介质光学厚度对光子晶体透射谱特性的调制

利用传输矩阵法理论,研究介质光学厚度对一维光子晶体(AB)5(BA)5透射谱特性的影响,结果表明:只要A、B介质光学厚度满足DA=DB,随着介质光学厚度的增大,光子晶体透射峰的透射率、频率位置和带宽均保持不变;当A、B介质的光学厚度不相等即DA≠DB时,随着DA或DB,或DA、DB的增大,禁带中透射峰的透射率不变但带宽变宽,且当DADB时透射峰向高频方向移动,反之则向低频方向移动。介质光学厚度对光子晶体透射谱的调制规律,可为光子晶体模型的构建、窄带光学滤波器和光学开关的设计等提供有益参考。     

四元异质结构光子晶体的双通道光学滤波特性

为了设计高品质的光学滤波器,采用传输矩阵法研究四元异质结构光子晶体（ABC）7D（CBA）7的双通道光学滤波特性。结果表明,随着A（或C）介质薄膜光学厚度D_A（或D_C）的增大,滤波器短波通道的滤波品质因子降低,长波通道的滤波品质因子升高;随着B介质薄膜光学厚度D_B增大,滤波器短波通道和长波通道的滤波品质因子均下降;随着D介质薄膜光学厚度D_D增大,滤波器短波通道的滤波品质因子升高,而长波通道的滤波品质因子降低;随着各薄膜介质层光学厚度增大,滤波器双通道均向长波方向红移,但各滤波通道的光透射率均保持100%不变。该研究结果可为光子晶体设计新型光学滤波器件、光学开关等提供参考。     

左右手材料光子晶体能带结构及表面波色散关系

根据平面波展开的传输矩阵理论及布洛赫定理,通过参数匹配的方式,研究零平均折射率及表面含覆盖介质层条件下左右手材料光子晶体的能带结构和表面波的色散关系,结果表明:零平均折射率条件下,左右手材料光子晶体不同于正折射率材料光子晶体,能带结构中出现半封闭状禁带、封闭状禁带和通带,且通带中的分立能级沿着低频方向呈现振荡衰减和多重简并趋势,能带结构沿着波矢绝对值增大方向趋于简并至消逝。添加表面覆盖介质层的左右手材料光子晶体支持正反表面波和反向表面波的传播,部分半封闭状或封闭状禁带边缘出现简并能级分裂,形成禁带中斜率有正有负的分立色散曲线。表面覆盖介质层厚度可调制色散曲线的频率位置和数目,随覆盖介质层厚度增大,分立色散曲线向波矢减小方向移动,且高频区域半封闭状禁带中的色散曲线在覆盖介质层厚度达到一定数值时还出现耦合分裂现象,但覆盖介质层厚度变化对能级的多重简并和通带与禁带的简并态不产生影响。左右手材料光子晶体的能带结构特点和表面波色散特性,可为新型光波导器件的研究和设计等提供指导。     

对称结构光子晶体的表面光学Tamm态

利用传输矩阵理论和等效原理,从能级的角度研究对称结构光子晶体表面光学Tamm态,结果表明:当光子晶体的排列周期无限大时,入射介质与光子晶体间不满足阻抗匹配条件,从而不出现表面光学Tamm态;当光子晶体被截断成有限周期时,其表面可支持表面光学Tamm态的存在,且轴向传播时通带中出现TM和TE偏振的能级简并现象,离轴传播时从通带边缘分离出来的非简并能级被局域于光子晶体表面而形成了表面光学Tamm态;当光子晶体截断参数与最外层高折射率介质匹配时,容易形成束缚性较强的表面光学Tamm态,与最外层低折射率介质匹配时,则难以实现表面光学Tamm态;通过ATR全反射技术对光子晶体表面态进行激发可观察到被激发的耦合共振吸收现象。对称结构光子晶体表面光学Tamm态的特性可为光子晶体光波导和表面波传感器的研究和设计提供指导。     

结构周期数对光量子阱透射品质的影响研究

用传输矩阵法理论研究结构周期数对单势垒和双重势垒一维光量子阱透射品质的影响。结果表明:随着阱层周期数的增加,单势垒和双重势垒光量子阱的透射峰均变窄,即品质因子提高,且双重势垒光量子阱透射品质因子提高的速度更快;随着垒层周期数的增加,单势垒、双重势垒光量子阱的透射峰迅速变精细,即透射品质因子迅速提高,且双重势垒光量子阱透射品质因子提高速度快;垒层周期数影响强度明显高于阱层周期数,当垒层周期数增大到一定数值后,双重势垒光量子阱的透射峰品质因子趋于无穷大,亦即光量子阱的各透射峰趋于某个频率点。这些特性可为光子晶体设计新型高品质的光学滤波器等量子光学器件提供指导。     

实现高效光滤波与放大功能的掺激活杂质光量子阱

通过传输矩阵法理论,研究激活杂质对双重势垒光量子阱滤波器特性的影响,结果表明:介质未掺激活杂质时,双重势垒光量子阱滤波器品质随垒层周期数的增大而提高,同时滤波通道的频率发生位移;内、外垒层或阱层介质分别掺激活杂质时,各共振隧穿模出现高倍光放大现象,且各共振隧穿模的频率位置恒定;随激活介质介电虚部大小的增大光量子阱滤波器品质迅速提高,特别是阱层介质掺杂时品质提高尤为明显,高达8.010104倍;利用双重势垒光量子阱的阱层或内、外垒层掺杂激活特性,可实现高品质光滤波、光信号放大功能,且为光量子阱的实际设计与应用提供积极指导。     

双负介质对一维光子晶体量子阱透射谱的影响

为设计高品质的光学滤波器和光学开关,用传输矩阵法研究双负介质对一维光子晶体量子阱（AB）m（CBAABC）n（BA）m透射谱的影响,结果表明:当C层为双正介质时,光量子阱透射谱中出现2n+1条窄透射峰,当C层为双负介质时,呈现简并现象,光量子阱透射峰中仅出现2n-1条窄透射峰;当C层双负介质折射率负值增大时,光量子阱透射谱向禁带中心两侧移动,同时透射峰的品质因子快速提高;当C层双负介质光学厚度负值减小时,光量子阱透射谱向禁带中心靠拢,同时透射峰的品质因子迅速提高;光量子阱透射品质因子对双负介质光学厚度的响应灵敏度高于对折射率负值的响应。双负介质对光量子阱透射谱特性的影响规律,可为光子晶体理论研究及新型量子光学器件设计提供参考。     

不对称级联结构光子晶体的透射特性

通过传输矩阵法理论,计算和研究不对称级联结构光子晶体的透射特性,结果表明:对于级联镜像对称结构光子晶体,透射谱的禁带中出现单条透射率为100%的透射峰,随着级联数目增大,单透射峰越来越精细并快速向长波方向移动,产生蓝移现象,但透射峰的透射率不变。对于不对称级联结构光子晶体,随着级联数目或级联周期不对称度增大,透射谱中单透射峰的透射率迅速下降,同时透射峰的位置随禁带缓慢向短波方向移动,产生红移现象;随着级联结构不对称度增大,透射谱中单透射峰的透射率缓慢下降,同时透射峰的位置快速向短波方向移动,产生红移现象。不对称级联结构光子晶体的透射特性,对光学滤波器、光学全反射镜和光学开关等器件的研究和设计有一定的指导价值。     

金属银对光子晶体光吸收的增强效应北大核心CSCD

构造含金属银缺陷的光子晶体模型(AB)m AGA(BA)m,利用传输矩阵法理论,通过计算机计算仿真的方式,研究了金属银缺陷对光子晶体光吸收特性的增强效应,发现当光子晶体中引入金属银缺陷后,光子晶体的光反射率和吸收率均得到增强。在400~1400 nm范围内,平均反射率增强到93.87%,平均吸收率增强到6.13%,且吸收率大小和位置可调。随着周期数m或B介质层厚度d B增大,光子晶体的光吸收率均得到增强,当m=5时吸收率高达98.72%,当d B=118.52 nm时吸收率高达99.59%,且吸收峰的位置随m增大向短波方向移动,但随d B增大向长波方向移动。随着光入射角度θ增大,光子晶体的光吸收率先增强到极大值后再逐渐减弱,且吸收峰的位置随入射角θ增大向短波方向移动。随着A介质层厚度d A增大,光子晶体的光吸收率减弱,当d A=73.22 nm时吸收率为98.72%,且吸收峰的位置随d A增大向长波方向移动。含金属银缺陷光子晶体的光吸收特性,可为新型光学吸收器、太阳能电池、滤波器和全反射器等材料研究和选择提供理论参考。     

对称结构光子晶体表面Tamm态的光学性质

利用传输矩阵理论和等效原理,从能级的角度研究对称结构光子晶体表面Tamm态的光学性质,结果表明:在有限排列周期结构光子晶体中,介质表面可支持表面Tamm态的存在,且轴向传播时通带中出现TM和TE偏振的能级简并现象,离轴传播时从通带边缘分离出来的非简并能级被局域于光子晶体表面而形成了光学Tamm态；表面Tamm态内存在很强的局域电场,而且局域电场在介质界面处分布最强；表面Tamm态内的能量输运,对于低折射率介质可正反两方向输运,且输运速度快,对于高折射率介质只能正向输运,且输运速度较慢,故在高折射率介质界面处形成很强的局域光场。对称结构光子晶体表面Tamm态光学性质可为光子晶体光波导和表面波传感器的研究和设计提供指导。