正负折射率材料组成的半无限一维光子晶体的反射率

计算了由正负折射率材料交替生长形成的半无限一维光子晶体的反射率,发现在带隙中,反射率等于1,在通带内,半无限结构的反射率是有限层结构迅速振荡的反射率平均的结果. 当该结构中正负折射率材料的光学厚度相互抵消时,会出现零平均折射率能隙.解析地证明了该结构零平均折射率附近的能隙几乎不随入射角度和偏振情况变化,而且跟晶格常数的标度无关. 关键词： 半无限光子晶体 反射率 负折射率     

含负折射率材料的一维光子晶体禁带特性

运用光学传输矩阵和色散关系理论,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禁带特性,发现了一种新型带隙—零平均折射率带隙。与传统的Bragg带隙相比,只要两种介质厚度的比例保持不变,这种零平均折射率带隙的边缘频率,与光子晶体的晶格常数无关,并利用一个等效的传输线模型得出了带隙边缘频率的数学表达式,解释了这个性质。     

零平均折射率带隙中离散模的实验研究

通过实验研究了零平均折射率带隙中离散模的传输特性.零平均折射率带隙存在于左手材料与右手材料交替形成的一维光晶体中.在实验中,左手材料与右手材料分别由左/右手复合传输线和右手复合传输线实现.实验结果表明,左手材料与右手材料的色散特性使离散模并没有按照理论上期待的"单点频"传输,而是彻底地覆盖了零平均折射率带隙.由于左手材料在本质上是色散的,因此该实验结论普遍适用于零平均折射率带隙中的离散模,即离散模的出现会使零平均折射率带隙消失.     

含左手材料异质结构光子晶体的零平均折射率带隙的展宽

运用光学传输矩阵理论,研究了含左手材料一维二元光子晶体的禁带特性.提出了含左手材料的光子晶体异质结构中零平均折射率带隙展宽的方法.根据此方法设计的异质结构的光子晶体形成的零平均折射率带隙,与一维光子晶体零平均折射率带隙相比,零平均折射率带隙的宽度和相对带隙宽度可以得到显著的拓宽.而且它的零平均折射率带隙的边缘与TM波和TE波相关.这种特性在微型谐振腔、天线基片、同轴波导等方面都具有潜在的应用.     

利用集总L-C元件构造的一维metamaterials特性的实验研究

在普通微带传输线中周期性地加载集总L C元件能够构造一维特异性材料(metamaterials)，它具有与众不同的特异性质.通过实验证实了波在这种结构中传播具有相速度与群速度方向相反的左手性通带，其折射率为负值，并发现平均折射率为零的能隙.这种结构具有结构紧凑，参数可调，制作简单的优点. 关键词： 负折射率 特异性材料 周期性结构 微带线     

正负折射率材料组成的一维光子晶体的能带及电场

计算了由正负折射率材料交替排列组成的一维光子晶体的能带及电场，发现其能带不同于由普通正折射率材料组成的光子晶体的能带.当选择合适的参数时，由正负折射率材料组成的光子晶体的TE模或TM模有完全光子带隙出现，这在普通光子晶体中不出现.导带中的电场波函数与普通光子晶体相比具有很强的局域性.对于负折射率材料层为色散介质的情况，计算了在不同的具有正负折射率区域能带.     

含负折射率材料的一维光子晶体的光学传输特性

采用光学传输矩阵方法,模拟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光学传输特性.计算了这种含负折射率材料的一维光子晶体的透射谱和色散关系.结果表明,在正入射时,含负折射率材料的光子晶体的带隙要比传统的光子晶体要大得多,并具有狭窄的透射带,从光学薄膜理论的色散关系出发解释了形成上述现象的原因.讨论了在不同的偏振模式下,光以中心波长入射时,反射率随着入射角度的变化关系.发现含负折射率材料的一维光子晶体具有更好的角度特性,可以用来实现对中心波长的全方位反射.     

含负折射率材料的异质结构光子晶体的光学传输特性

利用传输矩阵法研究了正负折射率材料构成的异质结构光子晶体的光学传输特性。结果表明:当入射波正入射时,在这种异质结构光子晶体内出现了光子带隙,并且带隙内出现了3个极窄的透射峰,这是正负交替光子晶体和常规材料构成的同周期一维异质结构光子晶体所不具有的新颖物理特性。计算了这种异质结构光子晶体的透射谱。发现:这3个透射峰不敏感于入射角的变化,而在带隙两侧的透射峰则会随着入射角增大统一向带隙靠近;能带敏感于晶格厚度和周期数的变化。     

引入零平均折射率材料掺杂的一维光子晶体缺陷模的特性研究

本文利用特征矩阵理论模拟了一维光子晶体引入零平均折射率材料的缺陷模特性,发现在基频带隙处出现了孪生缺陷模,并分析了组成零平均折射率材料的正负折射率材料的折射率的变化对孪生缺陷模的位置、透射率和半峰宽度的影响,为双通道窄带滤波器的设计提供了新的思路和理论依据.     

光子带隙材料及亚波长微结构材料中等离子体共振导致的量子相干效应

我们对两类光学材料-光子晶体及左手材料中的量子相干效应进行了理论研究。光子带隙材料通常是指人工制作的具有光子通带和禁带的光学材料，它可以用来控制光场的传输及某些微观过程。光子晶体是典型的光子带隙材料，光子晶体的周期性结构导致其中的原子的量子光学性质与自由空间中明显不同，例如出现光局域化与原子自发辐射的抑制、光子-原子束缚态、二能级原子布居数囚禁等现象。最近的研究还表明心，特殊的态密度分布会导致感应透明现象，使得原子对与其共振的探测光场的吸收趋于零。这与电磁感应透明（EIT）类似，但不需要外加耦合场来建立相干。我们系统地研究了光子晶体特殊态密度产生的量子相干效应，包括三能级系统的感应透明、无反转增益、光速减慢等，及四能级系统的自发辐射和光开关效应，发现强的量子相干效应导致原子辐射与吸收性质产生多方面的改变。     

利用含负折射率材料的光子晶体实现角度滤波器

利用光子晶体的共振隧穿效应，并结合由负折射材料引起的零平均折射率带隙，设计出一种新型的角度滤波器，使得对于某一频率范围内的入射电磁波仅在特定入射角度的波能够全透，而其他角度的波不能透过.这将在微波器件乃至光学器件上有广泛应用. 关键词： 光子晶体 负折射率材料 共振隧穿     

磁单负材料板附近的原子的自发辐射场分布

本文研究了磁单负材料板附近的两能级原子通过自发辐射激发的表面模式及场强分布. 磁单负材料是有效介电常数大于零而磁导率小于零的人工微结构材料. 根据麦克斯韦方程及边界条件, 这种材料板只支持TE极化的表面模式. 本文分析了具有不同磁导率和厚度的磁单负材料板所支持的表面模的性质, 如模式数目和模式的对称性, 进而讨论了这些特性对原子自发辐射场的空间分布的影响. 结果表明原子与磁单负材料板的距离可影响辐射场中表面模的比重, 当表面模起主要贡献时, 在材料板左表面上原子辐射场呈定向发射的分布. 而材料板右表面的辐射场分布取决于表面模的对称性和比重, 如果同时存在对称和反对称的表面模, 右表面的场很弱甚至完全消失, 而如果只存在对称或反对称的表面模, 右表面会有与左表面等强度的辐射场分布. 这些性质与原子在金属表面的辐射场分布明显不同, 我们的结果对原子辐射场的空间控制以及实现简单结构的单光子源有积极意义.     

基于传输线技术的零平均折射率(zero-n-)带隙的实验研究

基于传输线方法,制备了含左手材料和右手材料的一维光子晶体.通过仿真软件ADS的模拟和矢量网络分析仪的测量,研究了光子晶体的传输特性.实验结果表明:由左手材料和右手材料构成的一维光子晶体具有零平均折射率(zero-n-)带隙,这一带隙处于左手通带和右手通带之间.zero-n-带隙分别由零平均介电常量和零平均磁导率决定,进而对晶格尺度不敏感.     

含负折射率材料的Thue-Morse序列结构的光学透射谱

讨论了由正折射率材料和具有色散的负折射率材料构成的Thue-Morse序列结构的透射谱,用传输矩阵元的递推关系式计算透射率.数值计算结果表明,这种系统存在一个n=0带隙,它与Bragg带隙相比,对入射角变化和电场偏振方向的变化更不敏感.此外,带隙的位置不随序列阶数的不同而变化.同时,对TM序列结构完全透射态的场分布进行了研究,发现光强的分布具有与晶格结构相似的分布.     

基于传输线技术的零平均折射率(zero-)带隙的实验研究

基于传输线方法,制备了含左手材料和右手材料的一维光子晶体.通过仿真软件ADS的模拟和矢量网络分析仪的测量,研究了光子晶体的传输特性.实验结果表明:由左手材料和右手材料构成的一维光子晶体具有零平均折射率(zero-)带隙,这一带隙处于左手通带和右手通带之间.zero-带隙分别由零平均介电常量和零平均磁导率决定,进而对晶格尺度不敏感.     

磁电超材料折射率特性分析

基于麦克斯韦旋度方程, 将磁电超材料板中的电元件和磁元件分别等效为面电流和面磁流, 通过计算这些周期性面电流和面磁流在某个磁电超材料板上产生的总电场和总磁场, 获得了关于面磁流密度和面电流密度的两个方程, 进而推导出了周期性磁电超材料折射率与磁元件的磁导率、 电元件的介电常数和空间色散项之间关系的解析公式. 与传统的折射率计算公式不同, 该解析公式充分考虑到了空间色散以及磁电超材料的电元件和磁元件的相互作用. 折射率理论曲线和基于仿真实验数据的提取值曲线能很好地符合, 这说明文中推导的折射率公式能够正确地描述磁电超材料的负折射特性. 本文的结果将为分析电磁元件之间的相互作用以及设计负折射率符合一定要求的磁电超材料提供重要的理论参考. 关键词： 磁电超材料 周期性结构 负折射率     

折射率连续周期分布一维光子晶体的带隙分析

微分传输矩阵法(DTMM)可以解析求解一维非均匀介质中的波动方程。用该方法,对几种折射率连续且周期分布的一维光子晶体进行了带隙分析。结果表明,折射率连续变化的一维周期结构也具有明显的带隙特征,折射率变化越平缓,光带隙的宽度越小。对于折射率正弦变化的一维光子晶体,其折射率变化得越剧烈,光子晶体的中心频率越小,带隙越宽;同时,折射率的平均值越大,中心频率越小,带隙越窄。由于材料的物理特性都是连续变化的,同样可以把结构推广到一维周期性功能梯度材料。     

负折射率材料对产生Casimir排斥力的影响

研究了负折射率材料对产生Casimir排斥效应的影响. 两材料板间的Casimir排斥力的发生取决于两板以及其间媒质的电磁特性,通过理论与数值结果的分析研究给出电磁特性所影响排斥力的产生趋势. 对于由Drude-Lorentz型色散关系描述等效介电常数和磁导率的负折射率材料,调节各特征频率参数可实现Casimir排斥效应. 关键词： Casimir排斥力 负折射率材料 Drude-Lorentz型色散关系     

负折射率材料对Casimir效应的影响

研究了负折射率材料介质板间的Casimir效应.对于负折射率材料中由Drude-Lorentz型色散关系描述的介电常数和磁导率，色散曲线中负值频带的曲线结构由各色散吸收参数所决定，色散曲线负值频带宽度和负区域的深度等性质的变化影响了介质材料板的反射特性，进而对两材料板间的Casimir效应强弱起着重要的作用.     

光脉冲在一维负折射材料光子晶体中的传播

讨论了一维负折射光子晶体对光脉冲传播的影响.通过对光脉冲的透射场强的数值计算发现，频谱处于一维负折射率材料光子晶体禁带中的短脉冲通过光子晶体后基本保持形状不变，而对同样的短脉冲通过传统的一维光子晶体的透射脉冲则出现严重畸变.当考虑负折射率材料的色散时，讨论了位相时间随光脉冲载波频率的变化情况.