基于平面波展开法的二维光子晶体表面模式研究

采用平面波展开法研究了四种二维光子晶体结构(圆柱介质柱四方晶格、圆柱介质柱三角晶格、正方介质柱四方晶格、正方介质柱三角晶格)的带隙宽度随介质柱尺寸变化的关系.使用平面波展开法计算常规晶格和表面缺陷晶格的模式并进行结果叠加,研究了各结构的二维光子晶体在带隙宽度最大时的表面模式.结果表明,同种晶格的光子晶体带隙宽度随着介质柱的尺寸增大呈先增后减趋势,存在最大值.随着表面介质柱尺寸的增加,四种晶格表面模式曲线均呈下降趋势.四方晶格光子晶体与三角晶格相比,表面介质柱尺寸的变化范围更大,但能获取表面模式频率范围较小.     

基于平面波展开法的二维光子晶体表面模式研究

采用平面波展开法研究了四种二维光子晶体结构(圆柱介质柱四方晶格、圆柱介质柱三角晶格、正方介质柱四方晶格、正方介质柱三角晶格)的带隙宽度随介质柱尺寸变化的关系.使用平面波展开法计算常规晶格和表面缺陷晶格的模式并进行结果叠加,研究了各结构的二维光子晶体在带隙宽度最大时的表面模式.结果表明,同种晶格的光子晶体带隙宽度随着介质柱的尺寸增大呈先增后减趋势,存在最大值.随着表面介质柱尺寸的增加,四种晶格表面模式曲线均呈下降趋势.四方晶格光子晶体与三角晶格相比,表面介质柱尺寸的变化范围更大,但能获取表面模式频率范围较小.     

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     

类蜂窝状结构完全带隙二维光子晶体

通过在二维三角晶格中引入两个完全一样的介质圆柱构成了类蜂窝状结构光子晶体,并对其光子能带进行了频域计算。借助数值方法分析了介质柱位置改变对光子能带的影响,计算结果表明,这种类蜂窝状结构二维光子晶体可以产生很宽的带隙,而且在一定填充率下,可以通过调整介质柱的位置使完全光子带隙达到最大化。     

铜币形空气孔二维三角晶格光子晶体的完全光子带隙

采用平面波展开法,研究铜币形空气孔二维三角晶格光子晶体的完全带隙随结构参量变化的规律.研究表明:铜币形散射子结合了空气孔型和介质柱型两种光子晶体的优点,有利于获得更宽的完全带隙.该光子晶体大完全带隙对由制备工艺上引起的材料掺杂和空气孔半径的偏离具有一定的稳定性.为了获得完全带隙,组成光子晶体的两种介质要有足够大的介电常数对比度,铜币形空气孔二维三角晶格光子晶体在ε=11.8时出现完全带隙.对参量分组优化发现,在ε=22.75,R=0.483μm,d=0.195μm,φ=90°,G=1.3时,完全带隙的宽度Δωa/2πc获得最大值0.136 1,带隙率为33.55%     

太赫兹波段三角晶格二维光子晶体的传输特性

用平面波展开法研究了太赫兹(THz)波在二维三角晶格光子晶体中的传输特性。数值计算了以硅为背景的空气圆柱构成的二维三角晶格光子晶体的能带结构和态密度,计算表明在介质圆柱半径r=0.47a(a为空气介质柱的晶格常数)出现最大完全光子带隙,带隙宽度为0.070 1 THz;当r=0.49a和r=0.45a时,E偏振和H偏振分别出现最大光子带隙,带隙宽度分别0.102 2,0.192 3 THz。光子晶体能态密度的分布也表明了存在光子带隙的范围。研究结果为THz器件的开发提供了理论依据。     

一种衍生于三角晶格的二维光子晶体

通过在二维三角晶格中引入三个完全相同的介质圆柱构成了一种全新结构的光子晶体,并对其光子能带进行了频域计算.借助数值方法分析了填充率对光子能带的影响,结果表明,在一定填充率下,这种二维光子晶体对于E偏振和H偏振都存在很宽的带隙,而且还可以获得一个窄完全带隙.     

禁带理论应用于溶液浓度检测的研究

利用平面波展开法针对三角晶格二维光子晶体的禁带结构进行了数值模拟,研究了不同浓度的NaCl溶液和酒精溶液对光子带隙的影响。选用砷化镓为三角晶格光子晶体的背景材料,这两种溶液分别为三角晶格二维光子晶体的空气孔介质材料。当不同浓度和不同折射率的NaCl溶液和酒精溶液注入光子晶体中,TE模式不出现带隙,而TM模式出现宽度不同的五种带隙,为方便选取了最大禁带宽度为参考数据。     

二维斜三角晶格光子晶体完全带隙研究

在二维正三角晶格光子晶体的基础上,通过改变晶体的晶格基矢构造了一种全新的周期结构。该周期结构的最小周期单元不再是传统意义上的等边三角形,而是一种更为优化的斜三角形结构。利用平面波展开法理论模拟了二维斜三角晶格光子晶体完全带隙的情况,发现所设计结构的完全带隙宽度是二维正三角晶格光子晶体完全带隙宽度的4.3 2倍。分析了介质柱宽度,介质柱旋转角度以及相对介电常数对所构造结构的完全带隙的影响,所得结果对二维光子晶体的理论研究和实际应用有所帮助。为任意角度的二维光子晶体集成波导的研究和制作提供了理论基础。     

二维六方柱光子晶体特性研究

通过平面波展开法对二维六方介质柱（空气孔）光子晶体带隙理论进行了分析,仿真发现带隙的变化与晶格常数的具体取值无关,而只与其填充比有关。三角晶格的这种光子晶体的带隙特性最好,并对空气孔之间产生交叠情况下的带隙特性进行了分析说明。随着介质柱（空气孔）与背景折射率差值的增大,光子晶体的带隙会逐渐变宽,而且带隙的位置也会向低频移动。用FDTD法对四方晶格的二维六方柱光子晶体波导透射特性进行了仿真,仿真结果表明其与波导的带隙结果吻合。     

大带隙二维三角格子光子晶体结构参数的优化设计

光子晶体结构设计优化是理论研究的一个重要内容.运用平面波展开法对圆柱、方柱及正六边柱构造的二维三角格子光子晶体的禁带进行仿真计算,讨论了介质材料分别为GaAs、Si和Ge情况下,柱子形状、旋转角度、填充比的变化对完全光子禁带的影响.发现:对于二维三角格子光子晶体,相对于介质柱,空气柱更易获得完全光子禁带;而相对于圆柱及...     

Holographic design of hexagonal photonic crystals of irregular columns with large full band gap

The shape and size of the dielectric columns or particles (“atoms”) of photonic crystals (PhCs) formed by holographic lithography are determined by the isointensity surfaces of the interference field; consequently the PhCs’ photonic band gap (PBG) properties are closely related to their fabrication design. Here we have proposed a new structure of two-dimensional (2-D) hexagonal lattice with irregular columns, which can yield a 2-D complete relative band gap of 24.0% in case of the dielectric columns of ε = 13.6 in air, about 27% increase compared with that of the same lattice with regular triangular columns. This band gap size is among the largest for all the possible 2-D PhCs reported until now. The relationship between band gap properties of resultant structure and the specific fabrication conditions such as structure design and the choice of optimum intensity threshold and filling ratio are systematically discussed. The optical design for making this structure by two exposures is explained. This work may demonstrate the unique feature and advantages of photonic crystals made by holographic method and provide a guideline for their design and experimental fabrication.     

二维三角柱光子晶体的传输特性

利用时域有限差分方法对二维三角介质柱光子晶体的传输特性进行了研究,计算了不同晶格、同一晶格柱体截面面积不同、放置方位角不同、入射波入射方向不同时光子晶体的传输特性。结果表明:光子禁带的宽度与中心频率和晶格结构有很大关系,三角晶格更易形成平坦光子禁带,柱体截面面积大,则形成的禁带较宽,在其他因素相同的条件下柱体放置的方位角在一定范围内对光子禁带有重要影响;对不同入射方向时光子晶体的传输特性的研究结果表明,在低频范围内,入射角对禁带宽度和中心频率没有任何影响,在高频段,透射率随入射角变大而降低。研究结果为实验上制作三角柱光子晶体器件提供了重要的理论依据。     

空气环型二维光子晶体完全带隙特性研究

采用平面波展开法, 系统研究了空气环型二维光子晶体的完全光子带隙随结构参数变化而改变的规律, 并将其与普通的空气孔型和介质柱型二维光子晶体的完全带隙进行了比较. 研究表明: 空气环型二维光子晶体不仅可以获得更宽的完全带隙, 而且, 当介质折射率较低时, 其可以获得普通空气孔型和介质柱型二维光子晶体在低折射率条件下所无法获得的完全带隙. 关键词： 空气环型二维光子晶体 完全带隙 平面波展开法     

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     

The influence of the micro-topology on the phononic band gaps in 2D porous phononic crystals

The phononic band structures of two-dimensional metal porous phononic crystals consisting of different lattices (the lattice structures transformed from square to triangle), and pores of various shapes (circle, square, and triangle) and sizes are studied numerically by using Finite Difference Time Domain (FDTD) scheme. It is found that for x-y mode waves, the absolute phononic band gaps (PBGs) rely more on the pore shapes. For triangular pores, the PBG is opening in the whole process of the lattice transformation, and for circular ones, the PBG is closed after a certain lattice structure. No PBG forms in the crystals with square pores. The PBG can be varied by adjusting the size of the pores. But a critical porosity exists for the opening of the PBG.     

不同晶格光子晶体异质结的界面传导模

利用平面波展开方法与超原胞方法研究了两种不同晶格的光子晶体异质结的界面态. 这两种异质结都是在纯电介质背景上放置空气散射子. 一种异质结由正方形格子上放置正方形散射子和三角形格子上放置六角形散射子组成（SSTH异质结）. 另一种由长方格子上放置长方形散射子和三角形格子上放置圆形散射子组成（RRTC异质结）. 对于SSTH异质结，当沿着界面作晶格的横向拉开或者侧向滑移，都可产生界面态. 而对于RRTC异质结，无需从界面做晶格拉开或者侧向滑移就可产生界面传导模，这个结果有别于其他纯电介质光子晶体异质结的性质. 关键词： 光子晶体 异质结 传导模 超原胞     

二维单斜点阵光子晶体的第一布里渊区及带隙计算

二维单斜点阵光子晶体在光学聚焦器件及光子晶体波导中有重要的应用价值，详细讨论了二维单斜点阵光子晶体的第一布里渊区及带隙计算，并与常规方法计算得出的二维正三角形晶格光子晶体的带隙结构进行了比较.最后讨论了临界条件下二维单斜点阵光子晶体的带隙结构，证明了本方法的有效性.     

Novel optical modulator using silicon photonic crystals

We propose a novel compact and integrated optical modulator, which consists of p–i–n silicon photonic crystals with triangular lattice and a line defect waveguide. The device operation is based on a dynamic shift of the photonic band gap (PBG), which induced change in the silicon refractive index by the free carrier injection. We have numerically analyzed and investigated its light modulation performance by using plane wave expansion (PWE) method and finite-difference time-domain method. With small size, rapid response time and high extinct ratio, the designed optical modulator can be used in photonic integrated circuits.     

不同晶格磁性光子晶体异质结的界面传导模

利用平面波展开方法研究了两种二维磁性光子晶体(MPC)的带隙(PBG)结构,一种磁性光子晶体是在长方格子纯电介质背景上放置磁性介质长方形散射子,另一种是在三角形格子纯电介质背景上放置磁性介质圆形散射子。计算了这两种磁性光子晶体的带隙随磁导率的变化规律,发现这两种磁性光子晶体的带隙宽高比(带隙宽与带隙中心位置比)都比较大。在此基础上由这两种磁性光子晶体构成了磁性光子晶体异质结(MRRTC异质结),并利用超原胞方法计算了这种异质结的带隙结构。研究发现MRRTC异质结无需从界面做晶格拉开或者侧向滑移就可在绝对带隙中产生界面传导模。分别从MRRTC异质结的界面处做晶格拉开和侧向滑移,发现传导模位置及形状发生了很大变化。