多通道光子晶体器件设计

一维光子晶体缺陷模的光谱特性与缺陷模的结构紧密相关.当缺陷模中包含有多个缺陷时,将导致光子禁带中出现多个分立的缺陷能级,形成多个透射光通道.利用一维光子晶体缺陷模这一光谱特性设计了红外谱段的三通道光子晶体器件.     

一维光子晶体下拓扑绝缘体缺陷的研究

拓扑绝缘体(TI)是近年来广受关注的一种新型材料,其表面的拓扑磁电效应是其拓扑性质的反应.我们在TI平板上下表面镀上很薄的铁磁层并同方向磁化,然后将其夹在一维光子晶体中作为缺陷来研究时,发现TI材料表面的磁电耦合效应引起透射谱上一些新奇的变化.例如,当垂直入射一束线偏振光时,与一般的“单个透射率为1”的缺陷态共振峰不同...     

可调缺陷层等离子体光子晶体的滤波特性分析

等离子体光子晶体中引入另一种缺陷等离子体层,构成一种新的等离子体光子晶体滤波器.在不需改变等离子体光子晶体几何外形尺寸的情况下,通过改变缺陷等离子体层的参数,实现缺陷等离子体等效折射率改变,使等离子体光子晶体缺陷层的谐振频率发生偏移,实现了滤波器的可调谐特性.数值模拟中采用时域有限差分算法,计算了电磁波通过等离子体光子晶体的透射谱.结果表明通过调控缺陷层等离子体参数,使缺陷层的谐振频率发生偏移,从而实现等离子体光子晶体可调滤波特性.     

掺杂一维三元光子晶体传输特性的研究

本文利用传输矩阵理论对掺杂的一维三元光子晶体的光学传输特性进行了研究。选取（ABC）5D1（CBA）5型的光子晶体模型,数值模拟结果表明,禁带内出现了多个透射率较高的透射带。随着缺陷层折射率的增加,透射率下降。基元几何厚度的增加会使缺陷模向长波方向平移,但缺陷层的几何厚度不影响缺陷模的位置。     

关于新的阶梯型函数光子晶体的研究

研究了一维阶梯型函数光子晶体,给出色散关系和透射率的表达式,并与常规光子晶体比较,发现在常规光子晶体中加入缺陷层后,出现明显的缺陷模。而在阶梯型函数光子晶体中加入缺陷层后,缺陷模个数少且强度弱。进一步研究了带缺陷和不带缺陷的阶梯型函数光子晶体的光场分布。发现有缺陷层时,光场强度分布得到增强或者减弱,不同于常规光子晶体中的光强只局域增强。函数光子晶体的这些新的特性对光子晶体的设计与应用具有重要的实际意义。     

用遗传算法搜索一维光子晶体带隙

利用遗传算法和传输矩阵法计算一维光子晶体能带结构,将一维光子晶体用像素填充法进行二进制编码模拟,结果找到全方位相对禁带宽度达42.54%的4层结构和43.75%的2层结构;给出了一维光子晶体4层最佳结构的能带图、20个原胞的反射率透射率频谱图.发现一维2层光子晶体的全方位禁带宽度对每层厚度的变化是不敏感的,但是随着两种介质折射率差的增大而增大.     

精确的一维光子晶体的带隙

半导体材料的折射率是光频率的函数,所以在计算光子晶体的能带结构时必须考虑到色散关系。光子晶体存在光子禁带在反射谱上表现为高反射率带。本文已GaAs基材料为例,利用传输矩阵方法计算了考虑色散后的一维光子晶体的反射谱,计算结果表明考虑色散后的光子晶体禁带的宽度较不考虑色散关系的光子晶体的带隙要窄,如果光子晶体中存在缺陷则考虑色散后的光子晶体缺陷态的位置较不考虑色散关系时红移,且光子损耗较小。     

一种双通道窄带滤光片的设计与制备

对光子晶体技术在滤光片设计中的应用进行了可行性研究。利用一维光子晶体进行了双通道窄带滤光片的设计,并利用离子束辅助沉积方法进行了滤光片的镀制。同时研究了膜层的误差对滤光片光谱性能的影响,表明其敏感层主要是缺陷层。实验结果表明,运用光子晶体概念进行双通道窄带滤光片设计是可行的。     

一维含负折射率光子晶体光学特性

负折射率材料是一种新型的人工合成材料,它的介电常数和磁导率都为负值。把负折射率材料和光子晶体相结合形成的负折射率光子晶体具有奇特的光电磁特性。用传输矩阵法计算光经过一维含负折射率光子晶体的透射情况,总结一维含负折射率光子晶体的光学特性,并简单介绍负折射光子晶体的应用前景。     

杂质吸收对一维掺杂声子晶体缺陷模的影响

为了研究杂质吸收对一维掺杂声子晶体缺陷模的影响,引入复波数,推导出一维掺杂声子晶体的转移矩阵,计算了一维掺杂声子晶体的透射系数和反射系数随衰减系数的变化特征.得出杂质的衰减系数对一维掺杂声子晶体透射波中和反射波中的缺陷模都有显著的影响.在透射波中,随着衰减系数的增加缺陷模峰高迅速降低,κ在0～0.002k范围内缺陷模比较明显.当衰减系数增加到0.005k时,缺陷模几乎消失.反射波中的缺陷模随着衰减系数的变化也有相同的特征.     

利用含缺陷层的一维三单元光子晶体实现多通道滤波

文章利用传输矩阵法对掺杂的一维三单元光子晶体进行了研究。选取（ABC）NDM（CBA）N型的光子晶体,研究发现,禁带内出现的透射峰个数为N-1,随着N的增加,禁带被展宽,透射峰的间距变窄。MATLAB模拟表明,若M〈N透射峰锐利,选择性好。M＞N时,杂峰多,选择性很差。随着入射角的增大,透射谱向短波方向移动,峰值间距变小,非对称结构使得禁带内出现很多小的透射峰,光谱分布不对称。     

棱镜耦合光子晶体表面波及其传感特性研究

构造一种棱镜耦合一维光子晶体结构,利用传输矩阵方法对该结构中光的传输特性进行研究.结果表明:光在这种棱镜耦合一维光子晶体结构中传播时,会在光子晶体表面产生非辐射传播模,即表面波,而且在反射谱中表面波所在的角度位置、反射率的大小以及反射峰的半峰全宽受到一维光子晶体的介质折射率和介质厚度的调制.此外,表面波对应的角度位置对...     

三维有序纳米光子晶体的缺陷及其形成机理

通过纳米小球自组装的方法制备获得了三维有序结构的聚苯乙烯（PS）蛋白石光子晶体.利用扫描电子显微镜（SEM）对蛋白石光子晶体的微观形貌进行表征,并利用透射光谱对蛋白石进行光学表征.结果表明,胶体自组装能够形成点缺陷、等边三角线缺陷和等边立方体缺陷,通过对最低能量和机理的探讨,得出导致这些缺陷形成的原因是折射率差异和光子带隙（PBG）位置的蓝移.     

Ge/ZnS一维光子晶体的设计、制备及低红外发射率性能

通过从理论上分析介质层厚度、不同介质材料的折射率差及周期数对一维光子晶体红外发射率的影响规律,设计得到了可实现8~14μm波段低红外发射率性能的Ge/ZnS一维光子晶体。随后采用光学镀膜技术在石英基片上通过交替沉积Ge层和ZnS层的方法制得所设计的一维光子晶体,并采用扫描电镜(SEM)及傅里叶变换红外光谱(FTIR)分别对其微结构及光谱发射率进行了系统研究。结果表明,所制备一维光子晶体在8~14μm波段具有低红外发射率性能,其平均发射率可低至0.195。采用Ge、ZnS等无机半导体材料,通过合理的一维光子晶体设计同样可以获得低至0.2以下的红外发射率。     

一维光子晶体完全光子禁带与结构的关系

阐述了完全光子禁带的概念.用光学特征矩阵方法,通过数值模拟计算,讨论了一维光子晶体出现完全光子禁带与晶体结构和介质材料的折射率的密切关系.具体计算了用同样两种介质材料组成3种不同结构的一维光子晶体,对于TM及TE电磁模式在不同入射角下的透射率谱,从中找出它们的完全光子禁带,发现3种结构的完全光子禁带的波长范围及宽度各不相同.另外,研究结果表明组成光子晶体的两种材料的折射率差别越大,两种电磁模的禁带越宽,越容易产生完全光子禁带.简单讨论了完全光子禁带出现的条件.     

三组元光子晶体的宽带隙及缺陷模研究

运用时域有限差分(FDTD)方法计算了GaAs/玻璃/空气三组元光子晶体的透射频谱及缺陷模的传输特征,发现GaAs/玻璃/空气三组元体系的最低完全带隙宽度明显宽于玻璃/空气或GaAs/空气二组元体系,适当调整GaAs/玻璃比例可以得到宽带隙;光子晶体中的缺陷会形成局域模式,线型缺陷形成光波波导;设计适当的组合缺陷,并通过缺陷之间的耦合作用可以实现对光波传播的选择性输出.     

一维磁性光子晶体增强的法拉第旋光效应研究进展

简要报道了一维磁性光子晶体增强的法拉第旋光效应的理论与实验研究。总结了缺陷、空腔、带边、表面态等在一维光子晶体内引起的局域模式,说明了增强的法拉第旋光效应与局域模式之间的关系。介绍了增强的法拉第旋光效应在光学器件功能单元中的应用。     

CdSe-SiO2光子晶体的垂直沉积及近红外变频特性

在氧化铟锡玻璃上电化学合成了CdSe薄膜,采用垂直沉积法首次在CdSe薄膜上制备了SiO2胶体晶体, 实现了CdSe表面介电常数的调节.扫描电镜观察表明,500nm微球在CdSe薄膜上呈面心立方密堆结构排列,在微米尺度上胶体晶体显示出一定的多晶序.与SiO2胶体晶体相比,CdSe-SiO2光子晶体的UV-vis-NIR透射谱只有一个较宽的光子带隙,带隙在近红外波段随入射角减小向短波方向移动.所得CdSe-SiO2光子晶体样品可作为地面目标针对红外卫星成像的伪装材料.     

基于侧边耦合一维光子晶体微腔的高分辨率光子温度计

针对线上耦合结构的高品质因数一维光子晶体微腔具有极低透射率的缺陷,提出研制一种具有高分辨率、高信噪比、高动态范围的侧边耦合一维光子晶体温度计。通过调制光子晶体单元结构的反射系数以及微腔和耦合波导之间的模场重叠,光子晶体器件的品质因数和透射率得到提高。制备得到的器件品质因数值、灵敏度、消光比和基模与二阶模之间的模式间隔分别为2.7×10⁴、65.6 pm/℃、0.45和18.5 nm。采用扫频测量技术,该光子温度计具有mK量级分辨率和超过280℃的温度感应范围。     

可见光区一维光子晶体纳米膜偏振带通滤波器的设计

应用一维时域有限差分方法研究各种条件下一维二元光子晶体的偏振带通滤波特性,具体数值分析了掺杂层位置、厚度、电磁参数、入射角度四种因素对偏振滤波特性的影响.数值结果表明传统意义上的光学多层膜是一维二元光子晶体在光学厚度满足四分之一波长时的特例;可见光区的偏振滤波器的窄带滤波特性与掺杂层的位置有关,掺杂层在整个膜中间位置时偏振分离效果好,掺杂层的厚度与周期层厚度相差越大则分离效果越好,两组元折射率相差越大越易形成禁带,入射角越大禁带越窄,偏振的分离度越好.特别是P偏振局域模更多;在线度参数相同的情况下介质电磁参数对禁带有较大影响,禁带只有在两组元折射率相差越大才能形成,介质损耗同样是不可忽略的因素;光源的入射角对禁带有重大影响.本文的研究对光子器件的设计有一定的指导作用.