双能带三维光子晶体中二能级原子的自发辐射

研究了双能带三维光子晶体中二能级原子自发辐射的性质.由于双能带各向异性色散关系的影响，辐射场中的局域场和传输场不能共存，导致原子上能级占据数不再具有准周期性振荡的性质，而是随时间趋于常数，或者随时间按幂函数形式衰减，或者随时间按指数形式衰减.这些性质不仅与原子上能级和能带带边的相对位置有关，而且与光子晶体上、下能带之间的能隙宽度有关.这些性质也有别于单能带各向同性光子晶体中二能级原子自发辐射的性质. 关键词： 光子晶体 二能级原子 自发辐射     

动态各向同性光子晶体中二能级原子的自发辐射

研究了动态各向同性光子晶体中二能级原子自发辐射的性质,主要讨论了光子晶体能带带边频率随时间作阶跃调制和三角函数周期调制两种情况下,原子上能级占据数随时间的演化特性.当光子晶体能带带边频率随时间作阶跃调制时,原子上能级占据数随时间的演化不仅和上能级与能带带边的相对位置δ有关,更依赖于阶跃调制发生的时刻.调制发生时刻不同,调制后原子上能级占据数随时间的演化也不同.当光子晶体能带带边频率随时间作三角函数周期调制时,二能级原子上能级占据数随时间作总体衰减的准周期振荡.通过选择调制频率和调制初相位可调控准周期振荡的频率、峰值与谷值的大小以及占据数的总体衰减速度等.     

具有态守恒赝隙的光子晶体中两能级原子自发辐射的增强与抑制

论证了在赝带隙光子晶体中存在一个全频率域态总数守恒规则，在完全带隙光子晶体中还存在一个局域态总数守恒规则.态总数守恒规则指出，如果一个光子晶体的态密度在某些频率范围存在相对于等效介质态密度的谷，则一定由其他频率范围内相对于等效介质态密度的峰来补偿.使用符合态总数守恒规则的态密度模型，解释了态密度调制导致的自发辐射谱增强、抑制、变窄、红移、蓝移以及谱分裂等光子晶体中的量子光学现象.该理论比较适合研究在具有赝带隙的光子晶体中大量随机分布的发光原子或分子的自发辐射行为. 关键词： 光子晶体 自发辐射 态密度 光子赝带隙     

低频强场作用下三维光子晶体中二能级原子的自发辐射性质

研究了处于三维光子晶体中，且在强相干的低频场的驱动下的单个二能级原子的自发辐射性质.由于低频场的影响，使得原子产生了在跃迁过程中吸收或发射一个低频光子的衰减渠道.这些跃迁导致了自发辐射的量子干涉，再加上光子晶体能带带边的作用，自发辐射被显著抑制.原子的布居俘获依赖于原子上能级与能带带边的相对位置，低频场的频率和原子不同跃迁通道间的相对跃迁强度. 关键词： 光子晶体 二能级原子 自发辐射     

二维光子晶体中极化原子自发辐射的开关效应

利用二维光子晶体的各向异性，结合原子的偶极辐射能量分布特点，提出通过改变原子的极化方向，可以使其自发辐射寿命显著地缩短或者延长，实现开关控制．发现在某些空间位置上，极化原子寿命的改变可高达33倍．     

用不同密度分布的发光分子探测光子晶体的全态密度

单一原子（分子）的自发辐射衰变的动力学性质强烈地依赖于其在光子晶体中的位置及其辐射偶极矩与所处位置场的相对方向.测量单一原子（分子）的自发辐射衰变特性只能反映光子晶体的局域态密度特征，而不能反映光子晶体的全态密度特征.理论上研究发现，通过引入含不同密度分布的发光分子可以探测到光子晶体的全态密度的部分细节甚至全部信息.按来源首次将全态密度分为两个部分，证明了特定的发光分子分布可以完善地反映其中的一部分或者全部，这为解释、设计加速或抑制原子（分子）自发辐射的实验提供了有益的指导. 关键词： 光子晶体 自发辐射 态密度 密度分布     

驱动对光子晶体中原子自发辐射的影响

文章讨论了在驱动场作用下,三能级原子在光子晶体中的自发辐射问题。由于量子干涉和光的局域化作用,两个上能级中的布居数将具有周期振荡或准周期振荡的性质,     

镧系氧化物光子晶体自组装与自发辐射调制

光子晶体是介电常数(折射率)随光波长大小周期性巨大变化的人工晶体。光子晶体的诞生使人类操控光子由梦想成为现实。光子晶体结构对置于光子晶体中的荧光客体自发辐射速率和荧光强度具有重要的调制作用。与半导体晶格对电子波函数的调制相类似,光子带隙材料能够调制具有相应波长的电磁波——当电磁波在光子带隙材料中传播时,由于存在布拉格散射而受到调制,电磁波能量形成能带结构。能带与能带之间出现带隙,即光子带隙。所具能量处在光子带隙内的光子,不能进入该晶体。本文将在综述这一领域国际上的重要研究进展基础上,重点介绍本课题组在镧系氧化物三维晶体的自组装与光子带隙对稀土离子自发辐射调制方面的研究成果。     

驱动场对光子晶体中原子自发辐射的影响

文章讨论了在驱动场作用下, 三能级原子在光子晶体中的自发辐射问题.由于量子干涉和光的局域化作用,两个上能级中的布居数将具有周期振荡或准周期振荡的性质,这不仅与两个上能级与禁带的相对位置有关,同时也与原子的初始状态有关.驱动场的强度和入射位相也能控制光子晶体中三能级原子的自发辐射.     

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。     

Control of Spontaneous Emission from a Microwave Field Coupled Five-Level M-type Atom in Photonic Crystals

We investigate the spontaneous emission spectrum of a five-level M-type atom driven by a microwave field, in which one lower level is coupled by the same modified reservoir to two upper levels. The results show that a few interesting phenomena in spontaneous emission spectra, such as spectral-line shift, spectral-line enhancement and spectral-line suppression, which can be controlled by adjusting the proper parameters of the system. These phenomena can originate from quantum interference of the strong coupling system.     

Decay distribution of spontaneous emission from atoms in one-dimensional photonic crystal

Spontaneous emission behavior from atoms (or molecules) in one-dimensional photonic crystal with a defect is investigated. Taken all the TE and TM modes into account, the normalized spontaneous emission rate of the atom is calculated as a function of the position of the atom in the crystal. Results for both nonabsorbing dielectric structure and absorbing dielectric structure are presented. With the increase of the thickness of the defect in which the atoms are embedded, the oscillations of the spontaneous emission rate versus the position of the atom become dense and the lifetime distribution becomes narrow and sharp. The PC effect may lead to the coexistence of both accelerated and inhibited decay processes.     

压缩真空中的三能级原子的自发辐射

对压缩真空与Ｖ型三能级原子的相互作用作了理论分析,探讨了量子干涉效应对压缩真空中原子自发辐射的影响。当原子的上能级简并时强的量子干涉效应影响原子的定态和定态出射光谱,使它们对原子的初态敏感。这种情况下,压缩使谱线趋于关于压缩真空中心频率对称,量子干涉使谱线趋于不对称。     

磁导率对二维蜂窝结构光子晶体带隙的影响

利用平面波展开法对二维六角晶格结构磁性光子晶体的带隙特性进行了研究,给出其能带结构分布图,并与非磁性介质构成的光子晶体进行了比较.结果表明,由磁性材料构成的光子晶体更易出现带隙,磁导率对带隙结构影响很大.空气背景磁性散射子情况,磁导率增加较小时,二个绝对光子带隙宽度逐渐减小,直至消失.继续增加磁导率,在较低频率范围内出现一个绝对光子带隙,占空比逐渐加大,且最佳填充系数基本保持不变.磁性背景空气散射子,类似地在较低频率范围内也出现了一个绝对光子带隙.磁性背景非磁性散射子与空气背景磁性散射子情况相似.     

液晶光子晶体的负折射特性研究

可调光子晶体由于其潜在的应用价值成为现今光子晶体研究中的一个热点.本文提出了通过光诱导液晶来调节光子晶体负折射效应的方法,采用平面波展开法、等频图分析法和推广的斯涅尔定理分析了二维液晶正方晶格光子晶体负折射的可调节性.提出了一种新型的液晶光子晶体结构, 数值模拟结果表明:通过偏振光改变液晶指向矢可以调节该液晶光子晶体的负折射.与电场调制方法相比,该光控液晶取向技术具有响应速度快、结构简单的优点.这种可调光子晶体可用于制作光控路由或者应用于全光网络.     

组合一维光子晶体全能反射器

为了能充分地展宽一维光子晶体的全方位禁带,从一维光子晶体禁带结构的特点出发,对于不发生Brewster效应的一维光子晶体,提出了通过两个或两个以上一维光子晶体的组合来实现和展宽一维光子晶体全方位禁带的理论依据和最佳组合方式.并给出了所提出的组合方式下相关参数的定量计算公式. 最后用传输矩阵法进行了数值模拟计算,对提出的组合方式进行验证,计算结果与预期结论符合很好.     

一种光子晶体谐振腔的TM模特性

构造了一种二维砷化镓石墨点阵柱状光子晶体谐振腔.利用时域有限差分方法计算了这种光子晶体谐振腔TM_y模的共振峰波长随应力和温度变化的情况.计算结果表明,这种谐振腔TM_y模的共振峰波长随x、y方向的应力变化以及随应力环境的变化均具有较好的线性特性,其应力响应灵敏度为0.013 69 nm/Mpa,且这种谐振腔沿x方向和y方向的应力响应灵敏度相同;同时,这种谐振腔的共振峰主峰随温度呈分段线性变化趋势,且具有最大1.4 nm/℃的温度灵敏度.另外,计算结果显示,这种结构的光子晶体谐振腔具有很好的频率开关特性.     

二维光子晶体的软平板印刷技术制作研究

分析了软平板印刷技术制作二维光子晶体的特点和方法.利用绝缘PDMS模板,采用软平板印刷技术制造了三角晶系结构的二维聚合物光子晶体,采用同样的技术成功制成尺寸为150~500 nm,纵横比达1.25的高密度二维光子晶体.与其他制作技术相比,平板印刷技术具有大尺寸和易于制作的优点.结果表明,制作获得的微结构有很高的保真度.     

Non-Markoffian Dynamic Evolution of Spontaneous Emission in Photonic Crystals

The spontaneous emission of a two level atom embedded in photonic crystals is investigated. The photonic crystal will lead to the feedback of the atom-emitted radiation which will influence the evolution of the atom. Because the feedback is within the time scale of a few optical periods, the Markoffian approximation could not be applied for the study of the time evolution of the atom. Due to the feedback of the reflected waves at different interfaces of the photonic crystals, the atomic evolution is quite different from the vacuum.