二维硅基蜂窝状空气环型光子晶体禁带特性研究

构建了二维硅基蜂窝状空气环型光子晶体.采用平面波展开方法,得到了硅基蜂窝状空气环型光子晶体的能带结构,分析了空气孔半径及介质柱半径对完全禁带宽度的影响,发现硅基空气环型光子晶体结构的完全禁带宽度值很小,无法优于传统硅基空气孔型光子晶体结构.为了有效增大硅基蜂窝状空气环型光子晶体的完全禁带,本文将内芯介质柱替换为高折射率或各向异性的材料.当引入高折射率的介质柱材料时,空气环型光子晶体完全禁带宽度明显增大,最大可达15.59%;进一步引入各向异性材料Te作为介质柱材料,蜂窝状空气环型光子晶体明显优于传统蜂窝状空气孔型光子晶体,最大完全禁带宽度值达到16.889%.     

位置敏感日盲深紫外光电探测器

超宽禁带半导体β-Ga₂O₃的带隙约为4.9 eV,是理想的日盲深紫外光电探测材料.最近,研究者利用β-Ga₂O₃薄膜,成功研制了四象限结构位置敏感日盲深紫外光电探测器.该研究为Ga₂O₃在深紫外光、X射线定位或成像等领域的实际应用提供了思路.     

一维ZnO/MgF2光子晶体带隙的仿真研究

利用光学传输矩阵理论对一维ZnO/MgF₂光子晶体的光子带隙进行了研究。文中给出了一个由ZnO和MgF₂组成的一维光子晶体模型,并在此基础上详细讨论了光子晶体的周期数,对光子带隙的形状及震荡频率的影响,以及薄膜的厚度对光子带隙的带隙宽度、中心波长等的影响。讨论了在保持光子带隙的中心波长不变的情况下,通过改变两种薄膜的厚度使得带隙宽度达到最大值的条件,并且从物理机制上给出了相应的解释。当两种薄膜的折射率和厚度的乘积相等时,所获得的光子带隙最大,当这个乘积等于93 nm时,所获得的光子带隙的中心波长在385.05 nm处,带隙宽度为138.7 nm。     

不同形状介质柱体结构二维三角晶格光子晶体的完全带隙

利用时域有限差分方法,理论研究了二维三角晶格光子晶体的完全带隙.通过计算由各种形状锗柱排列在空气中组成的三角晶格光子晶体的能带结构,发现对于空心三角形锗柱排列在空气中组成的晶体结构,存在一个宽度为0.098(2πc/a)的完全禁带,该宽度达到了禁带中心频率的19.8%.并且系统讨论了不同结构参数对于完全禁带宽度的影响.     

正方空气柱结构二维三角晶格光子晶体及其禁带特征

基于平面波展开法比较研究了空气圆柱三角晶格光子晶体和正方介质柱三角晶格光子晶体的禁带特征,提出了正方空气柱三角晶格光子晶体结构,并分析了相对介电常数对其禁带宽度的影响.结果表明:空气圆柱三角晶格光子晶体要比由同种介质材料构成的正方介质柱三角晶格光子晶体的完全禁带要大得多;对于正方空气柱三角晶格光子晶体,当相对介电常数εr>12.0时将出现双禁带,且当εr=19.0时两条禁带均达到最大值.     

一维三元光子晶体的偏振特性

利用特征矩阵法讨论了一维三元光子晶体的偏振特性。结果表明,在一级禁带内,光子晶体对S偏振光形成了全方位光子带隙;对P偏振光,禁带宽度随入射角的增大而减小,且只在禁带短波区域形成全方位光子带隙,而在禁带长波区域,随着入射角的变化将出现透射峰,存在明显的"广义布儒斯特角",各波长对应的"广义布儒斯特角"随波长增大而减小,透射峰半角宽度增大,透射峰个数逐渐增加。     

典型稀土元素修饰的二氧化钛光催化性能研究进展

TiO₂的禁带宽度较宽,其带隙值一般为3.0～3.2 eV,将其光激发区域限制在紫外光区域,大范围的可见光甚至近红外光区的光子都没有被利用起来.此外,TiO₂较高的电子—空穴对重组率也导致了其具有活性的光生载流子寿命降低,限制了TiO₂作为光催化剂的效率.为了使这些问题得到妥善解决,可采用稀土元素(镧系元素)改善TiO₂表面形貌、晶体类型、光学特性和光催化性能.综述了近年来被用作TiO₂修饰改性的热门镧系元素的研究,重点阐述了镧系元素如何修饰改性TiO₂,使其性能提升远超过纯TiO₂,并介绍了镧系元素-TiO₂在光催化和电子电器方面的应用.稀土元素的修饰可通过减小带隙,将TiO₂工作波长从紫外光区移到可见光区域,抑制锐钛矿相到金红石相的转变,以及减弱光生电子对的重组效率等方式提高TiO₂的光催化效率.     

二维方柱光子晶体的波导特性

具有缺陷的光子晶体,光子频率带隙内将出现局域模,而线缺陷相应地形成一个传输效率很高的光波导.计算了空气中Al材料的旋转四边形直柱光子晶体存在线缺陷时的带结构和态密度,给出了二维方形光子晶体的波导的TM模的电场分布,并讨论了波导耦合的传输效率.     

三角形结构复合二维光子晶体的透射谱

选择3种不同介质柱半径的光子晶体构造复合二维光子晶体,采用时域有限差分方法（FDTD）,计算3种二维光子晶体和复合二维光子晶体的透射谱．结果表明：复合二维光子晶体的禁带宽度近似等于3种光子晶体带隙的叠加结果,结果还表明,随着介质柱半径的增大,光子晶体的带隙向长波方向移动．     

基于一维光子晶体的可见光波段大角度反射器研究

采用LiF和Ge两种材料设计了一种禁带范围覆盖全可见光波段,结构为[A1/B1]m[A2/B2]n的复合结构一维光子晶体反射器,并采用平面波展开法和传输矩阵法对其禁带特性进行数值分析。研究发现:随周期数m,n的增大,禁带范围增宽,当m=n≥9时,禁带宽度基本不再变化。对[A1/B1]9,[A2/B2]9和[A1/B1]9[A2/B2]9三种光子晶体结构能带特性进行研究发现,随光线入射角度的增大,禁带向短波区移动,且禁带上端移动幅度始终大于下限移动幅度。光线在0°~60°范围内入射时可实现近紫外至近红外波段(315~830nm)的高效率反射,反射率达99%;光线在0°~85°范围内入射时均可实现全可见光波段(392~751nm)的高效率反射。研究结果可为实现可见光波段大角度反射器的制备及应用提供理论支持。     

二维正方形介质柱Square格子光子晶体的能带研究

利用平面波展开法计算了两种不同介质材料(GaAs,Ge)构建的二维正方形介质柱Square格子光子晶体的能带结构,研究了介质柱旋转角度、填充比及介质折射率对二维光子晶体禁带结构的影响。结果发现,介质柱旋转角度为0°时,完全光子禁带最大;由不同折射率材料构建的该结构光子晶体,在折射率n=2.57时,即有完全光子禁带产生,为实现用较低折射率材料构建完全禁带光子晶体提供了便利;n=4.10时,完全光子禁带达到最大,禁带宽度Δ=0.048(ωa/2πc)。该研究结果为二维光子晶体应用提供了理论依据。     

三角形复合型二维光子晶体带隙分析

选用时域有限分方法(FDTD)分析光子晶体带隙结构.选择两种不同晶格常数的光子晶体构成复合型二维光子晶体.计算结果表明,这种复合型二维光子晶体的禁带宽度明显大于组合光子晶体禁带宽度,并通过改变复合光子晶体的介电常数实现其禁带向高频区或低频区移动.     

分析TE模式入射角对光子晶体禁带特性的影响

利用光学传输矩阵方法,分析了TE模式光波的入射角度分别与禁带宽度、光子带隙起始波长的关系,通过优化计算得到了一系列特殊带隙结构的光子晶体,揭示了光子晶体的带隙变化规律,对不同禁带范围的要求选取恰当参数来制备所需要的光子晶体提供了理论依据。     

一维四组元周期性结构光子晶体带隙特性分析

随着密集波分复用(DWDM)技术的发展,对多波长滤波器提出了更高的要求。为了给基于一维光子晶体的多波长滤波器提供支撑技术,本文先对一维四组元周期性结构光子晶体的传输矩阵进行简要的推导。接着,从该光子晶体的结构出发,基于传输矩阵法绘制了一维四组元周期性结构光子晶体的归一化透射率曲线,并与普通的一维两组元周期性结构光子晶体的归一化透射率曲线进行对比研究,分析了一维四组元周期性结构光子晶体在一个禁带周期内光子禁带数增加的原因。进而,从一维光子晶体的光子带隙机理出发,深入研究了不同折射率比、不同周期数对一维四组元周期性结构光子晶体带隙的影响。研究表明,一维四组元周期性结构光子晶体的禁带宽度由四层材料各相邻层的折射率差共同确定,具体宽度表现为各禁带的均值,但带隙特性更加完美。     

一维掺杂光子晶体的带隙结构及特征的研究

基于传输矩阵法,数值模研究了光子晶体带隙特征与光子晶体结构参量的关系。研究表明:一维光子晶体的带隙是由光子晶体结构决定的,单个基本周期结构的光子晶体不具有带隙结构,随着周期数的增加,光子带隙结构逐渐形成,禁带中心无导带;当掺杂时,禁带中心位置出现一个极窄的导带,并且导带深度随着杂质层折射率的增大而逐渐变浅,一维光子晶体的这种特性可应用于滤波器件和光学谐振腔的设计。     

二维内嵌结构式光子晶体带隙特性研究

针对正方晶格光子晶体因带隙特性较差而使其应用受到一定限制的问题, 设计一种新型内嵌结构式二维光子晶体, 即在普通正方晶格光子晶体内部嵌入同类晶格的光子晶体。同时对介质柱型和空气孔型光子晶体分别进行了仿真实验。结果表明, 采用内嵌结构式光子晶体后, 无论是介质柱型还是空气孔型光子晶体, 都较普通正方晶格光子晶体的带隙条数增加2～10条, 带隙率也均有了显著提升。该方法是进一步寻求完全禁带正方晶格光子晶体结构的有效方法。     

介质折射率对一维光子晶体禁带的影响

利用传输矩阵法推导一维二元周期性光子晶体的色散关系,并进一步推导出禁带宽度与介质折射率之间的数值关系.在设定入射角后,用matlab软件模拟并计算出禁带宽度与介质折射率之间的图象关系.光子晶体的禁带宽度随折射率比值n1/n2在0~1之间迅速衰减,但在大于1的范围间缓慢增大.为了光子晶体禁带宽度的可控调制,可以通过限制入射角后调整两种介质的折射率来实现.为获得最大禁带宽度只能在技术可操作性的条件下尽可能增大n1/n2的值.     

一维三元光子晶体的吸收特性

利用特征矩阵描述了光波在三元光子晶体中的传播,得出了光子晶体的能带特性,即：反射波和透射波中均出现光子禁带。在光子晶体材料介质中考虑吸收,分析了吸收对光子晶体能带的影响,发现随着吸收系数的增大,禁带反射率逐渐减小,一级禁带向二级禁带的过渡变得平缓;同时,禁带透射率迅速降低,禁带宽度逐渐增大,边缘变得模糊直到消失,且吸收系数对透射率的影响较反射率的影响要大。     

纳米碳光子晶体的研究进展

本文介绍了纳米碳一维(1D)光子晶体、二维(2D)光子晶体和三维(3D)光子晶体在理论和实验方面国内外的研究进展。重点评述了主要由C60和石墨构成的三类光子晶体的结构特点及带隙性质,并提出C60及其衍生物可能成为未来可见光、紫外线波段光子晶体的候选材料。     

二维旋转复式晶格光子晶体绝对带隙的研究

设计一种二维旋转复式晶格光子晶体,利用平面波展开方法计算其带隙结构.结果表明,通过优化参量,该结构具有较大的绝对光子禁带,带隙宽度为0.08538(ωa/2πc),禁带宽度与中心频率比值达到17.91%.相对于其它光子晶体结构,该结构更容易产生绝对带隙.