一维光子晶体中光场局域态特性的研究

给出了任意入射角的一维光子晶体透射率及场强分布解析式,分别研究了缺陷层的吸收系数对光子晶体透射率、场强分布的影响,同时研究了不同的入射角、缺陷层折射率、光子晶体周期数及光子晶体结构形式对场强分布的影响。得到了一些新的有价值的结论,为光子晶体的制备及应用提供了理论依据。     

一维光子晶体缺陷模光场分布的色散效应

利用特征矩阵的方法推导出光在一维掺杂光子晶体中光场的分布公式,利用光场的分布公式和材料的色散公式研究了杂质色散对一维掺杂光子晶体缺陷模和禁带光场分布的影响。研究表明:杂质色散对一维掺杂光子晶体缺陷模的光场的分布会产生明显的影响,杂质色散会使缺陷模的光场的峰值明显降低,会使光场分布的半高宽明显减小。     

一维掺杂光子晶体缺陷模的全貌特征

通过一维掺杂光子晶体缺陷模的三个不同角度的立体图以及它们对应的俯视切面图,全面地研究了缺陷模随杂质光学厚度、杂质折射率以及光子晶体折射率的变化关系,得出了一维掺杂光子晶体缺陷模的全貌特征,并得到以下重要结论:缺陷模透射峰随杂质光学厚度变化呈周期性的出现,在同一周期上缺陷模的波长随杂质光学厚度呈线性变化;缺陷模透射峰的半高宽度随杂质折射率的增加而减小,但陷模透射峰的高度不受杂质折射率变化的影响;光子晶体的折射率对缺陷模透射峰的峰高和半高宽度都有显著的影响.     

正负交替一维掺杂光子晶体缺陷模的特性

利用光学特征矩阵方法,研究了在正负折射率交替一维光子晶体中掺入正折射率介质后缺陷模的相关特性。结果表明：当杂质层的光学厚度不变时,随着杂质层折射率的增加,缺陷模的半高宽度随之增加,分布在禁带中心两侧的缺陷模分别向临近的透射谱方向移动,并与透射谱形成连续的透射带;随着折射率的增加,透射带的透射率逐渐增加,其半高宽度逐渐减小;而当杂质层折射率不变时,随着杂质层的光学厚度增加,缺陷模向长波方向平移,同时缺陷模的个数也随之增加,而由缺陷模和透射谱连成的透射带的带宽逐渐减小。     

含有多缺陷的光子晶体中的局域缺陷模

采用紧束缚法,研究含有缺陷的光子晶体中的缺陷模,导出了缺陷模频率方程。作为特例,采用转移矩阵法,数值计算了含有三个缺陷的一维光子晶体的透射谱和与光子带隙中缺陷模频率对应的光场强度分布,讨论了缺陷间的相互作用对缺陷模的影响。结果表明:当光通过含有多个半波缺陷的光子晶体时,在透射谱的禁带中出现缺陷模,缺陷模的数目与半波缺陷数目相同,而缺陷模频率的间隔随着半波缺陷间隔层数的增加而减小,最后形成一个缺陷模通带;与缺陷模频率对应的光场分布为局域状态,并发现局域光场峰值出现在缺陷邻近层。     

一维多层掺杂光子晶体缺陷模的偏振特性

为了研究多层掺杂对一维光子晶体缺陷模偏振特性的影响,采用特征矩阵法计算了一维光子晶体双层掺杂和三层掺杂情况下缺陷模的偏振特征.结果表明:双层掺杂时,TE波和TM波都出现了两个缺陷模,两个缺陷模随入射角的增加向短波方向移动,TE波的两个缺陷模随入射角的增加而减弱,而TM波的两个缺陷模随入射角的增加而增强.三层掺杂时,TE波和TM波也都出现了两个缺陷模,但比两层掺杂的缺陷模要弱,TE波和TM波的两个缺陷模随入射角的变化特征与双层掺杂的情况相似.     

含有负折射率缺陷的光子晶体中的局域缺陷模

研究了含有负折射率缺陷的光子晶体中的局域缺陷模。利用传输矩阵方法计算了含有3个负折射率缺陷的一维光子晶体的透射谱,讨论了缺陷间的相互作用对缺陷模的影响。与正折射率缺陷情形相比较,负折射率缺陷间的相互作用对缺陷模的影响更大,局域模谱线更宽。     

一种研究一维光子晶体缺陷模的新方法——解析法

为了解析地研究一维光子晶体的缺陷模,利用多光束干涉原理和布洛赫定理,推导出一维光子晶体缺陷模的解析公式.利用它对一维光子晶体的缺陷模进行了解析研究,得到了缺陷模的变化规律.这一方法克服了特征矩阵法和F-P法不能对缺陷模进行解析分析的弱点,是一种研究一维光子晶体缺陷模的精确和有效的方法.     

实现多种通道滤波功能的一维光子晶体缺陷模

利用传输矩阵法研究一维光子晶体B(AB)m(ACB)n(AB)mB的缺陷模,结果发现:随n的增加,B(AB)8(ACB)n(AB)8B的透射谱出现与n值对应的共振缺陷模,具有超窄带多通道滤波的特性;当n=1,随着C层介质光学厚度奇数倍增加,透射谱中出现奇数条共振缺陷模,具有超窄带奇数通道滤波特性;当n=1,随着C层介质光学厚度偶数倍增加,透射谱中出现两条共振缺陷模,具有超窄带双通道滤波特性。当n=1,缺陷模频率处局域电场强度随m的增加而增强,而随C层光学厚度奇数倍增加,缺陷模频率处局域电场强度不变,但局域范围扩大。这些光学传输特性,为研究、设计新型光学器件提供指导。     

一维磁流体掺杂光子晶体缺陷模的磁控可调特性

磁流体的有效介电常数 与磁性粒子体积分数P和外加磁场因子 有关。本文首先计算了水基MnFe2O4磁流体的有效折射率随纳米磁性粒子体积分数P和外加磁场强度因子 的变化关系,发现通过调节外加磁场因子 的大小可实现不同纳米磁性粒子体积分数P的磁流体具有相同的有效折射率。然后,应用传输矩阵法,数值模拟了水基MnFe2O4磁流体中的纳米磁性粒子体积分数P=0.745时结构为(AB)8C(BA)8的一维磁流体掺杂光子晶体的透射谱。结果表明：缺陷模随着磁流体有效折射率nc的增大出现红移现象,即缺陷模中心波长随着随有效折射率nc的增大而变长,最大改变量为36.6nm。最后讨论了缺陷模品质因子 ,发现缺陷模半峰值带宽 不变,缺陷模品质因子 与缺陷模波长 随磁流体有效折射率nc的变化具有相同的线性变化特性,即品质因子 随有效折射率nc的增大而增大。     

光在一维光子晶体中的传播特性分析

利用转移矩阵法分析具有线性和非线性缺陷层的一维光子晶体的传递函数并进行了数值模拟。由于缺陷层对周期性介质层的周期性破坏,带隙中产生了缺陷模。通过模拟仿真的结果,发现多缺陷层和非线性层都能够使带隙展宽,变得更加平坦。相比较之下,非线性层缺陷对带隙的作用更加强烈。     

含有缺陷层的异质镜像光子晶体的局域态研究

采用一维介电体系中处理光传播的方法—传输矩阵法,详细推导了含有缺陷层的异质镜像光子晶体(ABCCBA)PD(ABCCBA)Q中透射率的计算公式,并用Matlab编程模拟了异质三周期镜像光子晶体中无缺陷层和引入缺陷层D时,光子带隙的数目和带宽及缺陷模的数目和透射率随缺陷层位置、厚度、介质周期数的变化情况。模拟结果表明:对于此结构的光子晶体,当缺陷层位于中央位置、周期数N=8、10,厚度变化且为某些特定值时,其光子带隙数目、缺陷模数目及透射率有最佳值。这一研究为设计可调谐滤波器、多通道滤波器提供了重要的理论基础。     

一维缺陷光子晶体的模式特性研究

利用光学传输矩阵方法研究对称和非对称一维缺陷光子晶体的缺陷模式特性。研究发现：1个缺陷可以导致光子禁带中出现多个缺陷模式；缺陷夹层厚度为零时，非对称结构中缺陷模消失，而对称结构中仍然存在缺陷模；两种结构的缺陷模式数目以及每个缺陷模的位置波长值均与缺陷夹层的光学厚度按正比例关系增加；两种结构的模式移动速度基本相等，并且与缺陷模式的阶数按反比例规律下降。     

负折射率缺陷层的一维各向异性光子晶体缺陷模特性

本文提出了负折射率缺陷层的一维各向异性光子晶体结构,利用传输矩阵的方法给出了TE波和TM波的透射率,结果表明在TE波中出现两个及多个缺陷模,TM波存在单缺陷模,两种偏振状态不同的透射波的缺陷模能分开,得出了光通过负折射率缺陷层的一维各向异性光子晶体后TE波和TM波随入射角的变化特性、随缺陷层厚度的的变化特性。这些特性用于光子晶体多通滤波、光子晶体偏振和激光谐振腔等器件的设计具有重要意义。     

含激活介质的一维光子晶体缺陷模特性研究

首先研究了(AB)6A(BA)6型一维光子晶体带隙特征,然后将激活介质C替代中间位置的A,构成(AB)6C(BA)6型光子晶体,并用数值模拟法研究了缺陷层C的厚度和折射率对光子晶体带隙的影响.结果显示这种含有激活介质的光子晶体具有一些新的特征,在原来的禁带位置出现了透射率大于1的透射窄带,并且透射窄带的数目和透射率可以通过改变缺陷层的相关参数调节.这些现象都可以用布拉格散射和法布里一珀罗共振原理得到解释.     

用一维多元光子晶体实现光学梳状滤波的数值研究

把传输矩阵方法推广应用于研究一维多元光子晶体实现光学梳状滤波.数值结果指出,要实现光学梳状滤波,首先要找到合适的组元个数,并通过调节组元位置和厚度找到所需要的禁带中心位置与宽度;其次根据梳状滤波的梳齿数目、位置和透过率等具体要求,通过调节缺陷组数、缺陷组相对位置、缺陷组各组元厚度而达到梳状滤波设计的目的.     

一维光子晶体全角度反射镜

在分析金属反射镜和多层周期反射镜优缺点的基础上，介绍了一维光子晶体出现全偏振全角度反射的原理。讨论了增加禁带宽度的方法及一维光子晶体全角度反射镜中存在的问题。