一维光子晶体的电场分布特性

推导出任意角度的入射光在一维光子晶体中传播的电场分布公式,分析一维光子晶体的电场分布特性.数值分析表明,入射光角度、光子晶体介质层排列方式、缺陷层和缺陷层折射率均对一维光子晶体电场分布特性产生不同的影响.     

一维变频光子晶体的透射特性

提出一种新的一维变频光子晶体,并给出其传输矩阵及电场分布表达式.在此基础上,计算一维变频光子晶体的透射率和电场分布,并研究变频函数、变频介质折射率、厚度、周期数及缺陷层对变频光子晶体透射率与电场分布的影响.结果表明,变频光子晶体比常规光子晶体的禁带更宽.     

一维光子晶体的吸收特性与电场分布

考虑一维光子晶体的吸收特性与电场分布,分析了吸收介质和激活介质缺陷对光子晶体吸收率的影响,并分别计算了有缺陷和无缺陷时的电场分布.     

一维TM波函数光子晶体的透射特性

给出一维横向磁场(TM)波函数光子晶体的传输矩阵及磁场分布表达式,研究一维TM波函数光子晶体磁场分布及缺陷层对其影响,计算一维TM波函数光子晶体正、反入射时的透射率,并将其与横向电场(TE)波透射率进行比较.     

二维方柱光子晶体的波导特性

具有缺陷的光子晶体,光子频率带隙内将出现局域模,而线缺陷相应地形成一个传输效率很高的光波导.计算了空气中Al材料的旋转四边形直柱光子晶体存在线缺陷时的带结构和态密度,给出了二维方形光子晶体的波导的TM模的电场分布,并讨论了波导耦合的传输效率.     

一维函数光子晶体的光透射特性研究

提出了一种阶梯型一维函数光子晶体,即介质折射率不是常数,而是呈阶梯型变化.由经典电磁场理论,即电场和磁场在介质分界面连续的性质,并结合费马原理,给出了光在一维函数光子晶体中的传播方程,再经过详细理论推导,给出了一维函数光子晶体的传输矩阵、色散关系、透射率及电场分布的解析表达式.在此基础上,研究了不同入射角和不同介质厚度对色散关系的影响,同时比较了阶梯型一维函数光子晶体与常规一维光子晶体的透射率,进一步研究了有缺陷和无缺陷的阶梯型函数光子晶体的电场分布.所得结论将为光学器件的设计提供新的理论依据.     

二维函数光子晶体波导带隙和电场分布的调制

在二维函数光子晶体波导中, 研究介质柱介电常数对带隙结构的调制, 以及波导中加入点缺陷时, 点缺陷介质柱介电常数对电场分布和光传播方向的调制. 结果表明： 当二维函数光子晶体波导中不含点缺陷时, 改变波导中介质柱介电常数的参数b和k值, 可调节波导的禁带数目、 禁带位置、 缺陷模的数目和位置;  当二维函数光子晶体波导中含点缺陷时, 改变点缺陷介质柱介电常数的参数b和k值, 可改变电场分布和光的传播方向.       

新型线性函数光子晶体的光子二极管

研究一维线性函数光子晶体的透射特性及光正入射和反入射时的电场分布特性. 结果表明, 线性函数光子晶体可放大或衰减光的电场强度.     

新型线性函数光子晶体光子二极管的研究

本文运用费马原理和传输矩阵方法研究线性函数光子晶体,通过计算给出了光正入射和反入射时的透射特性及电场分布.研究发现:线性函数光子晶体的透射特性不同于常规光子晶体,并且能够有效的放大或衰减光的电场强度,这为设计光子放大器件和光子二极管提供了重要的理论依据.     

新型一维线性函数光子晶体电场分布

研究一维线性函数光子晶体的透射特性,分析不同周期数和光学厚度对电场分布的影响,得到一些不同于常规光子晶体结论,当介质层B和A折射率分布函数为线性增加时,线性函数光子晶体透射率可以远大于1;随着周期数N的增加,其电场强度最大值明显增加,通过改变周期数N就能改变光在函数光子晶体中的电场强度的放大倍数.该结论为光子晶体的制备和应用提供了理论方法和思路.     

二维函数光子晶体中的类Dirac点及带隙结构

设计一种二维函数光子晶体, 该光子晶体仅需通过改变外加的光强分布或电场分布, 即可改变其介质柱介电常数的函数形式, 从而获得所需的带隙结构. 选取不同介质柱半径及不同介电常数函数形式的二维函数光子晶体结构, 通过数值计算得到类Dirac点和带隙结构, 所得结论可为光学器件的设计提供理论依据.     

函数缺陷对波导带隙结构的调制

在二维函数光子晶体研究的基础上,进一步研究波导中加入两排函数线缺陷时,通过调节函数线缺陷的介质柱介电常数参数值,可实现波导带隙结构的调制情况.本文选取线缺陷介质柱介电常数函数形式为εr(r)=kr+b,其中,k为函数系数,b为参数.上述参量的变化,可由电光效应实现,即通过调节外加电场强度和电场分布来实现.当改变函数线缺陷介质柱介电常数参数k和b的值时,波导的带隙位置、带隙数目以及电场分布都会发生改变.因此,在波导中加入两排函数线缺陷就可实现带隙结构的调制,得到所需要的带隙结构和电场分布.这些结论可以为光学器件的设计提供理论基础和新的设计思路.     

点缺陷对波导的电场分布的调制

在二维函数光子晶体研究的基础上,进一步研究二维常规光子晶体波导中加入点缺陷介质柱时,二维光子晶体波导的带隙结构与电场分布情况.其中点缺陷介质柱介电常数是空间坐标的函数,其函数形式为εr=kr+b,参数k和b的变化可以通过光学Kerr效应或电光效应来实现.结果表明,通过改变点缺陷介质柱介电常数的参数k和b以及点缺陷半径ra,可以调节光的传播方向和光场分布,从而可以控制光在波导中传播方向.因此当含点缺陷时,二维常规光子晶体波导的光场分布和光的传播方向具有可调性.这些理论为光学器件的设计提供有价值的新的设计思路.     

厚度递变结构一维光子晶体的缺陷模研究

光子晶体的许多应用与缺陷模相关,研究缺陷模可为光子器件的设计提供参考.利用传输矩阵法,研究了光波在包含掺杂缺陷的厚度渐变准周期结构一维光子晶体中的传播规律,分析了缺陷层的位置和光学厚度对缺陷模的影响.结果表明,在准周期结构光子晶体引入缺陷,光子晶体禁带中也产生了缺陷模;随着掺杂缺陷层位置和光学厚度的变化,缺陷模的位置和共振透射峰也随之变化.     

双折射光子晶体光纤横截面上偏振态的不一致性

利用全矢量特征方程得到光子晶体光纤中的模式特征后,忽略光纤损耗、三阶以上的色散和非线性,研究了高斯脉冲在椭圆孔光子晶体光纤中传输时的矢量演化特性,得到光纤中任意时刻的横向电场分布及两个偏振分量之间的相位关系.在双折射光子晶体光纤同一横截面上,不同位置的两个偏振态分量之间相位差不同,因而总电场的偏振态不一致,光电场和固有双折射引起的偏振态之间的相位差都关于光纤中心对称.     

含有缺陷的二维光子晶体能带特性

为进一步研究有缺陷光子晶体的能带特性，并以此作为光子晶体器件的设计理论依据，利用倒易空间的概念，得到了正方晶格的最小布里渊区的分布、采用时域有限差分加Bloch边界方法得到了二维光子晶体的能带特性．结合超元胞的方法计算了含有点缺陷和线缺陷的光子晶体的特性，并且得到了缺陷模式的场分布，通过对能带特性的分析，将对光子晶体的研究从量子阱结构发展到了量子点结构．     

二维光子晶体完全光子带隙的优化设计

应用平面波展开法推导二维光子晶体横磁场模式和横电场模式主方程,得到两种模式下的二维光子晶体完全带隙,并研究二维光子晶体完全带隙宽度及中心频率位置随填充比和背景介质介电常数的变化规律,从而实现二维光子晶体完全光子带隙的优化.     

含单负材料的一维光子晶体异质结构的缺陷模分裂

由两种单负（负介电常数或负磁导率）材料交替堆叠而成的一维光子晶体异质结的周期结构中，发现了缺陷模的孪生分裂现象。在此异质结中，仅有一光子晶体存在零有效位相（zero-φeff）带隙。计算结果显示，随着异质结的周期数增加，（zero-φeff）带隙内的缺陷模将发生分裂，分裂后的缺陷模对称地分布在带隙中央的两侧。当异质结的周期数为偶数时，总能在（zero-φeff）带隙中找到两缺陷模，其频率与异质结的周期数为2时的缺陷模相同；对应这两缺陷模频率的电场在异质结构中传播时，呈周期的丛生状分布。     

光子晶体加速结构的初步研究

用有限差分法计算了由金属棒按三角形晶格分布的二维光子晶体的带隙图,计算结果表明:当金属棒半径a和棒间距b比值小于0.2时,二维光子晶体只有一条带隙,即若引入缺陷,可约束主模、抑制高次模.采用Microwave Studio计算了该种光子晶体微波加速结构的场型分布,结果显示当a/b＜0.2,类TM01模在缺陷中传输,类TM11模(横向模)能传出光子晶体.另外计算了结构尺寸公差对行波单元谐振频率的影响,还模拟计算了带有测试探针的由3个PBG单元构成的谐振腔的S参数.     

正负折射率材料组成的一维光子晶体的能带及缺陷模

利用光学传输矩阵方法,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和缺陷模特性.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.计算了含有普通电介质缺陷层和特异介质缺陷层两种情况下的透射谱,发现在正入射时,对于正负折射率材料组成的一维光子晶体引入普通电介质缺陷层时,其缺陷模的个数随着缺陷厚度的增大而增多,这种特性在滤波器方面有重要的应用价值.而对于传统光子晶体中引入特异介质缺陷层时,随着缺陷厚度的增大,新的缺陷模并没有出现.