论及周期介质中的Bloch波解做了详细的推导,给出了光子晶体中禁带存在的理论依据。同时以正方格子晶格的二维光子晶体为例,验证了电介质在空气圆孔中的排列存在E偏振和H偏振的光子带隙重叠区,称为绝对光子带隙。对于二维的光子晶体,两种本征偏振模式的光子能带结构可以独立地调节,以实现两者的光子带隙的最优重叠, 从而大大提高了二维光子晶体的完全带隙宽度。     

On transmittance and localization of the electromagnetic wave in two-dimensional graphene-based photonic crystals

Two-dimensional graphene-based photonic crystal (GPC) formed by a periodic array of the homogeneous dielectric cylinders etched in the alternating graphene and dielectric layers and its inverse counterpart are considered. The transmittance of the photonic crystal is obtained. The waveguide due to the localization of the electromagnetic wave on the lattice defect that breaks the translational symmetry of the GPC of two different topologies is studied. The different topologies of GPC are characterized by different photonic band structures with different widths of photonic band gaps (PBG) and provide different frequencies for the localized electromagnetic wave due to the defect. The frequencies of the localized mode for both type of the GPC, located inside the lowest PBG, are in the range of THz or tens of THz depending on the topology of the GPC. It is shown that the photonic band gap always can be tuned by changing the chemical potential of graphene to provide formation of the localized photonic mode due to the defect. The technological advantages of the GPC, as well as the opportunity to tune the PBG and the frequency of the localized electromagnetic wave in the terahertz region of spectrum for the GPC are discussed.