Infiltrated Liquid Crystal Photonic Bandgap Devices for Switching and Tunable Filtering

In this article the possibility of obtaining a tunable bandgap by using infiltrated liquid crystal photonic bandgap structures is explored. In particular, by exploiting the electrooptic effect and the electroclinic effect, peculiar to two different kinds of liquid crystals, the switching and tunable filtering operation of a three-dimensional photonic crystal has been analyzed by means of a differential method combined with an S-matrix algorithm.     

异质镜像光子晶体的光子带隙研究

对异质镜像结构光子晶体(ABCCBA)^N进行了研究。首先,利用一维介电体系中处理光传播的方法--传输矩阵法,详细推导了异质镜像光子晶体透射率的计算公式;然后,采用Matlab软件编程仿真并分析了光子带隙形成与镜像周期数目、光子带隙数目与光子晶体薄层厚度、光子带隙位置与入射角大小等的关系。结果表明:光子带隙的形成及变化主要受光子晶体薄层厚度及入射角大小变化的影响。通过改变影响光子晶体光子带隙的参数,可得到不同频段的光子带隙,用来制作高质量反射镜、滤波器和发光二极管等。     

基于磁化等离子体缺陷层的一维新颖可调谐的光子晶体滤波特性

将磁化等离子体填充到一维光子晶体的缺陷层,构成了一种新颖可调谐的滤波器。讨论了TM波情况下滤波器的滤波特性,并推导了TM波下磁化等离子体传输矩阵。通过改进的传输矩阵方法分析得到:在不改变光子晶体结构的情况下,通过改变等离子体频率和外磁场可以实现滤波通道在光子禁带内较大带宽范围的移动,同时禁带中滤波通道出现的数目也能被等离子频率与外磁场的大小控制。     

基于光子晶体异质结构的磁可调石墨烯多带吸收

石墨烯在光电子学领域具有广泛应用,但石墨烯的吸收率较低限制了其在某些方面的应用。为了改善单层石墨烯的吸收特性,在前人研究的基础上,设计了石墨烯和光子晶体异质结构构成的复合结构。利用4×4传输矩阵法研究了外磁场、费米能量和设计波长等参数对石墨烯吸收特性的影响。结果表明,所设计的光学结构使石墨烯既保持了原有的宽吸收带,还增加了数目可调的窄吸收带。由于考虑到磁光效应,石墨烯的吸收特性表现出一定的磁圆二色性。对于各吸收带,通常情况下左旋圆偏振光的吸收率要大于右旋圆偏振光的吸收率。但调节外磁场和费米能量,可使各吸收带具有99%以上的吸收,在一定的条件下,还可实现近完美的100%吸收。研究结果为光电子学领域中基于石墨烯的相关器件的设计提供了参考。     

异质结构光子晶体的能带特性研究

运用光学传输矩阵理论,研究了异质结构光子晶体的能带特性。结果表明,与周期结构相比异质结构光子晶体可以显著地拓宽光子晶体的光子带隙;在该文提出的结构中引入缺陷,与(1H1L)m(1H)n(1L1H)m光子晶体相比,产生缺陷模式光子带隙范围明显拓宽,适当调整缺陷层的数目、位置和厚度可得到多通道滤波;并研究了实际操作中随机误差带来的影响,随无序度的增大,其带宽基本不变。     

一维全息光子晶体的带隙结构研究

对一维全息底片运用光子晶体的概念,利用平面波展开法和传输矩阵法,数值计算了介电常数余弦调制的一维全息光子晶体结构的带隙,主要针对全息记录材料为重铬酸盐明胶时设置了计算用参数,计算结果表明对于折射率周期性渐变的一维全息晶体结构同样具有一般光子晶体的带隙,进而研究了带隙的特点.发现禁带宽度随着所使用的记录介质折射率的增加而减小,随着介质折射率调制的增加而增加;带的位置随着介质折射率的增加而移向低频,随着介质周期长度的增加移向低频,折射率调制的改变基本不影响禁带位置.     

一维可调谐非磁化等离子体光子晶体的滤波特性

用时域有限差分(Finite-Different Time-Domain,FDTD)的分段线形电流密度卷积(Piecewise Linear Cur-rent Density Recursive Convolution,PLCDRC)算法研究了含单一介质缺陷层的一维非磁化等离子体光子晶体的滤波特性.从频域角度分析得到微...     

色散光子晶体GHz波段的传输特性

将两单负材料耦合后,再与一双负材料交替生成光子晶体。然后利用传输矩阵法对该光子晶体的能带和缺陷模进行了研究。结果表明:这种结构的光子晶体具有一种新型的光子带隙,不随晶格常数的缩放而移动;当引入普通电介质缺陷层时,缺陷模对入射角的改变不敏感,但缺陷模个数随着缺陷层厚度的增加而增多。     

二维光子晶体结构参量对光子禁带特性的影响

用多重散射法研究了二维光子晶体的结构参量对光子禁带特性的影响。发现光子晶体的晶格常数(d)和组成晶体的介质柱的半径(r)都能同样有效地改变光子禁带的位置,仅改变d时,填充系数ρ降低时光子禁带区Ω向低频区移动,而仅改变r时,ρ增加时Ω向低频区移动。在较宽的参量范围内,Ω的中心频率单独随r增加而线性下降的速度是单独随(,增加而线性下降的速度的2倍。ρ取特定值时,Ω的相对宽度取极大值,其中1次Ω只有1个极大值,而2次Ω存在2个极大值,且2次Ω极大值对应的2个ρ值中有一个刚好是1次Ω极大值对应的ρ值的2倍。     

一维超声光子晶体禁带结构分析

超声波在介质中传播时可以引起介质的折射率发生周期变化,当光波垂直于超声波的传播方向时,这种介质可以被用来作为光栅使用,称为超声光栅。当光波沿超声波的传播方向通过这种介质时,它还可以用作一维光子晶体,并称其为一维超声光子晶体(1D-USPC)。利用平面波法证明了一维超声光子晶体具有一般一维周期层叠结构光子晶体的禁带特征。同时这种光子禁带是可以通过超声波的波长和振幅来改变的,这就为控制光的行为方面提供另一种新的方法。     

温度对液晶填充光子晶体光纤传输特性的影响

利用液晶的折射率是温度和波长函数的特性,在光子晶体光纤(PCF)芯区的空气柱中填充向列相液晶,通过改变温度来改变液晶的折射率,构成了一种温度凋制光子晶体光纤.用阶跃有效折射率模型研究了温度对这种光子晶体光纤在不同光波长时传输特性的影响,并进行了数值计算.结果表明液晶填充使光子晶体光纤的色散减小,由于折射率对温度和波长变化敏感,改变温度可以使光纤在长波长区域出现单模传输,在短波长时不会出现单模传输,即使包层相对孔径很小也不会出现无截止单模传输.温度升高使光纤的色散值增大,零色散波长向短波长方向移动.这些特性对温度调制光子晶体光纤器件的设计和应用具有一定的参考意义.     

二维光子晶体的完全带隙

为了研究二维光子晶体完全带隙的规律,采用平面波展开法模拟了4种结构二维光子晶体,在固定光子晶体周期常数a的情况下,研究完全带隙随柱半径r的变化规律.研究发现,六角晶格空气孔型光子晶体的完全带隙出现在r=0.42～0.50μm的范围,最大带隙宽度△ω1=0.08(ωa/2πc);方形晶格空气柱型光子晶体在r=0.47～0...     

异质三周期光子晶体的光子带隙特性

利用传输矩阵法研究了由TiO₂和SiO₂两种材料构成的异质三周期一维光子晶体的传光特性,发现该结构能在波长为200~ 2 000 nm的范围内形成7处比较明显的光子带隙,并且波长越大,带隙的宽度越大。重点研究了这种结构的光子晶体的透射谱线与入射角度、介质层数及介质层厚度的关系,发现该结构形成的光子带隙的大小和位置对介质层的循环周期数不敏感,但对入射角度和介质层的厚度很敏感。     

铁电液晶缺陷光子晶体调谐滤波器的设计

将铁电液晶作为缺陷层引入一维光子晶体中,用电场改变液晶分子的取向,形成光子晶体快速可调谐滤波器.用传输矩阵法研究了铁电液晶缺陷光子晶体的可调谐滤波特性,计算了电压和液晶材料参量对滤波器透射谱的影响.结果表明:改变电压能容易改变光子晶体滤波器透射峰的位置、强度、个数和带宽,实现良好的调谐滤波功能.     

镜像对称缓变准周期结构一维光子晶体的缺陷模

利用传输矩阵方法,研究了镜像对称缓变准周期结构一维光子晶体的缺陷模。结果表明,当镜像对称缓变准周期结构一维光子晶体的周期数增加时,禁带宽度逐渐展宽;引入缺陷后,出现缺陷模,缺陷模的波长随缺陷层厚度增加和缺陷层介质折射率的增大而向长波方向移动。     

一维四元镜像对称光子晶体的帯隙研究

构造了由AsS、SiO2、PbTe和LiF四种介质组合而成的(AB)m(CD)m-1 A(DC)m-1(BA)m一维四元镜像对称结构光子晶体模型,利用传输矩阵法,研究了该结构的光学传输特性。结果表明:当m≥4,光线垂直入射时,在可见光全波段(400~760nm)范围内恰好有一严格帯隙。四介质的几何厚度各自独立递增时,帯隙红移,宽度增加,反之亦然。随着入射角增加,帯隙将产生蓝移。对于TE波,该光子晶体具有较好的角度宽容度,可实现全角度在可见光大部分波段(400~705nm)范围内的反射;对于TM波,仅能在可见光小部分波段(400~520nm)实现全角度反射。     

含单缺陷层的一维可调谐磁化等离子体光子晶体滤波特性研究

采用在等温近似的条件下,以等离子体的上升时间、温度和密度为可调谐参量,用磁化等离子体的分段线形电流密度卷积时域有限差分算法研究了含单一缺陷层的一维磁化等离子体光子晶体的滤波特性.以高斯脉冲为激励源,用算法公式得到的电磁波透射系数来讨论了等离子体上升时间、温度、等离子体层密度对其滤波特性的影响.结果表明,改变等离子体上升时间和等离子体层密度可以实现对滤波通道的调整.谐振频率不能通过改变温度进行调整.     

二维Kagome格子光子晶体禁带的数值模拟

采用平面波展开法模拟计算了由空气背景中的介质柱构成的二维Kagome格子光子晶体的能带结构,得到了使完全光子禁带最大化的结构参量.计算结果表明:由圆形、正六边形和正四边形三种不同形状锗介质柱构成的Kagome格子光子晶体都出现了完全光子禁带,最大禁带分别为Δ=0.014(ωa/2πc)、Δ=0.013(ωa/2πc)、Δ=0.011(ωa/2πc)发现由圆形和正六边形两种介质柱构成的Kagome格子光子晶体在填充比连续变化的较大的范围内都有宽度较为稳定的完全禁带,且它们具有非常相似的能带结构.     

含负折射率材料的一维光子晶体的光学传输特性

采用光学传输矩阵方法,模拟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的光学传输特性.计算了这种含负折射率材料的一维光子晶体的透射谱和色散关系.结果表明,在正入射时,含负折射率材料的光子晶体的带隙要比传统的光子晶体要大得多,并具有狭窄的透射带,从光学薄膜理论的色散关系出发解释了形成上述现象的原因.讨论了在不同的偏振模式下,光以中心波长入射时,反射率随着入射角度的变化关系.发现含负折射率材料的一维光子晶体具有更好的角度特性,可以用来实现对中心波长的全方位反射.     

含特异材料一维超导光子晶体的带隙特性研究

利用传输矩阵法研究了含特异材料的一维超导光子晶体的带隙特性. 研究表明, 这类超导光子晶体同样具有由传统的电介质材料构成的超导光子晶体一样的低频带隙, 且在一定的参数下该低频带隙可以相当宽. 但在一定的结构参数下, 这类超导光子晶体同完全由传统的电介质构成的光子晶体一样不存在低频带隙. 还就超导光子晶体的偏振特性、光子晶体结构参数及环境温度的变化对光子带隙结构的影响进行了研究. 关键词： 超导光子晶体 传输矩阵法 特异材料 光子带隙