太赫兹波在二维正方晶格光子晶体中的传播特性

本文用平面波展开法研究了太赫兹波(THz)在二维正方晶格光子晶体中的传播特性。分析了晶格常数为a=0.1mm的正方晶格介质柱二维光子晶体,在0~1.8THz频段范围内,通过数值计算,发现当介质圆柱半径r=0.2a时,E偏振出现最大绝对光子带隙,带隙位于0.283-0.400THz,带隙宽度为0.117THz,相应的带隙波长范围为84.9μm至120μm,处于THz波段,并分析了随着相对介电常数差值的增大出现的TM带隙宽度增大。研究结果为THz器件的开发提供了理论依据。     

二维光子晶体正方晶格传播特性的研究

应用平面波展开法研究了二维光子晶体及其波导的传播特性。根据计算得到光波在0．223．5Hz至0.28Hz波段能在波导中很好的传播。并且分析了当圆柱半径从0.1μm至0.5μm发生改变时的带隙规律,研究结果为光子晶体波导器件的开发提供了理论依据。     

太赫兹波段正方晶格二维光子晶体传输特性的研究

应用平面波展开法研究太赫兹波段正方晶格二维光子晶体的传输特性,数值模拟得到了太赫兹波段圆柱组成正方晶格二维光子晶体的带隙变化和能态密度的分布规律,根据计算结果设计了（0.485~0.503）THz波段的滤波器。并且分析了当圆柱发生微小改变形成椭圆柱正方晶格二维光子晶体时的带隙特性,研究结果为太赫兹器件的开发提供了理论依据。     

二维正方复式晶格的完全光子带隙

为产生光子晶体完全光子带隙,在二维正方晶格的介质柱中心构造一个空气柱孔缺陷,应用平面波展开的方法研究了光波在其中的传播规律,发现在特定的结构参数条件下,该结构产生了完全光子带隙,从而找到了在简单晶格结构条件下实现完全光子带隙的方法。     

二维圆形三角晶格光子晶体带隙

利用平面波展开法计算了二维各向同性的不同介质圆柱组成的三角晶格光子晶体的带隙,并比较了以介质为背景空气圆柱组成的光子晶体和以空气为背景介质圆柱组成的光子晶体带隙的大小,发现以空气为背景的光子晶体带隙很小,而以介质为背景的光子晶体,其介电常数越大,在相同的填充率的前提下所产生的带隙就越大,带隙数目也越多.     

正方晶格光子晶体第一带隙特性研究

由于光子晶体的禁带特性具有重要的应用,基于电磁波传输理论,应用MATLAB数值仿真二维正方晶格光子晶体TE模第一带隙特性,数值计算了介电常数变化、填充率变化对第一带隙宽度及形成带隙个数的影响,结果得到随着介电常数的增加第一带隙宽度增加,随着填充率的增加,第一带隙宽度逐渐减小。研究结论为光子晶体器件的制作提供参考。     

大带隙2维正方晶格光子晶体的优化设计

为了研究2维正方晶格光子晶体的完全带隙特性,采用平面波展开方法模拟了两种结构2维光子晶体,在固定光子晶体周期常数a的前提下,研究了2维正方晶格光子晶体的完全禁带随柱半径和折射率的变化规律。结果表明,以空气为背景的锗介质柱组成的光子晶体,随着半径的增大,完全带隙宽度先增大后减小最后消失,填充比为38.3%时,同时增大介质柱的介电常数,在介质柱折射率为4.2处,完全带隙最大,带宽是0.02754(ωa/(2πc));以锗为背景的空气柱组成的光子晶体,光子禁带对应的无量纲频率随半径的增大而增大,填充比为48.3%时,同时增大背景介质的介电常数,出现多个完全带隙,在背景折射率为6.2处,完全禁带最大,带宽为0.02922(ωa/(2πc))。光子晶体带隙的频谱响应也表明了完全带隙的范围。这为大带隙2维正方晶格光子晶体的设计和制备提供了依据。     

结构参量对二维三角晶格光子晶体带隙影响规律的研究

本文利用了平面波展开法分别计算了二维三角晶格空气中介质柱和介质中空气孔两种形状的光子晶体,研究了填充率、介电常数对带隙宽度和中心频率的影响规律,研究结果对光子晶体的制作提供了理论依据.     

Ge基二维三角晶格光子晶体的光子带隙

导出了二维三角晶格光子晶体的填充系数与正多边形散射子外接圆半径的普适关系,并利用平面波展开法计算了Ge基二维三角晶格光子晶体的光子带隙.计算表明:Ge圆柱置于空气背景中时,可产生TM、TE带隙,TM带隙占优势;随着Ge填充系数的增大,光子带隙的宽度先增大后减小,其中心频率由高频向低频移动;TM模第一带隙宽度在半径为0.14a处达峰值.空气圆柱置于Ge背景中时,可产生TM、TE及完全带隙,TE带隙占优势;随着空气填充系数的增大,光子带隙的宽度先增大后减小,其中心频率由低频向高频移动;TE模第一带隙宽度和最大完全带隙宽度分别在半径为0.46a和0.49a处达峰值.     

太赫兹波在二维三角晶格光子晶体中的传播特性

用平面波展开法研究了太赫兹波在二维三角晶格光子晶体中的传播特性。数值计算了以硅为背景的空气圆柱构成的二维三角晶格光子晶体的能带结构和态密度,计算表明r=0.50a和r=0.46a时,E偏振和H偏振分别出现最大光子带隙,带隙宽度分别0.1097THz和0.1935THz,在r=0.48a出现最大完全光子带隙,带隙宽度为0.0759THz,光子晶体态密度的分布也表明了存在光子带隙的范围,研究结果为太赫兹器件的开发提供了理论依据。     

用平面波展开法计算二维方形光子晶体的带隙结构

用平面波展开法计算二维正方晶格光子晶体的带隙结构，对二维光子晶体的电磁波理论及周期介质中的Bloch波解进行了详细的推导，得出TE模和TM模下无缺陷时光子晶体的色散曲线，并设计了低频区域内具有较大带隙宽度的两种二维光子晶体的空间周期结构. 经过大量的计算，发现硅中的空气柱型光子晶体在红外波段TE模和TM模存在重叠的绝对光子带隙，并分别研究了空气中的硅介质柱和硅中的空气柱的TM模带隙宽度随空气柱半径和填充比变化的规律.     

太赫兹波在二维光子晶体波导中的传输特性研究

首先用平面波展开法(PWM)计算了二维光子晶体的能带结构,然后提出了适合THz 波传输的光子晶体波导模型,并采用时域有限差分法(FDTD)研究了THz波在这种波导中的传输特性.在波导的输入输出口采样场值经过傅立叶变换以后进行比较,结果很合理.分析结果表明,位于光子晶体禁带内的THz波在这种波导中的传输是几乎没有损耗的,这为开发性能优良的THz 器件提供了理论依据.     

二维液晶光子晶体的带隙特性分析

利用平面波法分析了二维液晶光子晶体的带隙结构,着重对三角形和正方形空气孔光子晶体带隙随液晶旋转角的变化情况进行了分析和比较.仿真结果表明,两种结构的光子晶体都可以通过改变填充液晶的转向角来实现带隙的动态可调性.正方形结构对填充比要求较高,制备难度大,而三角形结构带隙变化范围大,适当增加填充比还可以得到更好的可调性能,因此在实际应用中应尽量选择三角形结构的液晶光子晶体.利用液晶光子晶体的动态可调性,可以制成多种光通信系统中需要的器件,如全光开关、滤波器等,不仅可以节约成本,避免相似产品的重复购置,还可以提高系统的灵活性.     

复式晶格光子晶体光纤带隙分析

提出了一种复武晶格光子晶体光纤,通过向传统正方形格子空气孔光子晶体光纤中引入半径相同但折射率为负的介质柱,构成两种正负折射率介质柱嵌套的周期性排列结构.用平面波法分析这种光纤的光子带隙,仿真结果表明:与传统的正方形格子空气孔光子晶体光纤相比,当R/A=0.35,衬底折射率nb=1.30,空气孔折射率na=1.0,介质柱折射率nc=-1.0时,这种光纤可以实现光子带隙效应导光;当品格常数A的范围为1.5～3.0μm时,传输波长范围为880～2 300 nm.     

二维正方晶格光子晶体波导的慢光特性研究

利用平面波展开法对二维正方晶格光子晶体波导进行了理论研究和分析.通过减小一排介质柱半径至原来的一半以及直接去除一排介质柱分别获得了0.066c和0.083c的最大群速度,对应的带宽分别为0.060(ωa/2πc)和0.062(ωa/2πc),得出了通过减小介质柱的半径比去除一排介质柱可获得更优慢光效果的结论.进一步分析了缺陷柱半径的变化对导模色散曲线及群折射率曲线的影响,发现当缺陷柱半径在低于介质柱半径的范围内变化时,导模曲线随着缺陷柱半径的增加而向低频方向移动,且渐趋平坦,亦即群速度变小.研究结果对优化正方晶格光子晶体慢光波导提供了理论依据.     

面心立方3维光子晶体带隙数值研究

为了数值研究面心立方晶格球形散射体3维光子晶体能带结构,采用平面波展开方法分别计算了空气中的介质球与介质中的空气球在不同参量下的能带。结果表明,空气中的介质球不论选任何参量都不出现完全禁带,介质中的空气球在选取适当参量时能出现禁带,禁带宽度与适当空气球半径、适当基质介电常数的关系相似,禁带位置中心坐标与适当空气球半径、适当基质介电常数的关系相反。此结论推广和补充了相关文献的研究。     

二维光子晶体的带隙分析

研究了三角形二维光子晶体的带隙随结构参数的变化规律。计算表明 ,对于空气柱等边三角形二维光子晶体 ,当介电常数比为 13:1时 ,最佳填充比为 0 .78,最大带宽是 0 .0 94 (Δωa/2πc) ;当填充比固定时 ,介电常数比大于 8才会有带隙出现 ,且介电常数比越大 ,带隙越宽 ;两个晶格矢量的夹角与最佳夹角偏离 60° ,向上最大达到 74°、向下最大达到 4 6°时带隙消失。     

两种大带隙的长方晶格二维光子晶体

利用快速平面波展开法研究了两种长方晶格光子晶体,发现它们在高频区都存在大带 隙,经参数优化,原胞结构为“工”字形的光子晶体,最大绝对禁带宽度Δω为0. 1393ωe (ωe =2πc / a, a为晶格常数, c为光速) ,绝对禁带中心频率ωmid为1. 7368ωe ,Δω/ωmid = 8. 02%;原胞结构为“王”字形的光子晶体,最大绝对禁带宽度Δω为0. 1544ωe ,绝对禁带中心频率ωmid为1. 5854ωe ,Δω/ωmid = 9. 74%。