遗传算法优化设计三角晶格光子晶体

将遗传算法应用于三角晶格光子晶体的禁带设计过程. 考虑到可制备性，算法以第五能级下最大绝对禁带为优化目标，采用粗粒度像素表示原胞结构. 通过引入傅里叶变换数据备份机制以提高禁带计算速度和算法效率，从而快速搜索到了具有较大绝对禁带的“介质空气柱”散射体形状的三角晶格光子晶体，其最大绝对禁带的相对宽度值(绝对禁带宽度和中心高度的比值)为23.8%. 关键词： 二维光子晶体 三角晶格 光子带隙 遗传算法     

Compton散射对非均匀等离子体光子晶体光子带隙的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和时域有限差分法,对多光子非线性Compton散射对非均匀等离子体光子晶体光子带隙特性的影响进行了研究,提出将入射和散射光作为形成光子带隙的新机制,对电磁波方程进行了修正.结果表明:与Compton散射前相比,散射使电磁波幅值衰减更快|随等离子体密度增加,透射谱禁带宽度几乎无变化,其中心频率向高频方向有明显移动,向上的峰值有较大增加,反射谱向下的峰值有明显减小|随温度增加,透射谱禁带宽明显减小,向上的峰值略有减小,透射能量有所降低|随两种介质介电系数比增加,光子禁带数增加,且带隙间距显著减小.     

Compton散射对非均匀等离子体光子晶体光子带隙的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和时域有限差分法,对多光子非线性Compton散射对非均匀等离子体光子晶体光子带隙特性的影响进行了研究,提出将入射和散射光作为形成光子带隙的新机制,对电磁波方程进行了修正.结果表明:与Compton散射前相比,散射使电磁波幅值衰减更快;随等离子体密度增加,透射谱禁带宽度几乎无变化,...     

六角形散射子光子晶体的界面态

研究采用平面波展开加超元胞方法计算了正方格子六角形空气散射子二维光子晶体镜面对称异质结的界面态.经过研究发现,这种异质结界面态可以通过相对于界面横向拉开或者纵向错开而产生,并且调节到绝对带隙中成为传导模.界面态的个数和变化规律在很大程度上依赖于光子晶体异质结构的几何和物理参量.通过对比我们发现：与圆柱形散射子相比,在六角形散射子异质结中更易于产生传导模,但是比四方柱形散射子的情况要困难.     

二氧化硅胶体球自组装光子晶体的研究

光子晶体由于具有光子带隙和光子局域等一系列优异的光学特性而受到了人们广泛的关注。由于采用胶体颗粒自组装法制备光子晶体制备工艺简单,所需要的费用也较低,因此已成为制备可见光至红外波段三维光子晶体的一种简便有效的方法。采用垂直沉积法制得了三维光子晶体薄膜,并用扫描电子显微镜和紫外-可见光-近红外分光光度计对其显微结构和光学特性进行了详细的研究。结果表明,自组装薄膜在三维方向上都具有有序结构,其密排面平行于载波片的表面。制备的光子晶体薄膜具有明显的光子带隙特性,带隙中心波长为956nm。研究了带隙中心波长同入射线与密排面法线夹角之间的变化关系,其结果与理论值吻合得很好。     

三角形复式晶格的光子带结构研究

设计了一种三角形复式晶格结构的光子晶体，在该类晶体中，电介质圆柱在空气中的排列存在Ｅ偏振和Ｈ偏振的光子带隙重叠区，称之为绝对光子带隙；而空气圆孔在电介质中的排列时，虽然Ｅ偏振和Ｈ偏振均分别存在光子带隙，但不存在绝对光子带隙。同时利用晶体的光子带结构研究了有效长波介电常数，所得结果与静电理论吻合。     

空心光子晶体光纤

利用传输常数来认识空心光子晶体光纤的导光机制,并介绍了一种新型全方向波导光纤,最后报道空心光子晶体光纤应用研究的一些进展。     

填充比和格点方向对二维三角晶格光子晶体带隙的影响

采用有限元法,计算了二维三角晶格椭圆形格点空气孔型光子晶体的TE、TM模式的带隙结构。通过对椭圆形空气孔格点的大小、方向进行改变,研究了填充比、格点方向对带隙的影响。计算结果表明,在空气孔型光子晶体中TE模式更容易形成带隙;不同填充比情况下,格点方向对TE模式和TM模的带隙变化都具有不同影响;不论格点方向如何变化,均未出现完全带隙。     

具有态守恒赝隙的光子晶体中两能级原子自发辐射的增强与抑制

论证了在赝带隙光子晶体中存在一个全频率域态总数守恒规则，在完全带隙光子晶体中还存在一个局域态总数守恒规则.态总数守恒规则指出，如果一个光子晶体的态密度在某些频率范围存在相对于等效介质态密度的谷，则一定由其他频率范围内相对于等效介质态密度的峰来补偿.使用符合态总数守恒规则的态密度模型，解释了态密度调制导致的自发辐射谱增强、抑制、变窄、红移、蓝移以及谱分裂等光子晶体中的量子光学现象.该理论比较适合研究在具有赝带隙的光子晶体中大量随机分布的发光原子或分子的自发辐射行为. 关键词： 光子晶体 自发辐射 态密度 光子赝带隙     

赝带隙光子晶体中原子集合的自发辐射动力学

介绍了三维赝带隙光子晶体中原子集合的自发辐射衰减分布特性，发现不同的原子集合弥散组态，其原子自发辐射呈现十分宽或窄的有限的寿命分布，纯粹光子晶体效应可导致加速和抑制衰减过程并存，从理论上揭示了现有的实验结果的重大分歧的缘由。     

KDP晶体受激拉曼散射特性

详细比较了磷酸二氢钾(KDP)晶体的自发拉曼散射和受激拉曼散射光谱,在受激拉曼散射(SRS)中观察到了自发拉曼散射中最强的振动模的三阶Stokes光(559.43,589.74,623.50nm),由于其他振动模的受激拉曼散射增益系数较小,其SRS光谱未观察到。另外,比较了传统生长的未退火和退火后的KDP晶体及快速生长的锥区和柱区KDP晶体的受激拉曼散射增益系数,结果表明生长方法和热退火对KDP晶体的受激拉曼散射增益系数无明显影响。     

KDP晶体受激拉曼散射特性

详细比较了磷酸二氢钾(KDP)晶体的自发拉曼散射和受激拉曼散射光谱,在受激拉曼散射(SRS)中观察到了自发拉曼散射中最强的振动模的三阶Stokes 光(559.43, 589.74, 623.50 nm),由于其他振动模的受激拉曼散射增益系数较小,其SRS光谱未观察到。另外,比较了传统生长的未退火和退火后的KDP晶体及快速生长的锥区和柱区KDP晶体的受激拉曼散射增益系数,结果表明生长方法和热退火对KDP晶体的受激拉曼散射增益系数无明显影响。     

Slow light engineering in polyatomic photonic crystal waveguides based on square lattice

In this paper, the slow light properties of the polyatomic Photonic Crystal (PhC) which has multiple different air holes in each primitive cell are investigated. A slow light waveguide with “U-type” group index-frequency curve, which results in nearly constant group index over large bandwidth, is achieved using this new photonic crystal geometry based on the square lattice. Also, the radius and position of the innermost rows of small air holes have been modified to investigate the feasibility of controlling the dispersion relation by subtle structural modification. Numerical results demonstrate that decreasing the group velocity effectively and meanwhile maintaining a large Normalized Delay-Bandwidth Product (NDBP) can be achieved by only modifying the radius of the innermost rows of small air holes. Shifting the innermost rows of small air holes toward the waveguide core is highly beneficial to enlarge the slow light bandwidth, but it contributes nothing to the promotion of NDBP. Our results provide important theoretical basis for the potential application offered by the polyatomic photonic crystal in future optical networks.     

Theoretical study of enhancement and suppression of the fluorescent spectra of dye molecules in a photonic crystal with a pseudogap

We have investigated the analytical forms of the photonic density of states (DOS) in a photonic crystal in the interested frequency regime according to the rule of state conservation in a photonic crystal with pseudogaps, which states that, if a valley of the DOS appears in some range of frequencies, it must be compensated for by increasing over some other ranges. By using a model DOS with a state-conservative photonic pseudogap, we have also investigated the enhancement and suppression of spontaneous emission of two-level atoms with different frequency positions and widths of emission spectra in a state-conservative electromagnetic reservoir; and the DOS-induced suppression, enhancement, narrowing and redshifting or blueshifting of spontaneous emission spectra are naturally obtained.     

用不同密度分布的发光分子探测光子晶体的全态密度

单一原子（分子）的自发辐射衰变的动力学性质强烈地依赖于其在光子晶体中的位置及其辐射偶极矩与所处位置场的相对方向.测量单一原子（分子）的自发辐射衰变特性只能反映光子晶体的局域态密度特征，而不能反映光子晶体的全态密度特征.理论上研究发现，通过引入含不同密度分布的发光分子可以探测到光子晶体的全态密度的部分细节甚至全部信息.按来源首次将全态密度分为两个部分，证明了特定的发光分子分布可以完善地反映其中的一部分或者全部，这为解释、设计加速或抑制原子（分子）自发辐射的实验提供了有益的指导. 关键词： 光子晶体 自发辐射 态密度 密度分布     

光子晶体在座舱罩雷达散射截面减缩中的应用

提出一种金属 介质型光子晶体薄膜，用传输矩阵法计算这种光子晶体薄膜的反射率和透射率。计算结果表明，这种光子晶体薄膜对毫米和厘米量级的微波的反射率高达99％以上；对于波长为微米量级的可见光，平均透光率为50％。分析了介质单元厚度、金属单元厚度、金属层总厚度对透射率的影响，给出这种光子晶体薄膜的材料选择和结构设计应遵循的原则。指出这种光子晶体薄膜涂镀在飞机座舱玻璃上，可以有效地减小座舱罩的雷达散射截面。     

光子晶体光纤中布里渊散射声波模式特性的分析

推导了光子晶体光纤中声波微小位移波动方程; 研究了泵浦波长以及纤芯折射率对声波模式的影响; 应用石英圆柱模型研究了小芯径光子晶体光纤中纤芯直径对布里渊声波模式色散的影响. 结果表明在光子晶体光纤中, 纵向声波和横向声波共同作用产生质点声场, 两者相互耦合将产生混合声波模式; 可以通过改变泵浦波长或光子晶体光纤纤芯折射率来改变参与布里渊散射(BS) 过程的声波模式的传播常数; 随着光子晶体光纤(PCF) 纤芯直径的增大, 声波模式耦合程度得到加强, 相速度呈减小趋势, 且同一传播常数下, 声波模式数呈增多趋势; 随着泵浦波频率的增大, 声波相速度减小.     

Out-of-plane scattering in 1-D photonic crystal slabs

We present a detailed study of out-of-plane scattering losses in a 1D approximation of 2D photonic crystal slabs. In 2D photonic crystals with a waveguide structure in the third dimension, the periodic structure (in a lot of applications a 2D arrangement of holes etched through the core and cladding) will cause light to scatter out of the waveguide plane. We studied the out-of-plane scattering losses of these holes using a 2D approximation of this 3D structure, with etched slots instead of holes. Our simulation techniques included mode expansion with PML and FDTD. We will present the influence of the refractive index contrast between core and cladding of the layered structure. We show that the losses increase with higher index contrast between core and cladding, but that with very high index contrasts and under the right circumstances light can be coupled into lossless Bloch modes.     

Low group velocity in a photonic crystal coupled-cavity waveguide

A two-dimensional photonic crystal coupled-cavity waveguide is designed and optimized, the transmission spectrum is calculated by using the finite-difference time-domain method, and the group velocity of c/1856 is obtained. To our knowledge, this value of group velocity is the lowest group velocity in a photonic crystal waveguide calculated from its transmission spectrum so far. The result is confirmed by the photonic band structure calculated by using the plane wave expansion method, and it is found that the photonic crystal waveguide modes in a photonic band structure are in accordance with those in the transmission spectrum by using the finite-difference time-domain method. The mechanism of slow light in the coupled-cavity waveguide of photonic crystal is analysed.