椭圆柱二维光子晶体带隙特性的数值模拟

本文应用平面波展开法数值模拟了椭圆柱二维光子晶体TM模带隙特性,数值模拟椭圆长短半轴对带隙特性的影响,结果得到:当椭圆长短半轴趋于相等时形成带隙宽度逐渐增加。数值模拟四种材料即SiC、GaAs、Ge和ZnO构成椭圆柱正方晶格二维光子晶体时,TM模带隙特性和第一带隙变化情况,结果得到介电常数高的材料形成较宽带隙,随着介电常数的增加,第一带隙上下边界的归一化频率逐渐降低,但是,第一带隙带隙宽度逐渐增加。     

蜂巢晶格光子晶体带隙特性研究

为了得到蜂巢晶格光子晶体带隙特性,本文基于电磁传播规律的时域有限差分法,数值模拟得到不同半导体材料构成蜂巢晶格二维光子晶体对应的第一带隙宽度,结果显示随着介电常数的增加,模拟得到第一带隙上下边界频率向低频方向移动,带隙宽度逐渐增加,对于高介电常数的PbS、PbSe和PbTe构成蜂巢晶格二维光子晶体情况反之。研究结论为不同材料构成光子晶体材料的特性提供依据。     

十重准晶光子晶体结构带隙特性的研究

利用平面波展开法对十重准周期光子晶体（QPC）的带隙特性进行了研究。讨论了十重QPC的第一带隙宽度随介电常数对比度、介质柱填充因子的变化规律,发现带隙宽度和介电常数存在线性关系,并且存在最佳的填充因子。通过比较TE和TM模式的带隙,发现TM偏振模式下的带隙更宽。并比较了十重QPC与八重QPC的带隙特性,发现十重准晶光子晶体更容易产生带隙。     

太赫兹波在光子晶体中的传输特性

为了研究太赫兹波在2维正方晶格光子晶体中的传播特性,利用平面波展开法数值模拟了光子晶体能带结构和态密度分布。计算表明,E偏振当填充率f=0.6362和H偏振当填充率f=0.7845时出现最大光子带隙,在f=0.7791出现最大完全光子带隙;增加介电常数的差值,也增加了太赫兹波在正方晶格光子晶体中传输的带隙;光子晶体态密度的分布验证了存在光子带隙的范围。研究结果为太赫兹波器件的开发提供了理论依据。     

Ⅳ-Ⅵ族半导体材料构成光子晶体能态密度特性

应用平面波展开法,取Ⅳ-Ⅵ族的PbS、PbSe和PbTe半导体材料构成二维三角晶格光子晶体.数值模拟其构成光子晶体能态密度特性.结果表明,随着介电常数的增大,形成的光子带隙宽度增加.结论为光子晶体器件的开发提供参考.     

太赫兹波在二维光子晶体中的传播特性

为了得到太赫兹波在二维三角晶格光子晶体中的传播特性,利用平面波展开法数值模拟了三角晶格能带结构和态密度分布,得出E偏振当填充率f=0.9069和H偏振f=0.7346时出现最大光子带隙,在f=0.8358出现最大完全光子带隙.计算表明,增加介电常数的差值,太赫兹波在三角晶格光子晶体中传播的带隙增加了,光子晶体态密度的分布验证了存在光子带隙的范围.研究结果为太赫兹波器件的开发提供了理论依据.     

材料特性对金刚石结构三维光子晶体带隙特性的影响

应用平面波展开法研究了ZnO、ALAs、CaP和HgTe四种材料构成金刚石三维光子晶体形成的带隙结构,结果发现随着四种材料的折射率和介电常数增加,带隙宽度也逐渐增加,高介电常数的材料容易形成较宽的光子晶体带隙,研究结果为金刚石结构三维光子晶体的制备提供参考.     

不同单元结构光子晶体的带隙分析

用时域有限差分法数值模拟了电磁波在二维光子晶体的传播,计算结果表明:填充率存在一个最佳值,使光子晶体带隙宽度最大,而带隙中心频率随填充率的增大而向低频移动;介质柱的横截面的形状是影响带隙的一个因素:填充率相同,横截面的形状不同,其带隙位置、宽度不同.     

Ⅲ-Ⅴ族半导体材料组成光子晶体能态密度特性

应用平面波展开法研究Ⅲ-Ⅴ族半导体材料组成光子晶体能态密度特性,得到填充率f随品格半径a之间的变化对应的能态密度分布,当f=0．2a时归一化频率存在最大光子带隙。通过比较化合物半导体材料为AIP、AJAs、AISb和GaP构成二维方形光子晶体得出GaP有较宽的光子禁带,随着填充率的增加光子晶体带隙增加。研究结果为光子晶体器件的研究提供理论依据。     

二氧化硅介质柱构成的8重准晶结构光子晶体的传输特性

采用时域有限差分法讨论了由二氧化硅介质柱构成的8重准晶结构光子晶体的带隙特性。数值模拟结果表明,该结构的光子晶体对TM模存在较宽的光子带隙,而对TE模不存在光子带隙;光子带隙的中心频率随着填充因子的增大向低频方向移动;相对带隙宽度随着填充因子的增大呈现先增大后减小的趋势,并在填充因子r/a为0.29时存在最大值,该带隙可以覆盖1.55μm附近44nm的宽度或1.31μm附近37nm的宽度,足以用于设计和制作准晶结构的光子晶体光纤等光通信器件;光子带隙的位置和宽度均与入射光的方向无关,带隙的这种各向同性使基于该结构的新型器件的制作有更大的设计自由度。     

大带隙2维正方晶格光子晶体的优化设计

为了研究2维正方晶格光子晶体的完全带隙特性,采用平面波展开方法模拟了两种结构2维光子晶体,在固定光子晶体周期常数a的前提下,研究了2维正方晶格光子晶体的完全禁带随柱半径和折射率的变化规律。结果表明,以空气为背景的锗介质柱组成的光子晶体,随着半径的增大,完全带隙宽度先增大后减小最后消失,填充比为38.3%时,同时增大介质柱的介电常数,在介质柱折射率为4.2处,完全带隙最大,带宽是0.02754(ωa/(2πc));以锗为背景的空气柱组成的光子晶体,光子禁带对应的无量纲频率随半径的增大而增大,填充比为48.3%时,同时增大背景介质的介电常数,出现多个完全带隙,在背景折射率为6.2处,完全禁带最大,带宽为0.02922(ωa/(2πc))。光子晶体带隙的频谱响应也表明了完全带隙的范围。这为大带隙2维正方晶格光子晶体的设计和制备提供了依据。     

线缺陷对二维四方圆柱形介质光子晶体禁带的影响

利用平面波展开方法研究了二维四方格子圆柱形介质光子晶体中线缺陷对光子禁带的影响.结果表明光子晶体中的缺陷层圆柱半径及缺陷层厚度对光子晶体禁带有显著影响.TE波的第一禁带宽度随着缺陷层半径的增加先增加后减小,禁带的中心位置随着缺陷层圆柱半径的增加而下降,禁带的数目也随着缺陷层圆柱半径的增加而明显变化.禁带的宽度随着缺陷层厚度与正常层厚度差别的增加而减小.     

二维光子晶体透射特性的FDTD数值研究

把时域有限差分方法(FDTD)用于二维光子晶体透射特性研究,计算后得到多种情况下二维光子晶体的透射系数与入射光频率的关系曲线,结果表明,禁带的宽度和位置与组成二维光子晶体的晶格结构和介电常数等因素有关,介质柱半径变大则禁带变宽且禁带的中心频率变大,介质柱的介电常数与本底材料的介电常数相差越显著越有利于形成禁带,降低结构的对称性,禁带宽度增大.     

2维组合宽带隙光子晶体的研究

为了研究由两种不同的介质柱组合成的2维光子晶体的传输特性,对包层介质柱/基质光子晶体与空气柱/基质光子晶体组合的三角晶格光子晶体进行研究,采用时域有限差分法,对其进行模拟计算,得到多种情况下光子晶体的透射系数与入射光频率的关系曲线.结果表明,在这种组合结构的光子晶体中,可以得到从低频到高频的组合宽带隙,从而达到在更宽范围内控制电磁波传播的目的;包层介质柱外半径的变化对带隙的宽度影响较大;包层介质柱的内半径的大小、内柱和中间夹层的介电常数对带隙宽度没有影响,但是对带隙内的缺陷模有明显的影响.由此可以根据实际需要,通过调节此种光子晶体的结构参量制作极窄带通的滤波器和光开关等.     

结构参数对空心PCF带隙特性的影响

利用全矢量平面波法分析三角晶格结构空心光子晶体光纤（PCF）的结构参数包层空气孔直径d、包层空气孔间距以、包层的空气填充率F以及介电常数对光子带隙的影响。通过模拟计算发现,随着d、F、介电常数的增大以及A的减小,带隙宽度也随之增大。说明了采用何种参数配置能实现宽带隙的PCF,并模拟出在这些结构参数下的带隙分布图。     

二维正方柱结构光子晶体禁带的研究

利用平面波展开法通过计算机模拟仿真对二维正方排列介质方柱和空气方柱结构以及三角排列介质方柱和空气方柱结构进行了禁带研究。研究发现：这四种二维光子晶体结构都存在完全禁带。介质方柱结构具有较大的TM禁带,而空气方柱结构具有较大的TE禁带。当介质方柱宽度增大时,禁带中心频率均向低频移动,而当空气方柱宽度增加时,禁带中心频率均向高频移动。当增大材料折射率时,禁带中心频率均向低频移动。对于空气方柱结构,应该选取高折射率材料,以提高完全禁带的带隙率。     

2维复式正方晶格结构的完全带隙研究

为了获得较大的完全带隙,采用平面波展开法对2维光子晶体的带隙结构进行计算,通过栅格结构连接方形硅介质柱对正方晶格的带隙结构进行优化。在适当调整介质柱宽度和栅格宽度后,所构成的复式结构获得了较大的完全带隙。结果表明,在正方晶格结构的情况下,只有方形硅介质柱且其宽度为0.5a(a为晶格常数)时,仅存在TE模的带隙;只有同周期硅介质栅格结构且栅格宽度为0.22a时,仅存在TM模的带隙;复式结构的情况下,适当调整介质柱宽度w和栅格宽度d,在w=0.5a和d=0.05a时,可以获得较大的完全带隙,其宽度为0.0417ωe(ωe为中心频率);在w不变时,随着d的变化,在0.04a～0.11a出现完全带隙;在d不变时,随着w的变化,在0.42a～0.76a出现完全带隙;在4～36的范围内调整介电常数,在8.41～36之间能够出现不同宽度的完全带隙。这些结果对2维光子晶体的制作和应用是很有帮助的。