一维光子晶体的偏振特性研究

本文采用光子晶体带隙结构计算的Pendry理论研究了一维光子晶体的偏振特性,由Pendry理论导出的传输矩阵法计算了TE模和TM模的透射谱,不同入射角时基频PBG(Photonic band gap)分布,固定入射角及入射光频率时透射率随介质a的填充率因子变化曲线.     

无序一维三元光子晶体的能带特性研究

运用光学传输矩阵理论，研究了具有无序结构的一维三元光子晶体的能带特性。结果表明，与周期结构相比，无序结构可以显著地拓宽光子晶体的光子带隙；随取无序膜层数目的增加，带隙逐渐变宽，3种折射率介质均取无序的情况下，带隙拓宽到550～1800nm的区间范围，是周期结构光子晶体带隙宽度的2倍多。讨论了无序度、不同折射率分布对带隙的影响，随着无序度和高低折射率的差别的增大，带隙变宽。     

对称结构的一维三元光子晶体滤波特性的研究

构造了形如(AB)N1(BA)N2的具有对称结构的一维三元光子晶体,并利用光子晶体的传输矩阵法进行了数值计算.发现这种对称结构的光子晶体透射谱中主禁带内存在极窄的单透射峰,与在这种对称结构的光子晶体中引入一定尺寸范围的缺陷层有相似的效果,并分析了这种光子晶体主禁带内的透射峰位置λ,起始位置λ1和终止位置λ2随所取周期数Ni(i=1,2)、折射率nj(j=1,2,3)和厚度a、b、c的变化规律,得出在小范围内可以近似认为它们均成线性变化和N1=N2=7为理论最优化周期数的结论.利用这些性质在一束波长范围在2280～2396 nm的混合光中,用折射率n1为1.378、厚度a为159 nm的氟化镁,折射率n2为2.356、厚度b为200 nm.的硫化锌,以及折射率n3为4.100、厚度c为400 nm的碲化铅为光子晶体材料,通过调节参数变化,提取出了需要的波长为2351 nm的光,滤波效果很好.     

基于一维非线性光子晶体结构的全光信号处理

考虑具有非线性层结构的一维光子晶体结构,应用非线性介质的传输矩阵算法,建立了电磁波传播特性的理论分析模型,得到了其电磁场的平面波解,给出了数值实现方案.研究表明,该方法可以精确地模拟一维非线性介质的传输行为,简洁有效地给出一维光子晶体的光学双稳态特性.     

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。     

含负折射率材料一维光子晶体异质结构的吸收特性研究

利用传输矩阵理论,研究了含负折射率材料一维光子晶体异质结构的吸收特性。发现光子晶体异质结构某些带隙内出现单向吸收峰。结果表明异质结构带隙内单向吸收峰的频率范围由构成异质结构的两个光子晶体各自的能带结构决定。另外发现异质结构在带隙单向吸收带内的吸收普遍高于其在通带内的吸收。该研究结果可用于制造单向吸收光学器件和提高光子晶体对光波的吸收。     

含单负材料一维光子晶体的偏振特性

利用传输矩阵法,讨论了由单负材料组成的光子晶体的偏振特性.结果表明:垂直入射时,TE模和TM模的透射谱完全相同.当入射角θ增加时,两模的透射谱均向短波方向移动,禁带的宽度增加,且TE模的变化大于TM模的.入射角越大,变化越明显.光子晶体的周期数N增加时,准禁带底部逐步降低,宽度稍有变窄,禁带的位置和宽度均保持不变.但位...     

传输矩阵法分析一维光子晶体的传光特性

利用传输矩阵方法研究了光在一维周期性介电材料中的传播特性，并通过计算机进行数值计算得出，两种材料的介电常数相差越大，禁带宽度越宽。     

一维三元光子晶体的偏振滤波特性研究

设计了一维三元对称光子晶体结构,用传输矩阵法对其偏振滤波特性进行了研究。结果表明,入射角、介质厚度增大,两偏振波的禁带和共振模的分离度变大。周期数目N增大,对两偏振波的共振模的分离度影响最明显。晶体结构对称度的改变,对两种波的禁带和共振模的分离度影响不大。     

一维三元光子晶体的偏振滤波特性研究

设计了一维三元对称光子晶体结构,用传输矩阵法对其偏振滤波特性进行了研究。结果表明,入射角、介质厚度增大,两偏振波的禁带和共振模的分离度变大。周期数目N增大,对两偏振波的共振模的分离度影响最明显。晶体结构对称度的改变,对两种波的禁带和共振模的分离度影响不大。     

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。     

含增益缺陷层的1维三元光子晶体特性研究

为了设计出具有特殊光学特性的晶体,在不考虑色散的基础上,采用传输矩阵法对缺陷层为增益介质的1维三元光子晶体的光学特性进行了理论分析和数值模拟,主要研究了在0.242μm处能获得最大光放大时所对应的增益介质的厚度及光学常数,并讨论了当中心波长变化时的光放大特点。结果表明,当中心波长为0.3μm时,中心波长两侧存在着对应的禁带,改变缺陷层厚度及光学常数对该带隙结构的影响很小;但通带边0.242μm波长处获得很强的光放大。这一结果为今后获得具有所需特征缺陷的光子晶体提供了理论指导。     

含一缺陷层的一维液晶填充光子晶体缺陷模电场和温度调控特性

基于液晶折射率对温度和电场的特性,采用传输矩阵法,研究了含一缺陷层一维液晶填充光子晶体缺陷模的电场和温度调控特性。研究结果表明：当温度T在（273k,340k）内一定时,随着垂直入射光与电场方向间夹角θ在（0,π/2）内增大,缺陷模波长向短波方向漂移,最大调控波长为373?。当夹角θ在（0,π/2）内一定时,随着外界温度T在（273k,340k）内升高,缺陷模波长发生改变,变化量先负后正,最大调控波长为219?。当θ= 0.7505时,不管外界温度T在（273k,340k）内如何变化,缺陷模波长保持不变。温度对缺陷模波长的影响比垂直入射光与电场方向间夹角θ对缺陷模波长的影响更弱。     

一维各向异性掺杂光子晶体的缺陷模特性

利用传输矩阵的方法给出了光波在一维各向异性掺杂光子晶体中传播的透射率,研究了缺陷模的相关特性,经数值模拟计算得出:光通过一维各向异性掺杂光子晶体后,透射波中TE波和TM波存在明显的缺陷模,缺陷模的中心波长位置随光波入射角的改变而不同,两个缺陷模能完全分开;TE波的缺陷模中心波长位置随着光学厚度的增大向短波方向移动,TM...     

1维石墨烯光子晶体的电磁吸收特性

为了研究1维石墨烯光子晶体在可见光波段的吸收特性,采用传输矩阵的方法进行了理论分析和数值仿真,得到了1维石墨烯吸收特性与石墨烯层数、缺陷层介质厚度、电磁波模式有关的结果。结果表明,增加石墨烯层数时,对波长为556nm左右的绿光的吸收作用明显增强;缺陷层介质厚度增加时会引起吸收峰的增加;在TE模式下,入射角对石墨烯光子晶体吸收特性影响较小。该研究结果为1维石墨烯光子晶体吸收器的设计提供了理论依据。     

基于一维光子晶体高阶禁带性质的带阻滤波器研究

设计了一种基于一维光子晶体(PC,photonic crystal)高阶禁带性质的新型带阻滤波器,其结构形式为Si(空气|Si)5,晶格周期长度为15μm,滤波中心频率位于1.55μm,带宽约为10nm。利用光刻和ICP(inductively coupled plasma)刻蚀技术,将这一滤波器制作在SOI材料上,并对其透射谱特性进行理论计算和实验测量。结果表明,理论计算和实验测量的结果吻合良好,证明了高阶禁带是降低PC加工难度的有效方法。     

二维三角型金属氧化物光子晶体全带隙研究

提出了一种抑制微带天线表面波传播的方法：将过渡金属氧化物作为二维三角型光子晶体介质柱,以显著改善天线的性能。利用平面波展开法,计算了分别由 CoO、CuO 和 ZnO 三种过渡金属氧化物构成的二维三角型光子晶体的全带隙结构,得出了全带隙宽度 gapwidth、中心频率 gapmid 以及带隙率 gapratio 与填充比 F 之间的关系曲线。研究表明,过渡金属氧化物可构成具有较宽微波波段全带隙的光子晶体,在微波领域具有很高的实用性。最大全带隙宽度均在0．06ωa ／2πc 以上,CoO 光子晶体带宽最大为0．118ωa ／2πc,带隙率可达到24．255％,当填充比增大时,中心频率由高频逐渐向低频移动。     

含负折射率材料一维掺杂光子晶体的缺陷模特性研究

采用光学传输矩阵给出了含负折射率材料一维掺杂光子晶体的特征矩阵,研究了缺陷模的相关特性,经数值模拟计算得出：改变负折射率的大小、杂质的吸收系数和厚度,缺陷模的中心频率位置不变,缺陷模透射率随负折射率的减小而降低,透射谱的频率宽度也逐渐减小,同时缺陷模的半高宽度随消光系数和杂质厚度增大而增宽。光子晶体的这些特性将为光的传输控制、全反射镜和滤波器的设计等提供理论依据。     

光子晶体光纤CO2气体传感器的研究

为了能高灵敏度地检测CO₂气体的体积分数,基于红外光谱吸收原理,设计了一种以9m长的空芯光子晶体光纤作为传感单元的CO₂气体传感器。利用该传感器测量了不同体积分数的CO₂在同一吸收波长下的吸收光谱图。结果表明,气体的吸收光强和气体的体积分数之间呈线性变化,与比尔-朗伯定律一致;传感器的灵敏度可达4.389×10-5W。可通过加长光子晶体光纤的长度,来增加气体吸收的有效距离,使传感系统获得较高灵敏度。