二维光子晶体线缺陷特性的FDTD分析

将时域有限差分方法(FDTD)用于二维光子晶体线缺陷特性研究.以二维光子晶体TE模作为研究对象,计算了近红外电磁波在光子晶体直线缺陷内的透射率分布及在具有拐弯的线缺陷光子晶体内拐角处透射率分布.结果表明,处于禁带内的电磁波能在线缺陷内传播,且在拐角处能耗较小.计算了处于带隙内的单频时谐波在几种线缺陷结构内的传播行为及电场分布,从电场值分布仍可得到单频时谐波在拐角处能耗小的结论.     

二维三角介质柱光子晶体能带特性分析

利用平面波展开法计算空气背景中由圆形、正六边形和正方形介质柱构造的二维三角格子光子晶体的带隙结构,并研究介质折射率、光子晶体直径与晶格常数的比值对光子带隙宽度的影响。通过理论计算表明,Si和Ge这两种材料制成的光子晶体中,只有方柱模型的光子晶体才能产生完全光子禁带。     

二维介质柱型graphite格子光子晶体禁带特性

采用平面波展开法模拟由GaAs、Si和Ge介质柱构造的graphite格子二维光子晶体的禁带结构.数值计算发现,无论由圆形、正六边形或正方形介质柱构造的graphite格子,出现完全光子禁带时对应的填充比f可变化范围都非常大.Graphite格子光子晶体在介质折射率最低为2.2时出现完全光子禁带.当介质材料折射率n在3.4~3.9范围变化时,最大禁带宽度Δ可保持在0.050[ωa/(2πc)]以上,最大完全禁带宽度与中心频率的比值稳定在15%.     

二维非线性光子晶体点缺陷的双稳态特性

采用时域有限差分技术分析了非线性光子晶体点缺陷的双稳态特性,选择一定频率失谐的连续波入射并观察透射现象.分析发现,当连续波功率增加到阈值点时透射率达到最大值.采用大功率脉冲辅助连续波的方式发现点缺陷的透射率一直处于高透射状态,直至连续波功率下降到很低时,透射率才迅速下降.双稳态特性由频率失谐δ、缺陷谐振频率ω0及非线性系数n2等3个参数决定.采用空间电磁场的摄动理论验证所得结果与数值模拟结果一致.     

SiO_2三维光子晶体薄膜的制备与光学特性

利用胶体晶体法沉积SiO2三维光子晶体,利用扫描电子显微镜（SEM）和分光光度计研究该晶体的结构特性和光谱特征,考察颗粒浓度、反应温度对光子禁带的影响.结果表明：随着SiO2颗粒浓度增大,反射强度随之增大,当浓度为1.92%时,反射强度最大,进一步增加浓度反射强度降低,同时光子禁带宽度变窄,禁带位置蓝移;随着温度增加,反射强度增加,禁带位置蓝移.     

一维双周期光子晶体的特性分析

借助传输矩阵法研究一维光子晶体的光传输特性。当一维光子晶体为双周期时,两光子晶体禁带的交叠处将会出现明显的共振透射峰。当一维双周期光子晶体的一种组成介质的介电常数为复数并且其虚部为正时,两透射峰都将出现吸收现象。如果该介电常数虚部为负,则两透射峰都将出现放大现象。     

方形光子晶体的实验研究

论述了制造了工作于微波区的二维光子晶体,采用高介电常数的石英玻璃圆柱镶嵌在秀低介电常数的基体中达到反衬度较高（３．７２－１．０４）／（３．７２＋１．０４）〉０．５,满足了存在绝对光子带隙的理论要求,并用扫频源及网络分析仪等组成可靠的测量系统,测量了光子晶体的透射谱,同时利用平面波法计算了方形光子晶体挑子带结构,指出在１１．８ＨＧｚ－１３．５ＧＨｚ之间存在光子带隙。这与实测结果的１１．７５ＧＨｚ－１     

光子晶体光纤的色散特性分析

从麦克斯韦方程组出发,利用有限元方法,分析光子晶体光纤的色散特性。在考虑纯石英材料自身色散的前提下,计算光子晶体光纤的模场分布,基模有效折射率和色散系数等参数。结果表明,调节空气孔直径d和包层空气孔间距∧的大小,改变空气孔填充介质的折射率n,可以有效地控制光子晶体光纤的色散,为光子晶体光纤的设计和制造提供了理论依据。     

FDTD方法对二维光子晶体的数值模拟

根据光子晶体的基本理论及其特征--光子带隙,采用时域有限差分的方法(简称FDTD法),并通过引入吸收边界条件和周期边界条件,对一种具有周期排列的氧化铝圆柱棒结构的二维光子晶体红外透过特性进行了模拟研究.入射波设为s偏振波,在入射角为0°和30° 2种情况下,分别计算了1-30 μm范围内该光子晶体的电场振幅、相位分布以及透射系数.数值模拟结果表明,该光子晶体在12-18 μm的红外波段上存在光子带隙,光子晶体的这个特性可以用来进一步研制红外光波导.     

二维全息光子晶体禁带展宽方法

讨论了二维复周期全息光子晶体禁带展宽的方法,二维复周期全息光子晶体可以使禁带成倍展宽.此外发现二维全息光子晶体中,除原来预期的禁带外,还出现了附加的禁带.当记录光波的入射角小于某个临界值,并且满足一定数值时,附加的禁带会使二维禁带进一步展宽;而当入射角超过临界值时,禁带会消失,这时禁带反而会变窄.这一现象对制作二维宽带隙光子晶体具有指导意义.     

Band structures analysis of one-dimensional photonic crystals using plane wave expansion

A theoretical analysis is made,using plane wave expansion,on how the width of the first three band gaps is influenced by filling ratio,dielectric constant ratio,and periodic width in one-dimensional photonic crystals(PhCs).From simulation and analysis,there are one,two,and three peak points on the first,second and third band gaps respectively with the changes of filling ratio under fixed dielectric constant ratio.When filling ratio is fixed,the bandwidth of the first band gap consistently increases with dielectric constant ratio.However,no similar trend is observed in the second and the third band gaps.Because of scaling properties,varying periodic width does not alter the relative bandwidth.     

厚度递减的光子晶体多通道群延迟的实现

为了改善传统一维光子晶体（PCs）变化单调的群延迟特性，提出一种改进的光子晶体结构.该结构利用了光子晶体反射带在叠加失配时产生的剧烈位相变化性质,以及位相变化和群延迟之间的关联性，在周期结构光子晶体两端添加适当厚度递减周期结构.研究了该光子晶体结构的反射带特性及其对应的群延迟分布，同时比较分析了该结构中高折射率材料与低折射率材料厚度递减时的群延迟特性.结果表明，相对于传统布拉格镜，该结构设计更为自由，而且可以获得多通道的群延迟，从而能够对多波段的光束进行较大且线性的色散分离，实现了更好的滤波效果，在光波分复用领域具备更大的优越性.     

基于共形FDFD的光子晶体带隙计算方法研究

针对光子晶体结构的介质曲面分界面采用了一种高效的共形处理,结合处理三角晶格的平移转换方法,得到了处理二维正方晶格和三角晶格光子晶体带隙计算的高效共形FDFD方法。针对所建FDFD方法的精度和收敛性做了进一步的分析。最后得到了正方晶格和三角晶格的能带图,并与PWM方法计算的结果进行比较;数值结果表明,所提方法的计算结果不仅与PWM方法结果吻合较好,而且计算时间大为降低。     

平板光子晶体的禁带特性分析

利用时域有限差分法研究了平板光子晶体的禁带特性。通过模拟仿真得出,随着棒结构和孔结构的平板光子晶体厚度的增加,其禁带宽度先增大后减小,存在最大值。对于棒结构的平板光子晶体来说,随着介质柱的半径的增大,禁带宽度逐渐减小。而对于孔结构的平板光子晶体来说,随着孔的半径的增大,禁带宽度逐渐增加。     

含负折射率材料的一维光子晶体的能带特性

进一步研究光子晶体的传输特性,从色散关系出发,通过数值模拟计算研究了由正折射率材料和负折射率材料交替组成的一维光子晶体的能带结构与光子晶体的结构参数之间的关系。结果表明：当两种材料的光学厚度相同时,含负折射率的光子晶体的带隙比传统的光子晶体带隙大得多,并且具有狭窄的透射带。讨论了带隙的存在与折射率比值的关系,与传统光子晶体的透射谱进行了比较。为应用负折射率材料拓宽一维光子晶体带隙和设计多通道光子晶体滤波器提供了有益的理论参考。     

一维太赫兹光滤波器的模拟与制作(英文)

模拟并制作了基于光子带隙结构的一维太赫兹光滤波器.通过人工叠加方式制作一维周期性结构,以聚乙烯或聚四氟乙烯作为高折射率材料,用钻有圆孔的合金片作为空气层,利用太赫兹时域光谱技术测量样品在0.1～0.9 THz波段的透射谱.根据理论模拟结果,利用聚乙烯设计制作中心波长为0.3 THz的带阻滤波器,结构周期为400μm,占空比为0.5.测量的3 dB带宽为0.08 THz,与模拟结果0.07 THz基本吻合.     

一种基于电磁(光子)晶体基底的新型贴片天线的研究

给出了一种基于电磁(光子)晶体基底的新型贴片天线.用时域有限差分法(FDTD)研究了该新型天线的表面波以及阻抗、辐射方向图、带宽和增益等;并将它们与普通贴片天线进行了比较.结果表明,光子晶体结构对表面波的抑制非常明显,从而改善了天线的性能,包括增加了天线的带宽,提高了向前辐射的增益,削弱了沿基底方向(90°侧面方向)的辐射等.