非晶光子晶体中的光子局域化

利用多重散射方法计算并研究了二维光子晶体随着无序度变化的光子局域化.通过控制方形单元随机旋转角度以控制光子晶体的无序度.研究发现，随着无序度的增加光子通带的透过率逐渐降低，而光子禁带中的透过率逐渐上升，即无序导致的局域化逐渐由光子带边向光子禁带中心和光子通带的中心扩展.而且光子通带中的平均透过率随无序度的增加呈e指数下降. 关键词： 非晶 光子晶体 无序 光子局域     

圆柱形散射子二维光子晶体的态密度与局域态密度

二维光子晶体只有赝带隙,因此能否利用二维光子晶体有效控制原子自发辐射是令人感兴趣也是有实际意义的问题。其中最重要的因素是态密度和局域态密度的性质。采用平面波展开结合晶体群论的方法计算了二维正方格子光子晶体的态密度和局域态密度。其中散射子为空气圆柱,放置在均匀的电介质背景上。结果显示两个特点:第一,总态密度和局域态密度在原来二维光子晶体赝带隙处虽然已经不为零,但是取值明显低于赝带隙范围之外的值,即存在一个准光子带隙。第二,局域态密度在空气散射子界面处发生突变,空气散射子区域的局域态密度相对较大,这可由电位移矢量的连续性来理解。由于这两个特点在其他二维光子晶体中也被发现过,它们可能是普遍存在的。     

时变磁化等离子体光子晶体光子局域态分析

采用磁化等离子体的分段线形电流密度卷积(Piecewise Linear Current Density Recursive Convolution,PLCDRC)时域有限差分(Finite-Different Time-Domain,FDTD)算法研究了具有单一缺陷层一维时变磁化等离子体光子晶体的光子局域态特性。以高斯脉冲为激励源,用算法公式所得的电磁波透射系数来讨论了等离子体上升时间对其缺陷模的影响。结果表明,改变等离子体上升时间和密度可以获得不同的缺陷模。     

带缺陷结构的二维磁性光子晶体的数值模拟分析

利用频域有限差分方法分析了多种带缺陷结构二维磁性光子晶体（二重对称,四重对称和六重对称结构）的法拉第旋转角与椭圆率的变化特性.结果表明：在这些结构中,光波均被局域在中心缺陷处;同时,对于具有四重对称轴结构的材料,在其法拉第旋转角增加的同时,出射光波的椭圆率没有明显的增加;但对于不具有四重对称轴结构的材料,其法拉第旋转角增加的同时,出射光波的椭圆率也在增加.因此,只有在具有四重对称轴结构的二维磁性光子晶体中引入缺陷,才能很好地抑制光波偏振态的变化.这种带缺陷的二维磁性光子晶体结构有可能用于制作磁性光子晶体光 关键词： 磁光效应 二维磁性光子晶体 缺陷 频域有限差分法     

二维函数光子晶体

光子晶体是由两种或两种以上不同介电常数材料所构成的周期性光学纳米结构.光子晶体结构可分为一维、二维和三维,其中二维光子晶体已成为研究的热点.可调带隙的二维光子晶体可以设计出新型的光学器件,因此,对它的研究具有重要的理论意义和应用价值.本文提出的二维新型函数光子晶体可以实现光子晶体带隙的可调性.所谓二维函数光子晶体,即组成它的介质柱的介电常数是空间坐标的函数,它不同于介电常数为常数的二维常规光子晶体.二维函数光子晶体是通过光折变非线性光学效应或电光效应使介质柱的介电常数成为空间坐标的函数.运用平面波展开法给出了TE和TM波的本征方程,由傅里叶变换得到二维函数光子晶体介电常数ε(r)的傅里叶变换ε(G),其傅里叶变换比常规二维光子晶体的复杂.计算发现当介质柱介电常数为常数时,其傅里叶变换与常规二维光子晶体的相同,因此二维常规光子晶体是二维函数光子晶体的特例.在此基础上具体研究了二维函数光子晶体TE波和TM波的带隙结构,其介质柱介电常数函数形式取为ε(r)=k·r+b,其中k,b为可调的参数.并与二维常规光子晶体TE波和TM波的带隙结构进行了比较,发现二维函数光子晶体与二维常规光子晶体TE波和TM波的带隙结构有明显的区别,二维函数光子晶体的带隙数目、位置以及宽度随参数k的变化而发生改变.从而实现了二维函数光子晶体带隙结构的可调性,为基于二维光子晶体的光学器件的设计提供了新的设计方法和重要的理论依据.     

二维各向异性光子晶体完全带隙的增宽

介绍了光子晶体能带设计的一种新机制,利用各向异性材料制作二维光子晶体,可以大大提高光子晶体的完全带隙宽度。     

缺陷态透射率可调的三缺陷层的一维光子晶体

利用传输矩阵方法,从理论上研究了三缺陷层一维光子晶体的光学性质.在缺陷层间距足够大以致于出现缺陷态简并的情况下,调节第一或第三个缺陷层的光学厚度,光子晶体缺陷态的透射率会发生最大程度的变化.这种结构可同时具有窄带滤波器和光开关的功能,据此提出了一种低阈值光开关的设计.把折射率可调的向列型液晶作为晶体的第三个缺陷层,并用4×4传输矩阵方法计算了其缺陷态透射率与电场电压的关系.     

一维类梳状光子晶体中的缺陷模研究

本文研究了一种一维类梳状光子晶体的事结构及缺陷态对带隙的影响。发现这种结构的带隙来源于结构 周期性及所接分支所形成的共振态。通过移去或插入一定数目的缺陷分支在带隙中将形成局域态，通过对透射系数的研究，发现局域态以窄的尖峰形式出现在透射谱中，并且，局域态的性质与所接缺陷的数目、缺陷分支的长度及所接的位置有关。     

二维圆柱形光子晶体的完全禁带研究

用平面波展开法研究了二维圆柱形光子晶体的完全禁带与填充比、介电常数比之间的关系. 研究发现,并非介电常数比越大,完全禁带宽度就越大,而是有一个峰值. 关键词： 二维光子晶体 完全禁带 平面波展开法     

单轴应力对一维镜像光子晶体光子局域态透射峰的影响

利用传输矩阵法研究了镜像异质三周期一维光子晶体中的光子局域态随单轴应力发生变化的特性. 对于镜像异质三周期光子晶体, 由于其镜像结构, 破坏了光子晶体的有序性, 产生了一个缺陷态, 使其在较宽的光子禁带中心有一个光子局域态透射峰. 研究表明: 当对镜像异质三周期光子晶体施加单轴应力时, 其中的光子局域态透射峰会随着应力的改变而发生剧烈的变化. 当外部微弱的机械应力施加到光子晶体上时, 对光子晶体形成一个拉伸应变, 拉伸应变引起光子晶体结构的变化, 进而大幅度影响光子局域态透射峰的透射率.结果表明: 透射峰的透射率明显受单轴应力的影响. 这些特性可为用此结构的光子晶体设计超高灵敏度压力传感器提供理论参考. 关键词： 光子晶体 单轴应力 光子局域态 传输矩阵     

基于光子晶体塔姆态的带隙分裂

将由两个一维介质层光子晶体组成的异质结拓展为超晶格结构,分析了该结构的能带和透射谱。该超晶格结构可以产生多个界面隧穿态,它们之间的耦合可产生新的通带。研究结果表明,该通带的宽度随光子晶体的周期数变化,而通带的中心位置保持不变。当光子晶体周期数取特定值时,这个通带将发生分裂,在带间产生零相位带隙或π相位带隙。     

含负折射率材料的一维光子晶体缺陷模式的研究

采用光学传输矩阵方法,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中带有缺陷层时的光学传输特性.计算了含有普通电介质插层和有吸收的介质插层两种情况下的透射谱.结果表明,在正入射时,对于普通电介质插层,随插层厚度的增大,缺陷模的个数增多;对于有吸收特性的介质插层,随插层厚度的增大和吸收特性的增强,缺陷模式并没有出现,而是表现为对透射峰的明显增益.     

二维光子晶体缺陷模特性研究

用时域有限差分法计算了二维光子晶体的带隙和缺陷模,结果表明:在缺陷中心位置其强度达到最大值,离缺陷中心越远,强度越小.比较了方形介质柱与圆形介质柱光子晶体缺陷模:圆形缺陷缺陷模衰减的特征长度较小,但其缺陷模的品质因数较大.缺陷模的中心频率随缺陷介电常数的增大而变小,并近似成线性关系.     

一种计算和分析二维光子晶体缺陷模式的方法

通过改进时域有限差分(FDTD)法,计算和分析了二维光子晶体的缺陷模式。运用一维时域有限差分算法和线性插值法在总场散射场(TF-SF)连接边界引入入射平面波,采用完全匹配层(PML)技术对外行波进行了有效吸收。计算和分析结果表明,在光子晶体非对称方向入射的平面波能激发所有的缺陷模式,选取合适的探测点位置收集电场值,经快速傅里叶变换(FFT)能得到所有的共振峰值。另外,采用该方法研究了二维正方介质柱光子晶体缺陷模的共振频率与缺陷介质柱半径和介电常量之间的关系。结果表明通过改变缺陷的半径和介电常量大小可以在光子晶体禁带中一定的范围内调节缺陷模式的共振频率大小。     

含缺陷光子晶体传光特性的实验研究

选择MgF2和ZnSe两种材料设计制作了一维缺陷光子晶体,从理论和实验上对带有缺陷的一维光子晶体的传光特性进行了研究.在实验中,一般用光谱仪来测量通过光子晶体的透射光谱,由于光谱仪价格较贵,这种方法不利于制作实用的光子晶体传感器.我们用CCD和光栅代替光谱仪,利用白光光源代替激光器,建立自动测量实验系统进行了实验研究.实验中利用压电陶瓷来改变缺陷层厚度,模拟缺陷层的变化,通过CCD测量衍射光位置来测量透过的光频.实验结果表明,缺陷层厚度的变化和透射光频率之间呈线性关系,通过测量透射光频的变化,可以测量引起缺陷层变化的物理量,这与理论分析一致,说明本实验方法可行.本实验方法研制实用的光子晶体传感器具有一定意义.     

二维八重准晶有机光子晶体平板的光学传播特性

采用时域有限差分法研究了二维八重准晶有机光子晶体的光传输特性,重点分析了光束在聚苯乙烯空气柱平板结构和聚苯乙烯介质柱结构中的透射特性与光局域特性。研究结果表明,即使在低折射率对比度的情况下,两种完整八重准晶平板结构中均出现了可见光波段的光子带隙和本征模,且光子带隙中心位置随着平板厚度的增大而红移。当在两种准晶结构中引入缺陷微腔时,带隙内的缺陷模产生位置和波长红移特性随着微腔结构的变化规律明显不同,这种差异性是由两种物理机制(即光子晶体缺陷能级变化与微腔所支持的驻波条件)共同作用的结果。这一研究结果将为实验制备有机准晶发光器件提供一定的理论基础。     

含复合缺陷层的光子晶体的光学特性

运用传输矩阵法研究了在一维光子晶体中插入缺陷层的透光特性。在无缺陷层的一维光子晶体中能产生467~510 nm、1 279~1 715 nm两处明显的光子带隙。重点研究了插入缺陷层后,在1 279~1 715 nm的光子带隙中缺陷层厚度和入射角度大小分别与透射光谱变化的关系。研究发现：缺陷模的位置对入射角变化很敏感;出现缺陷模的数量和插入缺陷层的数量相同;一维光子晶体厚度的增大不会改变缺陷模的数量和位置,只改变透射峰的宽度和透射率。     

多个单负材料缺陷一维光子晶体的孪生缺陷模

分析了含有多个单负材料缺陷层的一维光子晶体中缺陷模的性质。在两种单负(负介电常量或负磁导率)材料交替堆叠形成的一维光子晶体中,掺入了多个周期排列的单负材料缺陷层,得到在该光子晶体的零有效相位(zero-effective phase)带隙内存在孪生缺陷模。通过改变缺陷的数目或缺陷层的厚度,可调节缺陷模的频率间隔,但缺陷模的数目总保持为两个。计算结果显示,该孪生缺陷模的频率对入射角度的依赖较弱;随着入射角度的改变,缺陷模频率的相对改变量总保持在0.03以下。此外,对应缺陷模频率的电场在该光子晶体中传播时,将被强烈地局域在缺陷层与周期结构的交界面上。     

含负折射率材料的异质结构光子晶体的光学传输特性

利用传输矩阵法研究了正负折射率材料构成的异质结构光子晶体的光学传输特性。结果表明:当入射波正入射时,在这种异质结构光子晶体内出现了光子带隙,并且带隙内出现了3个极窄的透射峰,这是正负交替光子晶体和常规材料构成的同周期一维异质结构光子晶体所不具有的新颖物理特性。计算了这种异质结构光子晶体的透射谱。发现:这3个透射峰不敏感于入射角的变化,而在带隙两侧的透射峰则会随着入射角增大统一向带隙靠近;能带敏感于晶格厚度和周期数的变化。     

RTCM算法在一维光子晶体缺陷模中的应用

利用RTCM算法研究一维光子晶体的缺陷模.研究了TE波和TM波入射时的情况,通过改变杂质层的光学厚度以及杂质层的折射率从而得出一些有重要指导意义的缺陷模特性.同时对有缺陷的一维光子晶体在窄带滤波器中的应用做了一定程度的探讨.结果表明:正入射时,TE波和TM波的透射率几乎相同,随着杂质层光学厚度的增加,透射峰数目增加,这有助于制作多道窄带滤波器.因此,有缺陷的一维光子晶体可以制作波分复用中的多道滤波器.