光子晶体的能带理论

光子晶体具有光子能带,并且光子能带可能存在光子禁带。我们通过运用光子晶体的能带和禁带理论.就能够控制光在晶体中的传播。光子晶体对光子有着特殊的物理性质,它在光传输和光学器件有着广泛的用途。本文主要概述了光子晶体的概念、能带理论、性质,及光子晶体和半导体的区别和联系。     

平面波展开法计算一维光子晶体能带

通过计算光子晶体的特性,寻找符合要求的的光子晶体微结构是制作光子晶体的必要环节。本文利用平面波展开法研究了无限周期一维光子晶体的能带结构。通过一维光子晶体在不同角度传播时的能带结构可以看出,TE模和TM模能带结构随着传播角度的变化趋势却并不相同：在00到450范围内,TE模的第一带隙宽度变化不大主要是位置有些移动;而TM模的除了第一带隙的位置移动外第一带隙的宽度也明显在逐渐减小,尤其在450时第一带隙完全消失,这样在450附近一维光子晶体就会出现明显的偏振现象。这与用特征传输矩阵法所得到的结论是一致的。     

光子晶体中光子的波动方程与光子能带

在矢量波的理论框架上,从麦克斯韦方程组出发推导了光子晶体中光子的波动方程,发现其在形式上与自然晶体中电子的薛定谔方程十分相似.因此,光子晶体中光子的运动将类似于周期性势场中电子的运动,会产生类似的电磁波或光波的"能带"结构,也可以借用固体能带理论的基本方法来研究光子晶体的带隙.     

吸收对对称性一维三元光子晶体能带的影响

利用复折射率及传输矩阵理论,研究了光子晶体的吸收对对称性一维三元光子晶体能带及透射峰的影响,研究表明:在反射波中,禁带的反射率随消光系数的增加而迅速降低,当k增加到0.005时,禁带边缘模糊,不存在明显的禁带;在透射波中,随着消光系数的增大,禁带边缘逐渐模糊,当k增加为0.003时,透射率降为0.35;光子晶体的消光系数对禁带内透射峰的透射率有着明显的影响,当k为0.001时,透射率下降到0.15,随着消光系数的增加,透射峰的半峰全宽随之增加,但对透射峰的中心波长没有影响.     

一种新型二维像素型光子晶体的能带结构

运用快速平面波展开法计算了一种新型二维正方结构像素型光子晶体的能带结构,通过参数优化,在低频区,该光子晶体具有最大绝对禁带宽度Δω为0 0522ωe,(ωe=2πc/a,a为晶格常数,c为光速),中心频率ωmid为0 7184ωe,Δω/ωmid=7 266%.     

热膨胀对固体能带结构的影响

以体心立方结构为例, 利用紧束缚理论, 讨论了热膨胀对固体能带结构的影响, 具体计算了体心立方晶格的1S能带和2S 能带. 结果表明: 随着温度的上升, 热膨胀将使固体的晶格常数发生变化, 使得1S 和2S 的能带中心和能带动边缘产生移动, 从而对各能带的宽度和两带之间的禁带宽度都产生影响. 所得结论能较好地说明锂金属的部分实验结果.     

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。     

二维周期复合介质构成的光子晶体能带结构

用平面波展开法计算复合介质构成的二维光子晶体的能带,计算结果表明当光的波长比介质的非均匀性尺度小很多时,出现较明显的带隙, 在低频段即长波段该种复合介质的光子晶体可以用一等效的单层介电晶体代替.     

二维光子晶体不可约布里渊区及其能带结构的研究

在固体物理中,通常认为对于给定的晶格来说,晶体的不可约布里渊区（IBZ）是给定的,是不变化的.实际上,对于由同样的晶格构成的不同的晶体（晶体=晶格＋基元）而言,由于基元的对称性以及取向和配置等原因,使得晶体的对称性不同于晶格,此时,晶体的IBZ要发生变化.本文通过一个二维光子晶体的具体事例说明,随着基元取向的改变,IBZ也在随着变化.当晶体的对称性低于其晶格的对称性时,晶体的IBZ扩大为整个第一布里渊区.     

AgBr晶体的能带结构

计算了ＡｇＢｒ晶体的能带结构，得出了带隙和价带宽度，表明ＡｇＢｒ晶体为非直接带隙物质。     

光子晶体的发展和应用

20世纪80年代末出现的光子晶体是一种具有光子带隙的新材料,它独特的性质使得光子晶体具有广泛的应用前景.该文介绍了三维光子晶体的制备技术,并综述了光子晶体的一些物理特性及在光学、微波方面的应用.     

掺杂一维光子晶体透射谱研究

用传输矩阵法计算模拟掺杂（含缺陷）一维光子晶体模型（ABCnAB）m的透射谱,当n=1,（ABCAB）。的透射谱出现了有规律的共振透射带,具有宽带滤波的特性,当m=10时,（ABCAB）10随缺陷层C的折射率以的变化,禁带中心频率处（1．0ω／ω0）出现了一个带宽由大变小变化的透射带,且每个透射带又分裂为恒定透射率的多个透射峰;当m=10,n为奇数时,模型（ABCnAB）10的透射谱出现奇数个透射带,n为偶数时,出现偶数个透射带,且每个透射带均分裂为9个透射峰。这些特性可用于设计可调性多通道滤波器等。     

光子晶体光纤的制备和应用进展

阐述了光子晶体光纤的制备、特性和应用进展;总结了现阶段的研究工作并展望了我国在光子晶体光纤领域的研究．     

一种新型双层PBG结构带阻滤波器

本文介绍了一种双层结构的基于衬底打孔的PBG结构带阻滤波器,采用了周期结构与微带电路分离的设计,解决了传统的打孔结构的导带加工问题,并且有利于电路的加工和修改.最后给出了利用HFSS理论仿真和实际测量的结果,论证了这种结构的可行性     

光子带隙结构时域仿真

为了研究光子晶体的能带，利用时域有限差分方法对矩形几何结构的光子晶体进行数值仿真．通过分析光子晶体中电磁场的空间分布和随时间的变化，得到了本征模空间分布与光子能带分布之间的规律．然后通过比较不同波矢和不同能带本征模的空间分布，准确地确定了光子晶体的能带．仿真结果有效地验证了本征模理论，为光子晶体新结构设计提供了重要依据．     

一种新型双层PBG结构带阻滤波器

本文介绍了一种双层结构的基于村底打孔的PBG结构带阻滤波器，采用了周期结构与微带电路分离的设计。解决了传统的打孔结构的导带加工问题，并且有利于电路的加工和修改。最后给出了利用HFSS理论仿真和实际测量的结果，论证了这种结构的可行性     

一维光子晶体带隙结构研究

光子晶体材料的介电常数在空间中呈周期分布，这种材料存在光子带隙，引入缺陷对光有局域效应，为更好地控制光和利用光提供了新的方法。文章利用传输矩阵法计算了一维光子晶体不同结构的带隙特征，计算表明光子带隙的宽度受到材料介电常数及介质层厚度的影响。随材料介电常数及介质层厚度的增加，光子带隙宽度存在一个极大值，对于确定材料构成的光子晶体，两介质等厚时带隙最宽。     

椭圆散射元构建的二维光子晶体禁带特性

基于对光子晶体禁带的研究,设计了一个椭圆形散射元。利用平面波展开法,采用二维六边形晶格结构,对这一椭圆散射元光子晶体的禁带特性进行模拟计算。分别计算了TE模式和TM模式两种电磁场下的光子晶体的禁带宽度,对相对禁带关于散射元结构参数变化的关系做了分析,依据相对禁带宽度,找到相对禁带最大的模型。