各向异性材料对二维六角晶格光子晶体中狄拉克点的影响EI北大核心CSCD

光子能带结构中的狄拉克点是目前光子晶体研究中新兴的热点。选用双轴材料,用六边形介质柱构成了六角晶格各向异性光子晶体。该光子晶体有三个各异的主介电常数εxx、εyy、εzz。依据麦克斯韦方程组,垂直极化(TE)波中的狄拉克点会受到εxx≠εyy的影响,即可以通过调制双轴材料中X、Y方向的主折射率Nx、Ny得到光子晶体中TE波的狄拉克速率,从而调节TE波中狄拉克点在能带结构图中的位置(即调节狄拉克点的归一化频率及其在布里渊区的位置)。研究了Nx、Ny(对应εxx、εyy)与TE波中狄拉克点的存在性的关系,并通过仿真实验验证了提出的观点。这些研究可为研发新型光学器件以及构建光子芯片提供更多的可能。     

基于磁流体光子晶体的可调谐近似零折射率研究

基于典型水基Fe_3O_4磁流体,建立了工作频率可调的近似零折射率磁流体光子晶体的理论模型.这种近似零折射率材料具有与自由空间阻抗相匹配的优点,更重要的是其工作频率可由外磁场的大小来调节.在满足等效折射率的绝对值小于0.05的条件下,材料的归一化工作频率可由0.716变化到0.750.     

一维无序结构光子晶体的能带特性研究

通过引入结构参数a，深入研究了具有无序结构的一维二元光子晶体的能带特性。研究发现，无序结构有效拓宽了光子带隙，与均匀结构相比，拓宽率达到200％以上；无序一维光子晶体表现出从可见到红外很宽区域的高反射特性。本文还计算和分析了入射角和无序度D对光子晶体带隙的影响。     

k=0处的类狄拉克锥

狄拉克锥在电子和经典波体系中分别被发现, 由于其线性能带关系, 伴随着很多独特的现象. 除了一般存在于布里渊区边界处的狄拉克锥, k=0处也存在包含线性能带关系的类狄拉克锥. 这个类狄拉克锥可以由单极子和偶极子的偶然简并而形成. k=0处的类狄拉克锥可以通过两维电介质光子晶体来实现, 利用等效媒质理论, 此时的光子晶体在类狄拉克点频率可以等效为介电常数和磁导率都为零的材料. 电介质双零折射率材料既可以避免阻抗的不匹配, 也可以避免体系推广到高频所引起的强烈损耗. 此外, k=0处的类狄拉克锥与双零折射率的概念可以从两维体系拓展到三维体系, 而且还可以从电磁波体系推广到声波和弹性波体系. 利用具有类狄拉克点的两维光子晶体, 在材料参数都偏离类狄拉克点条件的两个半无限大光子晶体所构成的界面中, 一定存在界面态. 这些界面态的存在可以通过层状多重散射理论得到的表面阻抗以及体能带的几何相位来彻底解释.     

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     

二维三组元声子晶体中的半狄拉克点及奇异特性

设计了一种二维三组元声子晶体结构, 利用偶然简并的方法在布里渊区中心实现了半狄拉克点, 探究了随着组元几何参数的改变半狄拉克点的演变过程. 利用有限元方法研究发现在半狄拉克点频率附近沿着ΓX 方向声子晶体表现出与零折射率材料相似的行为, 许多奇异特性如单向透射等均可以观察到. 另外还发现在半狄拉克点频率附近声子晶体是各向异性的, 沿着不同方向声波的传播现象是不同的, 这种特性是狄拉克点及类狄拉克点所不具备的. 这种各向异性的声波传播特性有许多重要的应用, 如单方向完美透射和单方向波前整形等.     

异质结构光子晶体的能带特性研究

运用光学传输矩阵理论,研究了异质结构光子晶体的能带特性。结果表明,与周期结构相比异质结构光子晶体可以显著地拓宽光子晶体的光子带隙;在该文提出的结构中引入缺陷,与(1H1L)m(1H)n(1L1H)m光子晶体相比,产生缺陷模式光子带隙范围明显拓宽,适当调整缺陷层的数目、位置和厚度可得到多通道滤波;并研究了实际操作中随机误差带来的影响,随无序度的增大,其带宽基本不变。     

一维光子晶体的光学传输特性分析

采用等效F-P腔方法对一维光子晶体进行研究,计算并讨论不同周期数的一维光子晶体对光学传输特性的影响.计算结果表明,一维光子晶体具有光子禁带,表现为对光的高反射率;掺杂的一维光子晶体的光子禁带中央将出现频宽极窄的缺陷态,即光子局域,与复折射率和晶体周期数有密切的关系.所得结果与实验分析一致,证明了方法的有效性和实用性,并为光子晶体的设计提供依据.     

声子晶体中的半狄拉克点研究

在本文中, 构建了一种易于实现的二维声子晶体: 截面为正方形的铁柱以三角晶格形式排列在水中. 研究发现, 在此声子晶体的布里渊区中心Γ点有半狄拉克点出现: 其带结构沿ΓY方向是线性的, 但沿着ΓX方向却是二次型的. 若散射体绕中心轴旋转角度θ = 45°, 则半狄拉克点的二次型带结构则会转至ΓY方向, 与ΓX相互垂直. 接着, 本文采用k· p 微扰法系统研究了在不同旋转角θ 值下, 简并点附近的带结构特点, 并在此基础上分析了半狄拉克点的出现原因. 在半狄拉克点附近, 以布洛赫简并态为基矢, 文中构造了一个有效哈密顿量, 根据它能准确计算贝利相位, 并发现其值为零. 此外, 通过有限元仿真, 还研究了在半狄拉克点频率附近声波沿着不同方向穿过该声子晶体的透射现象. 本文可以为经典体系中半狄拉克点色散关系的起源、有关传播性质的研究以及其在声子晶体的应用提供理论参考.     

一维光子晶体材料中的光学传输特性

研究了光在一维周期性介电材料中的传播特性,指出传统的高反膜只是光子晶体的一个特例,从而从光子晶体的角度对多层膜系的设计提出了一条新的思路,同时研究了材料的介电常数以及结构与高反带带宽之间的关系。最后通过在多层膜中引入掺杂（中间一层被另一种介质所代替）,得到第一能隙中掺杂模式的频率与掺杂材料的介电常数之间的对应关系,由此提出一种精确测量介质介电常数的方法。     

磁化等离子体光子晶体缺陷态的研究

采用磁化等离子体的分段线性电流密度卷积时域有限差分(PLCDRC-FDTD)算法研究具有单一缺陷层的一维磁化等离子体光子晶体的缺陷模特性. 从频域角度分析得到微分高斯脉冲的透射率,并讨论该光子晶体的缺陷层厚度、位置、周期常数和等离子体参数对其缺陷模的影响. 结果表明,改变位置和周期常数不会影响缺陷模的频率,改变缺陷层的厚度可以增加缺陷模数,改变等离子体参数能同时影响缺陷模的频率和峰值. 关键词： 磁化等离子体光子晶体 光子晶体 缺陷模 时域有限差分法     

时变非磁化等离子体光子晶体缺陷态研究

采用非磁化等离子体的分段线形电流密度卷积(Current density convolution,JEC)时域有限差分(Finite-dif-ferent time-domain,FDTD)算法研究了具有单一缺陷层的一维时变非磁化等离子体光子晶体的缺陷模特性。以高斯脉冲为激励源,通过由算法公式得到的电磁波透射系数讨论了等离子体上升时间对其缺陷模的影响。结果表明,改变等离子体的上升时间和密度可以获得不同的缺陷模。     

非磁化等离子体光子晶体缺陷态的研究

采用时域有限差分法中的分段线性电流密度卷积算法,研究具有单一缺陷层的一维非磁化等离子体光子晶体的缺陷模特性.从频域角度分析得到微分高斯脉冲的透射率,并讨论该光子晶体的缺陷层介电常数、厚度、位置、光子晶体的周期常数和等离子体参数对其缺陷模的影响.结果表明,改变以上参数可获得不同的缺陷模. 关键词： 时域有限差分法 非磁化等离子体光子晶体 缺陷模     

基于介质环形柱结构的二维光子晶体中Dirac点的实现

利用偶然简并方法在二维正方格子介质环形柱结构光子晶体中成功实现了Dirac点, 并利用平面波展开法对实现Dirac点的过程进行了研究. 研究结果表明, 对于二维正方格子介质环形柱结构光子晶体, 在一定的外径R_O范围内(0.37a<R_O<0.5a), 当Dirac点存在时(n>1.4), 介质环内径R_I与外径R_O满足一个不随介质环折射率n变化的恒定关系式. 同时, Dirac点对应的光子约化频率f随折射率n及外径R_O的增大而减小. 利用所得的关系式对特定介质环折射率n条件下能实现Dirac点的环形光子晶体进行了预判设计.     

横磁模式下二维非磁化等离子体光子晶体的线缺陷特性研究

采用等离子体的分段线性电流密度卷积时域有限差分算法研究了横磁波入射时具有单一线缺陷的二维非磁化等离子体光子晶体的缺陷模特性. 从频域角度分析得到微分高斯脉冲的透射系数,并讨论该光子晶体的晶格常数、介质圆柱半径、周期常数、缺陷层参数和等离子体参数对缺陷模特性的影响. 结果表明,改变周期常数、缺陷层位置和等离子体碰撞频率不会改变缺陷模的频率,改变缺陷层介质圆柱的相对介电常数、半径和缺陷层到介质层的中心距离可以在不改变禁带宽度的前提下实现对缺陷模的调节,改变晶格常数、介质圆柱半径和等离子体频率能同时实现对禁带宽度和缺陷模的调节. 关键词： 等离子体 光子晶体 缺陷模 时域有限差分算法     

Photonic band gaps structure properties of two-dimensional function photonic crystals

The tunable two-dimensional photonic crystals band gap, absolute photonic band gap and semi-Dirac point are beneficial to designing the novel optical devices. In this paper, tunable photonic band gaps structure was realized by a new type two-dimensional function photonic crystals, which dielectric constants of medium columns are functions of space coordinates. However for the two-dimensional conventional photonic crystals the dielectric constant does not change with space coordinates. As the parameter adjustment, we found that the photonic band gaps structures are dielectric constant function coefficient, medium columns radius, dielectric constant function form period number and pump light intensity dependent, namely, the photonic band gaps position and width can be tuned. we also obtained absolute photonic band gaps and semi-Dirac point in the photonic band gaps structures of two-dimensional function photonic crystals. These results provide an important theoretical foundation for design novel optical devices.     

同轴波导中二维金属光子晶体的电磁特性

在同轴传输线内外筒之间引入金属支撑杆,建立了同轴传输线中二维金属光子晶体的物理模型。利用等效电路方法分析其传播情况,通过低频和高频近似得到了两个特征频率。其中,金属光子晶体的第一个带隙从零频开始,到第一特征频率截止;第一个通带从第一特征频率开始,到第二特征频率截止;第一、第二特征频率与金属光子晶体的等效电参数相关。利用CST软件对模型进行了仿真计算,验证了等效电路分析结果的合理性。仿真结果显示,在沿纵向具有N个周期的有限结构中,光子晶体通带分裂成(N-1)个传输峰。并根据其电场分布得到了色散曲线。     

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     

一维磁化等离子体光子晶体非互易特性研究

在理想条件下,为了研究等离子体回旋频率、等离子体频率、等离子体层厚度、周期常数和入射角在TM模式下对一维磁化等离子体光子晶体的非互易特性的影响,用利用传输矩阵法计算得到的TM波正向和反向传播的透射率来研究其非互易特性。研究结果表明,增加等离子体回旋频率和入射角度能够改善非互易特性;而一味地增加等离子体频率和等离子体层厚度将会使得非互易传播特性变得恶化;增加周期常数不能明显地改善非互易传播特性,但是通过改变外加磁场的施加方式能够改善其非互易特性。     

可调光子晶体研究进展

可调光子晶体是光子晶体研究中的一个新领域，文章简单介绍了当前可调光子晶体的发展状况，阐述了其调制机理及存在的问题，同时论述了可调光子晶体的发展趋势。