二维平板光子晶体的等效负折射率测量

光子晶体特殊的色散特性能导致负折射现象发生。用波束位移法对二维光子晶体平板的负折射现象进行理论计算和实验测量,得到了入射光经平板光子晶体折射后的二维光场分布。测量结果表明,横电(TE)光在光子晶体中发生负折射,出射光沿出射面产生了反方向的横向位移,由此计算出来的负折射率约为-0.44,而横磁(TM)光没有发生负折射。实验结果与仿真结果吻合较好。     

高斯波束在光子晶体中的负折射特性分析

为了研究光子晶体中的负折射行为,我们应用2维TM模时域有限差分方法,数值模拟了高斯波束从自由空间垂直入射和斜入射到二维三角晶格光子晶体平板后的折射现象,并给出了平板内外的电场强度分布.模拟结果显示:垂直入射时,光子晶体平板对高斯波束具有汇聚作用,汇聚特性随着波源到晶体的距离的改变而发生显著的变化;斜入射时,折射波束与入射波束也均在法线的同一侧.结果证明了高斯波束在光子晶体和空气的交界面发生了负折射.模拟结果有望在制作聚焦透镜、带通滤波器、耦合器等光子晶体器件方面得到重要应用.     

二维光子晶体负折射现象条件及特性研究

结合光子晶体带隙图和等频率线图分析了二维光子晶体中出现负折射现象的条件,得出了负折射现象出现的频率范围.采用有限时域差分法模拟了光在光子晶体界面和内部的传输行为,验证了以上理论所给出的负折射出现的频段,观察到了明显的负折射现象.比较了不同介质、不同晶格结构光子晶体中不同频率的负折射行为.提出一种新结构的六角型二维三角晶格光子晶体分光镜的模型.     

光频段多频率域负折射率材料的数值研究

利用电介质材料周期性排列构成二维六角结构光子晶体,用平面波展开法研究了二维光子晶体材料各个能级的等频率曲线图,发现此结构光子晶体在多个频段上存在负折射特性,用时域有限差分(finite difference time domain,FDTD) 数值计算模拟也得到了相同的结果. 关键词： 光子晶体 左手化媒质 负折射 多频段     

10.6μm波段光子晶体负折射现象的实验验证

介绍了10.6μm波段扫描负折射功率的实时探测系统,在实验上为探测光子晶体光频波段负折射现象提供了实验平台。该系统通过数据采集卡实现计算机对旋转台及平移台的控制,在以光子晶体样品为探测中心的轨道上,对折射光的整个空间功率分布进行实时采集和绘图。这一实验系统能够精确便捷地实现负折射现象在光频波段的探测。根据折射光最大光功率出现的位置,测得光束通过光子晶体样品的负折射现象,而且与理论结果基本吻合。     

二维空气孔型光子晶体负折射平板透镜的减反层

提出并优化了由单排渐变介质波导构成的二维空气孔型光子晶体负折射平板透镜表面的减反层，改善了成像质量.二维时域有限差分模拟计算结果表明，采用减反层后，在入射角小于23°的范围内，在使得有效折射率n_eff=-1的工作频率处，光子晶体表面对从空气一侧入射的平面波的反射率可降低到1％以下. 关键词： 光子晶体 负折射 平板透镜 减反层     

二维正方晶格光子晶体平板的近场成像特性

光子晶体是由两种或两种以卜不同介电函数的材料周期性排列组成的一种人工晶体.由于介电甬数的周期性分布对入射光的调制作用,使得特定频率区域的人射光在光子晶体中传播时的群速度方向和相速度方向相反,因而使得光子晶体平板表现出负折射特性.系统研究了介质柱的形状对二维正方品格光子品体近场成像特性的影响.通过对分别由正方形、三角形、椭网形、长方形等形状介质柱组成的二维正方品格光子晶体平板近场成像特性的理论分析,发现当介质柱形状的对称性降低到一定程度后可以实现光子晶体近场成像的纵向平移.进一步通过对相应等频率曲线形状的分析,明确了光子晶体近场成像是由于自准直效应和负折射效应的共同作用形成的.     

二维空气环型光子晶体的负折射成像特性

采用平面波展开法和时域有限差分法研究了由空气环组成的二维三角晶格光子晶体平板的负折射成像特性.研究结果表明对于外半径为 0.4 a,内半径 0—0.13a的空气环型光子晶体,第二能带中归一化频率为 0.3 的电磁波可以实现有效折射率为-1的负折射成像.通过光子晶体有效折射率的计算,得到了有效折射率为-1的电磁波频率随空气环内径由0—0.2 a变化的规律,并由对应等频曲线的变化解释了结构参数对光子晶体平板成像的影响. 关键词： 光子晶体 空气环 负折射 等频曲线     

改变光子晶体表面结构对负折射透射光强的影响

以砷化镓圆形介质柱在空气中构成二维六边形排列结构的光子晶体为例,利用时域有限差分法模拟研究了光子晶体表面结构改变对负折射透射光强的影响.模拟结果表明:针对同一结构光子晶体,在可产生负折射现象的入射光频率范围,改变光子晶体表面两侧圆形介质柱的半径和顺向侧移两侧表面最外层圆形介质柱都会均对负折射透射光强产生影响.     

改变光子晶体表面结构对负折射透射光强的影响

以砷化镓圆形介质柱在空气中构成二维六边形排列结构的光子晶体为例,利用时域有限差分法模拟研究了光子晶体表面结构改变对负折射透射光强的影响.模拟结果表明：针对同一结构光子晶体,在可产生负折射现象的入射光频率范围,改变光子晶体表面两侧圆形介质柱的半径和顺向侧移两侧表面最外层圆形介质柱都会均对负折射透射光强产生影响.     

二维硅基平板光子晶体器件

硅材料在红外通讯波段具有低损耗和高折射率的特性,使得其成为集成光学领域中应用最广的材料之一.主要介绍了本课题组在二维硅基平板光子晶体中实现微纳尺度上光调控的研究进展,讨论了利用光子晶体的缺陷态实现各种集成光学器件,包括光子晶体波导、微腔和利用光子晶体波导和微腔形成的滤波器.还介绍了光子晶体中特殊的光折射现象,包括红外波...     

二维高效光子晶体偏振分束器

为解决透射型偏振分束器透射效率低、高入射角度依赖的缺点,利用二维光子晶体平板设计了一种高效偏振分束器.采用的光子晶体是由空气中周期性排列的蜂窝格子GaAs介质柱构成.该偏振器对一种偏振光(TE偏振)正常折射,而对另一种偏振(TM偏振)负折射,从而实现两种偏振模式在空间上分离.为提高其透射效率,在光子晶体平板表面引入了消反层,并对相关参量进行优化.二维有限时域差分模拟结果显示,在较宽的角度范围内(约20°),约化圆频率处在ω=0.20～0.23×2πc/a范围内,分束器对TE和TM偏振光的透射强度都能达到95%以上.     

利用二维光子晶体提高波的耦合效率

通过多重散射方法数值模拟研究和实验测量表明利用二维光子晶体可以提高波的耦合效率.研究发现,高的波耦合效率通常发生在光子禁带的边沿和其它非禁带区的某些频率处.当光子晶体的晶格常数接近于所传输的波的波长时,会出现很高耦合效率的共振耦合现象.利用二维光子晶体的情况下的波耦合效率最高可以达到不利用二维光子晶体时的1.89倍.这种现象在光集成器件中尤其有用.     

波状结构二维光子晶体近场亚波长成像的研究

研究了波状结构二维光子晶体(2DPC)在红外波段的负折射近场成像,对其等频面进行了分析,指出波状结构二维光子晶体无法实现负折射远场成像的原因在于缺少与入射介质等频面相匹配的光子晶体圆形等频面,所用的矩形等频面使波状膜层二维光子晶体不可避免地具有各向异性特征,进而将成像限制在近场范围内。采用时域有限差分(时域有限差分)方法模拟了不同厚度的波状结构二维光子晶体近场成像效果,当厚度为两倍栅格常量时,单光源的成像分辨力为0.28λ,达到亚波长分辨效果。分辨力随着光源逐渐远离近场范围而降低,而像点的位置基本不随光源距离和光子晶体厚度的变化而改变。双光源的成像模拟进一步验证了波状结构二维光子晶体的近场亚波长成像能力,分辨力达到0.35λ,但成像质量受光子晶体厚度变化的影响较大。     

波状结构二维光子晶体负折射现象的研究

结合波状结构二维(2D)光子晶体(PC)与入射介质两者的等频面结构分析了PC内部的负折射现象，采用时域有限差分(FDTD)方法模拟了高斯光束在波状结构2DPC内的负折射，分别得到了折射角/入射角以及折射角/入射波长之间的关系曲线，当入射角为45°，入射波段在1485—1530nm区域时，波状结构2DPC的负折射角与入射波长近似呈线性变化关系，并带有明显的PC超棱镜效应，采用端面投影方法对波状结构2DPC的入射端面和出射端面进行处理，改善了负折射时的透过率. 关键词： 光子晶体 负折射 等频面     

基于硅柱-磁性液体体系的光子晶体的可调谐负折射特性研究

本文研究了硅柱在MnFe₂O₄磁性液体背景中排列成六边形结构的二维光子晶体的可调谐负折射特性. 利用平面波展开法和时域有限差分法理论研究了硅柱-磁性液体体系二维光子晶体的带隙结构、等频曲线和负折射现象随外磁场强度的变化关系. 模拟结果表明, 硅柱-磁性液体体系二维光子晶体工作在TE模式时, 其负折射特性可由外磁场调节. 在固定背景溶液的磁性颗粒体积分数和入射光频率时, 所研究的折射光束的偏转角和光子晶体的负折射率绝对值随外磁场的增大而增大, 而在固定背景溶液的磁性颗粒体积分数和外磁场强度时, 负折射角和负折射率的绝对值随入射光归一化频率增大而减小. 固定外场强度和入射光频率时, 所研究结构的负折射特性随背景溶液的磁性颗粒体积分数增大而变弱.     

十二重准晶光子结构中的负折射与成像

最近实验证明周期性的光子晶体中存在电磁波的负折射现象，并且观测到亚波长成像．然而，这些研究主要集中在剧期性结构中，对非周期结构的研究还没有相关的报道。文章报道了一种新的理论和实验结果：非周期性十二重准晶光子结构同样存在负折射，并且可以实现超透镜的远场成像。具有这些特性的光子准晶可以广泛的应用于光集成器件中。     

二维光子晶体的特殊色散特性研究

为了研究光场在二维光子晶体中的传播特性,本文应用平面波展开法,得到了二维三角晶格光子晶体的能带结构,在此基础上,运用时域有限差分法,分析了在一定入射角度下,特定频率的光束在光子晶体中的负折射现象,由于应用光子晶体的自准直效应,光束束腰在传播过程中展宽较小。研究了由于能带交折、重叠而产生的特殊色散特性和超棱镜效应,给出了光子晶体内外的磁场强度的分布,得到了极高的角色散度。文章的研究结果对研究基于光子晶体超棱镜效应的波分复用器,具有指导意义。     

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.     

对全入射角负折射二维光子晶体结构和电磁参量的研究

利用二维光子晶体的等频线分析原理和平面波展开方法,得到了使二维光子晶体产生全入射角负折射(All-Angle Negative Refraction,AANR)现象时,入射电磁波的频率取值范围.同时,分析了AANR频率范围随着结构参量(晶格类型、介质棒半径与晶格周期的比值)和电磁参量(介质柱介电常量、本底介电常量、入射电磁波偏振方向)变化的行为.结果表明:固定组成光子晶体的一种介质的介电常量,另一介质的介电常量只有达到一定阈值,才有可能使光子晶体出现AANR现象.在给定两种介质介电常量的条件下,存在使AANR频率范围最大化的结构参量和电磁参量.