光子晶体及其应用

光子晶体是一种具有光子带隙的新型功能材料,它独特的物理性质使得光子晶体具有理论研究价值和广泛的应用前景。主要介绍了光子晶体的基本概念和三维光子晶体的制备技术。并综述了光子晶体的一些物理特性及其在光学、通信、微波方面的应用。     

平面型紧凑微波光子晶体研究

为了提高微波光子晶体尺寸的紧凑性,根据其带隙结构的局域谐振原理和等效电路分析模型,对传统的UCEBG结构进行了改进,提出了一种新型EBG结构.该结构通过引入弯曲折线延长了电流长度,增大了等效电感效应,同时采用了更长的边缘耦合,延长了等效磁流,增强了等效电容效应.实验结果表明,新结构能够产生频率带隙,其带隙中心频率比传统的UCEBG结构低36.5%,且相对带宽保持不变,达到了实现紧凑UC-EBG结构的目的.     

基于UC-EBG的紧凑微波光子晶体研究

为了提高微波光子晶体结构尺寸的紧凑性,根据其局域谐振原理和等效电路分析模型,对已有的电磁带隙(EBG)结构进行了改进,得到了一种新型EBG结构.该结构通过引入弯曲折线延长了电流长度,增大了等效电感效应,同时采用了螺旋结构,延长了等效磁流,增强了等效电容效应.实验结果表明,新结构能够产生频率带隙,其带隙中心频率比已有的EBG结构低48.1%,且相对带宽也有24.3%的改善,达到了实现紧凑宽带EBG结构的目的.     

矩形波导中左右手材料光子晶体的色散特性研究

研究了在矩形波导E平面填充的一维周期或准周期左右手材料光子晶体中电磁波的色散特性.采用传输矩阵法推导出一种适用于任意一维光子晶体E面填充矩形波导的2×22×2阶特征矩阵.定量分析了周期光子晶体中单元结构的重复次数、光子晶体的排列方式(周期,斐波那契,Thue-Morse和Octonacci排列)、及左手/右手材料介电常...     

基于共面紧凑的宽带隙微波光子晶体研究

针对一般共面紧凑电磁带隙(UC-EBG)结构相对带宽较窄的问题,根据EBG结构的局域谐振原理和等效电路分析模型,对传统的UC-EBG结构进行了改进,提出了一种新型EBG结构。该结构通过引入弯曲折线延长了电流长度,增大了等效电感效应;采用了更长的边缘耦合,延长了等效磁流,增强了等效电容效应。实验结果表明,这种新型EBG结构在同样紧凑的尺寸下,(带隙)的相对带宽可达40.9%～45.2%,比文献结构提高了约14.6%～18.9%,实现了紧凑宽带隙UC-EBG的设计目的。     

准一维同轴光子晶体传输特性研究

用SMA型同轴标准接头组成具有一维晶格结构的准光子晶体，通过分析其传输特性，对同轴光子晶体所具有的光子带隙进行研究，并在其中引入杂质，比较掺杂前后的光子带隙变化，探讨了掺杂位置、杂质类型和杂质数量等对光子带隙的影响。     

一类慢变周期结构光子晶体的能带特性研究

本文改造了一种周期厚度保持不变，但相邻周期内部高低折射率区的厚度发生缓慢变化的变周期结构的光子晶体，并对其光子能带特性进行了分析。研究发现，本文所提出的两端带有慢变结构的光子晶体能够有效地拓宽光子能带带隙，与均匀结构相比，拓宽率可以达到200%以上。     

光子晶体光纤

光子晶体光纤在光纤的几何结构、模式特性、色散及双折射性质等方面完全不同于传统的光纤。为此介绍了光子晶体光纤的一些重要特性、制作工艺和应用前景。     

二氧化硅胶体光子晶体的光学特性研究

采用垂直沉积法自组装SiO2胶体光子晶体,并利用紫外-可见-近红外分光光度计对胶体晶体的光学特征进行了研究。结果发现,二氧化硅胶体微球的浓度越大,光子带隙深度增加,透射率变小,但光子带隙中心波长位置保持一致。此外,当入射光以不同的角度入射到样品表面时,其透射光谱具有新颖的光学特性,其成因被探究。     

不同结构光子晶体带隙特性研究

基于平面波展开法数值模拟了砷化镓构成二维正方品格、三角晶格和六角晶格光子晶体的带隙特性,得出构成的三角晶格具有较大完全带隙。数值模拟了砷化镓构成三维光子晶体的金刚石结构、蛋白石结构和木堆结构,得出金刚石结构具有较高的完全带隙。结论为实验及应用研究提供理论支持。     

谐振型微波光子晶体反射相位特性分析

高阻表面是一种局域谐振型的微波光子晶体,它的反射相位是指平面波垂直照射时,界面处后向行波与前向行波的相位差。高阻表面的反射相位和其表面阻抗密切相关,由于高阻表面的表面阻抗随频率变化,所以其反射相位也是频率的函数,而不是像理想导电面那样对任意频率固定为180°。在谐振频率附近,高阻表面呈现高阻状态,出现表面波带隙,此时其反射相位位于±90°之间,保持同相反射。本文采用时域有限差分法分析了高阻表面的反射相位,并与测量的表面波带隙结果进行了比较,说明采用的方法是有效的。     

双层双频电磁带隙结构的电磁特性

提出了一种双层电磁带隙(Electromagnetic Band Gap,EBG)结构,构建其电感电容(Inductance Capacitance,LC)等效电路并推算出双层EBG的谐振表达式,通过仿真软件对双层EBG结构上下两层的参数进行调节,分析各参数对电磁特性的影响规律,结果表明双层EBG可以产生两个零位相频率点,下层结构对应的零位相频率主要与下层的介质厚度及贴片大小有关,几乎不受上层的影响,而上层结构的谐振频率不仅与其自身参数有关也要考虑下层对其的影响,仿真结果与理论分析一致.该结构为EBG的具体设计和应用提供了指导依据.     

一维三元光子晶体的传输特性研究

运用光学传输矩阵理论对一维三元光子晶体传输特性进行了数值计算。结果表明,其带隙宽度随结构参数α、b明显的改变;适当调节两个参数,得到了带隙相对宽度(△ω/ω0)为68％的带隙结构,带隙宽度几乎不随入射角的变化而改变,并且随实际操作中带来的随机误差引起的无序度的改变不明显,由此可方便地用于制作全角宽带反射镜等光学器件。     

2维混合介质柱光子晶体传输特性的研究

为了研究晶体结构对电磁波传输特性的影响,提出了一种空气平板层和圆形复合介质柱混合组成的新型2维混合介质柱光子晶体结构。采用时域有限差分法对其进行了数值模拟和计算,研究了改变混合介质柱的形状和结构参量对晶体透射特性的影响。结果表明,该结构可以基本保留组合前光子晶体的主带隙,并且在新的频段产生新的禁带;在混合结构中将复合介质柱换为简单介质柱没有新的禁带产生。通过改变相关参量发现,增加介质平板的宽度,这增大内嵌介质柱的半径都有利于新禁带的产生。2维混合介质柱光子晶体比单一介质柱光子晶体有更多的可调因素,这为相关光子晶体器件的设计提供了理论依据。     

复周期结构光子晶体的光子能带特性研究

本文构思了一种每个周期内部有几个不同的小单元的复周期结构光子晶体，并利用光学传输矩阵法对这种光子晶体进行了数值模拟计算。计算结果表明，这种复周期结构光子晶体比普通结构的光子晶体多出1个大的光子禁带区。适当调整参数还可以分别获得多通道窄带滤波特性、带通滤液特性和窄带透过特性。     

光子晶体的研究进展

光子晶体是一种新型功能材料，其最基本的特征是具有光子频率带隙，频率落在带隙内的电磁波被禁止在光子晶体中传播。文章介绍了光子晶体的基本性质和制备方法，以及结构无序对光子晶体带隙产生的影响，并对光子晶体的应用前景给予了简短的评述。     

一维全息光子晶体基本周期对光子禁带的影响

利用由传输矩阵法得到的一维光子晶体的反射率计算公式,针对具体的一维全息光子晶体周期结构,计算了折射率调制周期的改变以及光学厚度的改变对光子禁带结构的影响．结果表明：随着折射率调制周期参数的增大,禁带宽度减小,禁带中心的位置移向短波;随着光学厚度的增大,禁带宽度增大,禁带中心的位置移向长波．在设计光子晶体时,可以根据需要,通过改变光子晶体基本周期结构的参数来实现对光子带隙的控制．     

周期数对一维光子晶体带隙的调制研究

利用特征矩阵法,研究了光波正入射到光子晶体时,一维光子晶体的带隙结构随周期数的变化.结果表明,对于不含缺陷层的光子晶体,随着光子晶体周期数的增加,光子晶体的带隙宽度变化不大,而带隙率变化明显.对于含缺陷层的光子晶体,在缺陷层两侧周期数相同时,周期数的增加使得光子晶体的“光谱挖孔”效果明显;在其两侧周期数不同时,只有在两边周期数接近时“光谱挖孔”才有一定的效果.     

基本周期对一维复周期光子晶体禁带的影响

利用由传输矩阵法得到的一维光子晶体的反射率计算公式,针对具体的一维复周期全息光子晶体的周期结构,计算了光学厚度的改变以及折射率调制周期的改变对光子禁带结构的影响。结果表明,随着光学厚度对比的增大,禁带宽度增大,禁带中心的位置移向长波;随着折射率调制周期参数对比的变化,出现了两个禁带,随着折射率调制周期参数对比的增大,两个禁带之间距离增大,禁带分别移向短波和长波处,短波处禁带宽度减小。在设计光子晶体时,可以根据需要,通过改变光子晶体基本周期结构的参数来实现对光子带隙的控制。