具有光子晶体带隙结构的返波振荡器的初步研究

提出了一种新型的具有光子晶体带隙（PBG）结构的返波振荡器（BWO）,利用PBG禁带对BWO工作及输出微波模式进行调制,抑制低次模式,工作在高次模式。通过数值模拟给出了介质柱PBG结构的能带图、禁带限制模式电场分布和周期慢波结构的色散关系曲线,选择晶格常数为0.31 cm,介质柱半径为0.12 cm,介电常数为4.0的三角格子PBG结构可以实现在Ka波段的单一类TM03模式工作,在36～40 GHz的频率范围内,器件可以工作在返波状态,周期长度为0.4 cm。     

一维光子晶体斜入射波包的带隙结构

对波包的任意傅里叶分量进行坐标变换后,利用转移矩阵法推导出波包斜入射情形下一维光子晶体的色散关系表达式,利用色散关系曲线分析得出波包斜入射的第一带隙结构,与以往平面波的第一带隙结构不同,波包的带隙宽度小于平面波的带隙宽度,并且在位置上前者带隙包含在后者内部.比较了一维光子晶体分别在波包入射与平面波入射情形下带隙位置和宽度,分析了波包中心入射角的变化以及波包的角分布范围的变化对带隙结构的影响,得到了一维光子晶体对波包斜入射的带隙结构的基本特征,确定了计算波包带隙能够近似当作平面波处理的条件.研究表明,波包的带隙结构受入射角大小和波包角分布范围的影响.入射角越小,波包入射的带隙结构越接近平面波;波包的角分布范围越小,光子晶体对波包的带隙宽度和位置越接近平面波.     

一维光子晶体斜入射波包的带隙结构

对波包的任意傅里叶分量进行坐标变换后,利用转移矩阵法推导出波包斜入射情形下一维光子晶体的色散关系表达式,利用色散关系曲线分析得出波包斜入射的第一带隙结构,与以往平面波的第一带隙结构不同,波包的带隙宽度小于平面波的带隙宽度,并且在位置上前者带隙包含在后者内部.比较了一维光子晶体分别在波包入射与平面波入射情形下带隙位置和宽度,分析了波包中心入射角的变化以及波包的角分布范围的变化对带隙结构的影响,得到了一维光子晶体对波包斜入射的带隙结构的基本特征,确定了计算波包带隙能够近似当作平面波处理的条件.研究表明,波包的带隙结构受入射角大小和波包角分布范围的影响.入射角越小,波包入射的带隙结构越接近平面波;波包的角分布范围越小,光子晶体对波包的带隙宽度和位置越接近平面波.     

一维光子晶体带隙结构研究

在考虑介质色散的基础上,研究了介质层厚度对光子晶体带隙结构的影响.利用传输矩阵法,计算了以LiF和Si两种材料组成的一维光子晶体带隙结构.结果表明,介质层厚度的增加会引起禁带的红移,厚度减小会引起蓝移.分析了含空气缺陷层、金属缺陷层的光子晶体结构,发现空气缺陷层对带隙结构的高反射区域变化不大,而在低反射区域,反射系数为零的波带之间出现了两边反射系数增加,中间反射系数减小的情况.在金属缺陷层的带隙结构中,金属对整个波长范围光的吸收作用不同,金属对低反射区1.6 μm、1.85 μm处透射率较大的透射光吸收作用明显,而在1.28~1.38 μm处透射率波长区间,几乎无吸收.     

单负色散材料光子晶体的带隙特性研究

针对单负色散材料构成的光子晶体的带隙特性进行了详细地研究.首先采用传输矩阵法分析计算了该结构的带隙产生与材料介电常数、磁导率色散特性间的关系,然后计算了带隙宽度和中心频率受入射场极化方式、入射方向、介质材料厚度比例缩放和厚度无序的影响程度,最后分析并对比了单负色散材料和普通材料构成的渐变周期光子晶体的传输特性.结果证明单负色散材料可以在光子晶体中引入一种受结构参数影响很小的带隙,同时和普通材料相比,在渐变周期结构中可以有效地拓宽Bragg带隙宽度,改善传输特性.     

光子带隙结构调制下发光体中的能量传递过程

光子晶体因其具有光子局域和光子带隙这两大特征,而使得传统物理过程在光子晶体中有新的特点和变化,能量传递就是其中之一。分析了光子晶体中发光体的能量传递现象,并探索了其过程作用机制。采用了偶极-偶极共振相互作用模型,对理想一维光子晶体中带隙调制下的能量传递过程进行了研究,利用微扰法与色散关系的计算引入获得跃迁矩阵,并运用其对影响光子晶体中能量传递的因素和机制进行了相关讨论。     

二维正方格子磁性光子晶体的带隙结构

采用平面波展开的方法计算了正方格子二维磁性光子晶体(MPC)的光子带隙结构.散射子的形状分别为：长方形，正方形，六角形和圆形.通过调节磁导率，填充率和散射子的旋转角度，找到了MPC各种结构的最大的绝对带隙宽高比ω_R.研究发现：随着磁导率的增加，MPC绝对带隙中心频率ω_g单调减小，绝对带隙宽度Δω和其宽高比ω_R可能不同时达到最大值.而随着填充率或者散射子旋转角的增加，基本不改变ω_g的大小，各种结构的Δω和ω_R同时达到最大值. 关键词： 磁性光子晶体 光子带隙结构     

不同结构光子晶体的带隙特性

基于平面波展开法研究光子晶体的带隙特性,数值模拟了横磁波和横电波在三角晶格和正方晶格构成的二维光子晶体中的带隙特性,得到了三角晶格较正方晶格更容易出现带隙,且三角晶格的横电波光子带隙较大.实验结果为光子晶体器件的设计提供理论依据.     

三维光子晶体的带隙分析

平面波展开法分析了三维光子晶体的带隙 ,并用于光学通信系统。     

三维光子晶体FCC结构的带隙分析

采用平面波展开法研究了由介质球构成的蛋白石的三维光子晶体FCC结构的能带结构,改变r/a的大小获取最大完全带隙,并计算了在双球结构中改变一个小球的变化所引起的三维光子晶体带隙的变化。结果为三维光子晶体的实验和应用提供了一些指导和帮助。     

基于分形特征和双层光子带隙结构的宽阻带低通滤波器

提出一种新颖的基于分形特征和双层光子带隙（PBG）结构的宽阻带低通滤波器. 该滤波器在接地板上刻蚀一阶Sierpinski carpet PBG结构，在顶层微带线与接地板之间增加一层具 有三阶Sierpinski gasket PBG结构的金属层，该金属层经过打通孔与接地板连通. 这种双 层PBG结构的低通滤波器，具有良好的宽阻带特性，且电路尺寸小、结构紧凑. 对比了单层 普通方孔PBG结构的低通滤波器、单层一阶Sierpinski carpet PBG结构的低通滤波器和双层 分形PBG结构低通滤波器的传 关键词： 低通滤波器 双层PBG结构 分形 宽阻带特性     

Design of an optical filter using photonic band gap material

The article presents a design of an optical filter using Photonic Band Gap (PBG) materials in the visible and infrared region of the electromagnetic spectrum. This idea is based on the famous Kronig-Penny model in the band theory of solids. The suggested filter may work at any range of the wavelength that can be achieved by choosing the appropriate values of the controlling parameters. This structure is also able to pass the light emitted by the Ruby laser and this acts as a monochromator. Also, we have studied the anomalous behavior of refractive index for the structure having alternate layers of air and GaAs.     

Modulation of four-wave mixing via photonic band gap

The dressed four-wave mixing （FWM） in a four-level S5Rb atomic system, experimentally demon- strated in this paper, is comprised by two coexisting processes. One is emission signal due to enhanced nonlinear via electromagnetically induced transparency （EIT）. The other is the Bragg reflection of probe beam because of the created photonic band gap （PBG）, which is affected by both linear and third-order nonlinear susceptibility. Moreover, we have demonstrated that different experimental parameters can significantly influence the measured signal with flexibly controlled PBG. These studies are found useful for understanding the fundamental mechanisms in generated FWM processing.     

二维光子晶体禁带特性研究

采用平面波展开法对二维光子晶体分别在E和H极化下的带隙进行了计算. 考虑了填充比、晶格结构、介电常数对最大绝对帯隙的影响. 结果表明,不论是正方晶格还是三角晶格,TM模在介质柱型光子晶体中更容易形成带隙;TE模在空气孔型光子晶体中更容易形成带隙. 填充比一定,最大绝对帯隙宽度并非随着介电常数增大总是增大,而是存在一个峰值. 相对介电常数一定,最大绝对帯隙宽度随填充比的变化也存在一个峰值. 不论空气孔型还是介质柱型结构,三角晶格比正方晶格更容易形成帯隙. 关键词： 平面波展开法 TE模 TM模 最大绝对帯隙     

Photonic band gap and defect mode from a layered periodic structure with anisotropic nonmagnetic right-handed and left-handed metamaterials

We demonstrate a photonic band gap (PBG) from a layered periodic structure containing anisotropic nonmagnetic right-handed and left-handed metamaterials whose permittivity elements are partially negative. A set of criteria imposed on materials and structures to realize a PBG is derived, and the transmission spectra are also discussed. When a defect layer is introduced, some unusual properties are found in contrast to that of a defect mode in ordinary PBG structures.     

Dispersion characteristics of a slow wave structure with a modified photonic band gap

This paper studies the dispersion characteristics of a modified photonic band-gap slow-wave structure with an open boundary by simulation and experiment.A mode launcher with a wheel radiator and a coupling probe is presented to excite a pure TM 01-like mode.The cold test and simulation results show that the TM 01-like mode is effectively excited and no parasitic modes appear.The dispersion characteristics obtained from the cold test are in good agreement with the calculated results.     

3cm相对论返波管的实验研究

简述相对论返波管的基本原理,详细介绍了实验装置与测试方法,报导了初步实验结果,在3cm波段峰值功率约98MW,效率10％左右。     

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用时域有限差分法研究了电磁波在等离子体光子晶体中的传播特性。数值模拟中使用完全匹配层吸收边界条件,计算了电磁波通过等离子体光子晶体的反射和透射系数。讨论了等离子体密度、等离子体温度、介电常数比和引入缺陷层对等离子体光子晶体光子带隙的影响。     

Anomalous behavior of group velocity and index of refraction in a defect photonic band gap structure

In the present paper, we have made an analysis to observe the effect of introduction of defect on dispersion relation, group velocity, and effective group index in a conventional photonic band gap (PBG) structure. The study shows that inside the PBG materials group velocity and effective group index becomes negative in both types (conventional as well as defect PBG structure) of structure at a certain range of frequencies. Also, near the edges of the bands it attains very high values of index of refraction. A defect PBG structure gives a very unique feature that group velocity becomes exactly zero at a particular value of frequency and also becomes several hundred times greater than the velocity of light which is not attainable with the conventional PBG structure. Defect PBG structures with such peculiar characteristics are seen in lasing without inversion, in construction of perfect lens, in trapping of photon and other optical devices.