含负折射率缺陷的光量子阱的透射特性及理论模拟

利用转移矩阵方法对含负折射率缺陷的一维光子晶体量子阱结构的透射特性进行了研究。结果表明,当缺陷为偶数个时,结构透射谱中有两个透射峰;当缺陷为奇数个时,透射谱中只有中心处一个透射峰,且随着缺陷层数的增加,该处峰的品质因子逐渐提高。因电磁波在缺陷处的强烈局域,所以阱中局域态的透射率对缺陷的折射率有很强的依赖作用。通过控制入射光的强度可使缺陷的折射率发生微小的改变,进而使局域态的透射率发生明显改变,这样就可制作高效光开关。     

含有吸收材料对称结构一维三元光子晶体的透射谱

利用传输矩阵法理论,研究含吸收材料对称结构一维三元光子晶体的光传输特性。结果表明:当各层介质无吸收时,在较宽的禁带范围内出现一条透射率为100%的透射峰;当介质的折射率为带有正虚部的复数,即介质存在吸收时,禁带中的透射峰出现明显的透射衰减,且随着复折射率虚实比β的增大透射率出现单调衰减规律;当单个介质存在吸收时,随着各介质折射率虚实比的增大,透射率的衰减速度存在各异,其中以C介质的折射率虚实比βc对透射峰透射率的影响较大,其次为B,A的影响相对较小;当所有介质同时存在吸收时,透射衰减最为明显。这些特性为光学衰减器的设计提供理论指导意义。     

含负折射率缺陷的一维光子晶体的杂质带

利用传输矩阵方法研究了含负折射率缺陷的一维光子晶体的透射谱.以19个周期的1/4波堆存在3个负折射率缺陷的光子晶体为例进行了数值计算.结果表明:如果改变缺陷的折射率,缺陷模之间的耦合作用将发生改变,带隙中形成的杂质带也随之改变; 当这个折射率取适当值时,在禁带中出现多个尖锐的透射峰,与正折射率缺陷构成的杂质带不同.     

含负折射率缺陷的一维光子晶体的杂质带

利用传输矩阵方法研究了含负折射率缺陷的一维光子晶体的透射谱.以19个周期的1/4波堆存在3个负折射率缺陷的光子晶体为例进行了数值计算.结果表明:如果改变缺陷的折射率,缺陷模之间的耦合作用将发生改变,带隙中形成的杂质带也随之改变; 当这个折射率取适当值时,在禁带中出现多个尖锐的透射峰,与正折射率缺陷构成的杂质带不同.     

光在按特殊准晶方式排列的媒质中的传播

简单介绍Fibonacci-class准晶(FC(n))的结构特性，利用电场理论和二阶单位模矩阵的特殊性质，研究了光在按FC(n)准晶链排列的多层介质膜中传播时的光透射性质，发现FC(2m)的透射系数具有开关性质，FC(2m+1)的透射系数具有六循环性质，它们的最大值在π(1/2±k)附近具有有趣的性质. 关键词：     

量子点-Su-Schrieffer-Heeger原子链系统的电子输运特性

Su-Schrieffer-Heeger(SSH)原子链是典型的具有拓扑边缘态的一维系统,并且已在光子和冷原子系统中实验实现.本文在紧束缚近似下,利用传输矩阵方法研究了量子点-SSH原子链系统的电子输运特性,这里,量子点的作用是调节SSH原子链与电极的隧穿耦合强度.当量子点与SSH原子链弱耦合时,量子点-SSH原子链系统的四重简并边缘态对应SSH原子链存在边缘态的情形,而其二重简并边缘态对应SSH原子链不存在边缘态的情形;当量子点与SSH原子链强耦合时,其边缘态仅在胞内跳跃振幅大于胞间跳跃振幅情形下存在,此时,SSH原子链不存在边缘态.尤其是,当量子点-SSH原子链系统与外加电极之间为强隧穿耦合时,其边缘态的电子共振透射峰的个数将减少2,例如:对于四重简并的边缘态,即SSH原子链存在边缘态的情形,其电子共振透射峰的个数将变为2;而对于二重简并的边缘态,即SSH原子链不存在边缘态的情形,其电子的共振透射峰将消失.因而,可以通过调节量子点与SSH原子链、外加电极之间的隧穿耦合强度,观察边缘态电子共振透射峰的个数变化情况来判断SSH原子链是否处于非平庸拓扑态.     

两端对称负折射率缺陷复合光子晶体:多通道滤波和光开关

采用传输矩阵法对两端对称负折射率缺陷复合光子晶体结构[D(AB)mD]N的透射特性进行了研究.结果表明:当N=2时,该结构透射谱的禁带出现两个完全共振透射峰,当N增加时,每个共振透射峰又分裂为N-1条；当复合光子晶体的层数m逐渐增加时,透射峰的品质因子逐渐提高,且分裂的共振透射峰距离逐渐减少；既为该结构实现高品质的多通...     

金属亚波长狭缝中凹槽对其透过特性的影响

利用时域有限差分方法,研究了单个二维金属亚波长狭缝中空气凹槽的结构、位置等参数变化对其透过特性的影响. 整个缝槽结构可以类比为LC振荡环路,凹槽结构变化时,不同程度地改变振荡电路的电感和电容,从而使共振透射峰出现移动. 凹槽位置变化时,电路的驱动源改变,从而改变缝槽结构中的电磁场分布,使得共振透射峰出现分裂. 利用LC共振原理分析了凹槽各个参数变化时共振透射峰的变化情况. 关键词： 表面等离子体 透射率 LC振荡')" href="#">LC振荡     

含负折射率层的多层体系的反常光子隧穿

研究了多层体系含负折射率层的光学传输特性,通过传输矩阵方法,给出了体系透射率的一般表达式,并讨论了含负折射率层的四层结构在入射角大于临界角时的反常光子隧穿现象。当体系参量完全匹配时,对于任意入射光波长及大于临界角的入射,透射率均为1;仅衬底层不匹配时,对于给定的衬底参量,透射率和入射波长无关,仅和入射角相关。对于TM波,存在多层体系的布儒斯特角,使得透射率等于1。对于TE波则没有类似现象;在衬底不匹配的情况下,提高出射端的折射率将增加体系的透射率;中间层的厚度或者折射率不匹配时,透射率关于匹配位置对称分布且随着失谐的增加指数衰减,随着入射角的增加,衰减速度加快。     

含负折射率材料的一维光子晶体缺陷模式的研究

采用光学传输矩阵方法,研究了由正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体中带有缺陷层时的光学传输特性.计算了含有普通电介质插层和有吸收的介质插层两种情况下的透射谱.结果表明,在正入射时,对于普通电介质插层,随插层厚度的增大,缺陷模的个数增多;对于有吸收特性的介质插层,随插层厚度的增大和吸收特性的增强,缺陷模式并没有出现,而是表现为对透射峰的明显增益.     

从几何光学研究负折射率透镜的有限尺寸效应

从几何光学理论证明了,在左手系材料(负折率材料)透镜中存在完善聚焦的概念。当该透镜的尺寸可以认为是无穷大时,该透镜是无几何像差透镜。进一步考虑了有限透镜孔径对成像面上成像质量的影响,模拟结果表明:成像面上亮度对比度分布不均匀;且随着透镜孔径大小与厚度的比值减小,像的对比度将会增加。     

On Perfect Lenses and Nihility

The canonical problem of a perfect lens with linear bianisotropic materials is formulated. Its solution is shown to be directly connected with the concept of nihility, the electromagnetic nilpotent. Perfect lenses as well as nihility remain unrealizable.     

PML-FDTD法在分析负折射率材料中的应用

将时域有限差分(FDTD)法引入了对负折射率材料物理现象的仿真研究.给出了二维TM波在负折射率材料中的时域差分方程,并且在吸收边界处使用了理想匹配层(PML).为了避免在迭代过程中出现的不稳定现象,在差分方程的推导中引入了Drude模型, 并对Pendry提出的由负折射率材料构成的平板透镜具有的完美成像现象进行了数值仿真验证.由仿真结果发现,完美成像现象只在平板透镜的折射率n=－1时出现,当n≠－1时则会出现近轴聚焦效应.     

Ag-SiO_2复合材料“完美透镜”的微粒尺寸效应

银金属在特定波长范围内的负折射率性质可以放大倏逝波,在近场成像中能够保留次波长信息,因此是制造"完美透镜"的优良材料。由银金属和其他介质组成的复合材料能够通过其调整体积分数来改变"完美透镜"的工作波长,使其在可见光和近红外范围内实现完美成像。除体积分数外,复合材料中金属颗粒的大小和形状也会对透镜的工作波长和成像质量有影响。在考虑尺寸效应修正的基础上,通过分析尺寸对成像性质的影响发现:减小金属颗粒尺寸会使工作波长发生蓝移,当银颗粒尺寸减小到10nm时,会显著降低成像质量。     

实现同步轨道（GEO）高分辨力对地观测的技术途径（上）

在地球静止同步轨道（GEO）上实现高分辨力对地观测，具有一系列独特优点，远为其它轨道所不及。然而，对于36000km的远程高分辨力可见波段观测，要求望远镜必须具备20m以上口径的主镜。传统的空间相机，如果要有如此大的口径，其总质量将超过1000t，无法发射到GEO上。无支撑薄膜望远镜和大口径衍射望远镜，可以大幅度降低主镜质量面密度，从而降低整个相机系统的总质量，可算是一种极好的技术途径。分步发射与在轨装配，则提供了可供此类观测系统实施从地面转运到GEO的技术手段。基于变换成像原理的傅里叶望远镜，将高分辨力的取得，由增大接收口径转变为加大发射间隔，用大面积回波能量探测加上傅里叶分量重构，取代常见的目标图像直接探测，突破了远程高分辨力观测的致命瓶颈。近完美透镜为突破衍射极限提供了可能性，从而为超分辨力观测开拓出一片科学的新天地。负折射率材料（左手型材料）可制成完美透镜，而光子晶体是负折射率材料的热门选择之一，基于表面等离子激元（SPP）的光子器件则是其另一种选择。     

Low-loss geodesic lens: Meridional profile and fabrication tolerances

The most recent formulation of the perfect geodesic lens problem is utilized to evaluate a novel solution. This solution describes a smooth geodesic depression profile with a finite value of its local curvature radius at the edge of the lens. This feature should minimize radiation and scattering losses by the guided modes that take place mainly at the lens boundary. The external rounded section of the proposed lens is described by a simple, explicit expression that considerably eases designing procedure. The presented lens is capable of perfect focusing once the theoretically prescribed ideal depression profile is accurately fabricated. For straightforward examination of the influence of technological grinding errors on the lens focal characteristics, a simple analytical method is proposed and investigated.     

Cloaking and imaging effects in plasmonic checkerboards of negative and and dielectric photonic crystal checkerboards

Negative refractive index materials are known to be able to support a host of surface plasmon states for both polarizations of light. This makes possible unique effects such as a perfect lens. Checkerboards consisting of alternating cells of positive and negative refractive index represent a very singular situation in which the density of modes diverges at the corners. This raises the question as to whether such effects will still be observed in a real dissipative system of finite size. We have considered several aspects of such structures including these and symmetry aspects (rectangular against triangular checkerboards). We have also studied silver checkerboards whose transverse extent is finite. Negative refractive index checkerboards bring new electromagnetic paradigms both through the intriguing possibilities they appear to offer, and the challenges they present to our understanding of the diffraction process. Most intriguing of all is the possibility of a triangular checkerboard lens whose resolution is limited not by wavelength, but only by the losses in the constituent materials, while a ray picture suggests it behaves as a perfect mirror. The resolution of this lens increases without limit as the losses tend to zero as shown by the generalized lens theorem. We finally show that light confinement can be achieved to certain extent using dielectric triangular photonic crystal (PC) checkerboards displaying the all-angle-negative-refraction (AANR) within the Bragg regime in p polarization. Effectively even a single rectangular or triangular PC can act as an open resonator that confines light in its neighborhood. This cloaking effect has been previously observed in PC slabs displaying the AANR effect. We show that the cloaking is enhanced for three triangular PC wedges sharing a vertex and further improved for 12 triangular PC wedges arranged in a checkerboard fashion.     

Universal evolution of perfect lenses

This Letter is a theoretical attempt to answer two questions. First how long does it takes for perfect lensing to be observed, and second how does loss diminish the performance of a general perfect lens. The method described in this Letter is universal, in the sense that it can be applied to perfect lenses of any arbitrary geometry. We shall show that the dynamics of perfect lensing is equivalent to the dynamics of 2 coupled simple harmonic oscillators. Moreover we shall derive quantitatively, the effects of losses on a compact perfect lens.     

实现同步轨道(GEO)高分辨力对地观测的技术途径(下)

在地球静止同步轨道(GEO)上实现高分辨力对地观测,具有一系列独特优点,远为其它轨道所不及。然而,对于36 000 km的远程高分辨力可见波段观测,要求望远镜必须具备20 m以上口径的主镜。传统的空间相机,如果要有如此大的口径,其总质量将超过1 000 t,无法发射到GEO上。无支撑薄膜望远镜和大口径衍射望远镜,可以大幅度降低主镜质量面密度,从而降低整个相机系统的总质量,可算是一种极好的技术途径。分步发射与在轨装配,则提供了可供此类观测系统实施从地面转运到GEO的技术手段。基于变换成像原理的傅里叶望远镜,将高分辨力的取得,由增大接收口径转变为加大发射间隔,用大面积回波能量探测加上傅里叶分量重构,取代常见的目标图像直接探测,突破了远程高分辨力观测的致命瓶颈。近完美透镜为突破衍射极限提供了可能性,从而为超分辨力观测开拓出一片科学的新天地。负折射率材料(左手型材料)可制成完美透镜,而光子晶体是负折射率材料的热门选择之一,基于表面等离子激元(SPP)的光子器件则是其另一种选择。     

优化的波导短程透镜研究

对光波导短程透镜进行优化。在无曲率奇点理想波导短程透镜的基础上，选取一般形式卷边函数，以无弯曲损耗为目标，讨论了透镜过渡区不同卷边函数形式的曲率分布，选取了最优卷边函数并给出透镜母线的特解。经过数值计算得到了优化的理想波导短程透镜的母线函数数值，完成了非球面面型的精细加工，研制出优化的理想波导短程透镜。实验测试结果表明，短程透镜在通光孔径8mm内消球差，对4mm宽的平面波束，焦距20mm的短程透镜，其焦点束斑宽度小于4μm。