Ag线栅能带结构的有限时域差分法计算

Ag线栅具有超强的透射特性,色散能带结构的精确计算有助于分析理解亚波长结构中的电磁特性。利用有限时域差分法FDTD计算了亚波长Ag线栅能带结构,并根据该方法计算了周期为500nm的Ag光栅在不同厚度情况下的能带结构图。结果表明从该方法计算出来的能带结构中可以分析得到Wood异常、波导模式、SPP模式以及透射共振波长红移等多种电磁现象,与现有文献的理论分析一致。     

基于Hilbert分形曲线的电磁超材料的共振特性

超材料具有天然材料所不具备的特殊电磁特性。基于分形曲线的超材料因其展现出深度亚波长与多带特性,引起广泛关注。主要研究了Hilbert分形曲线在微波频段传播的电磁特性,并对各阶曲线透射谱频率以及共振电流分布特点进行了研究,发现Hilbert分形曲线结构总长度与共振频率的波长满足近似条件下的半波理论。同时,研究了曲线结构尺寸相对于基模共振波长的亚波长特征。     

亚波长金属光栅光刻条纹分布

亚波长金属光栅表面等离激元( SPP)具有光场局域增强、异常透射等现象,被广泛用于光刻。利用FDTD Solutions软件,改变金属光栅材料、周期、厚度等因素,通过有限时域差分方法探究表面等离共振光刻条纹分布特点。仿真结果表明,亚波长金属光栅光刻条纹分布周期是光栅的周期一半,光刻条纹强度在表面等离共振波长作用下也会大于入射光强度。该研究为微纳米光学器件的设计提供了依据。     

基于超表面空间光调控的教学仿真实验设计

超表面通过亚波长尺寸结构组成单元引起的突变在波长量级的厚度内实现入射光的高效调控,在虚拟现实、波束赋形、超分辨成像等方面受到广泛专注。使用VirtualLab Fusion软件的建模仿真分析完成基于人工微结构的器件设计,以超透镜为例分析亚波长矩形结构对入射光造成的相位突变与振幅调制、结合聚焦光束所需相位分布得到具有指定焦距的超表面结构。通过实际案例将研究热点引入教学课堂,并对其中涉及的光学问题进行逐层分析,利用亚波长结构的微观响应与透镜的宏观分析进一步强化学生对几何光学与物理光学之间联系与区别认知,并为后续相关光场调控与传播仿真计算在实际问题的解决方面奠定理论基础。     

缺陷光学厚度对对称结构一维光子晶体透射谱的影响

在A层为双正和双负介质情况下,用传输矩阵法理论研究缺陷层的光学厚度对对称结构一维光子晶体(AB)mC(BA)m透射谱的影响,结果发现:在无缺陷情况下,不论A层是双正还是双负介质,禁带中心均出现超窄频带单透射峰,具有传统对称结构光子晶体透射谱的特征;当中间插入光学厚度等于四分之一中心波长的双正缺陷C后,两者的单透射峰一分为二,且双负情况下两透射峰之间的距离较大;当缺陷C的光学厚度为二分之一中心波长时,双正情况下禁带中心出现单透射峰,双负情况下则出现三条透射峰;当缺陷C的光学厚度等于中心波长时,双正情况下出现三条透射峰,而双负情况下则出现五条透射峰。对称结构光子晶体的透射谱随缺陷光学厚度变化的规律,可用以设计可调性超窄带滤波器。     

亚波长金属扫描探针的场型结构及其透射特性

利用时谐电磁场理论和时域有限差分数值方法分析了亚波长金属扫描探针电磁场模式的场型结构和空间分布及透射特性等主要的传输性质,导出了亚波长金属探针内球横电模和球横磁模各电磁场分量的解析表达,运用数值求解获得的精确本征值,得到了金属探针内几个低阶模在球横截面内的场型结构．时域有限差分数值模拟研究结果表明,时谐电磁场的空间分布在亚波长金属探针内呈现准周期性振荡变化,并且在传输径向坐标上会出现一个最大值,最大值的位置随光波波长发生改变,研究结果还表明,在亚波长探针内刻蚀可以更好地激发和引导表面等离子体激元波到达出射孔径端口,提高亚波长空心锥的透射率和增强光学仪器的空间分辨率．     

含磁流体一维Fibonacci结构局域模的磁控可调特性

应用传输矩阵法数值研究了含纳米磁流体一维Fibonacci准周期结构局域模的磁控可调特性.首先构建一维Fibonacci准周期结构磁流体光子晶体的物理模型,然后应用传输矩阵法,数值计算含纳米磁流体一维Fibonacci准周期结构的透射谱,最后讨论局域模的磁控可调特性.结果表明:局域模波长随磁流体折射率的增大向长波方向移动;随着含纳米磁流体一维Fibonacci准周期结构的代数的增加,其局域模的个数也随着增加,且局域模的品质因子也增大.     

周期数对多周期一维光子晶体透射谱的影响

用传输矩阵法研究多周期一维光子晶体(CgAlCm)n的透射谱,结果发现:在2 200 nm(频率-波长)位置出现一条宽的透射带,透射带两边对称分布着两组相同特点的透射峰,各组透射峰的条数均等于n-1条;随着周期数n的增大,宽透射带上端出现振荡,并产生数目与n-1值对应的振荡峰,随n的增大,两组透射峰数目分别随n-1值增加的同时宽度会越来狭窄;随着周期数g、m的增大,透射带和左右两侧的两组透射峰均向右移动,且透射带和透射峰会越来越窄;随着周期数l或g、l、m或g、l、m、n的增大,透射带和左右两侧的两组透射峰所分布的频率范围均扩大,并向长波(低频)方向移动,同时透射带上端的振荡加剧,振荡峰数目与各周期数有关,当移动和振荡到一种程度后,透射带与两侧透射峰合并成单组透射峰,而且当g、l、m、n同时增大时合并现象最明显。多周期一维光子晶体透射谱随周期数变化的这些特性,为光子晶体设计可调性多通道宽带、窄带光学滤波器件提供指导。     

实现多系双通道滤波功能的异质结构光子晶体

用传输矩阵法研究一维异质结构光子晶体(AB)m(BC)nA(BC)n(BA)m的透射能带谱,结果发现:当光垂直入射到光子晶体时,在较宽的禁带范围内出现孪生透射峰,且结构周期对孪生透射峰有很好的调制功能,随着周期数n的增大,孪生透射峰的数目增多,随着周期数m的增大,各透射峰越来越锋锐;孪生透射峰对介质厚度的变化都很敏感,随着介质A厚度的增大,孪生透射峰均出现明显的红移,并逐渐演变为振荡峰,导致孪生透射峰消失,不利于双通道光滤波的调制,而随着介质B厚度的增大,孪生透射峰向长波方向移动,但透射峰的透射率及其宽度没有明显变化。该异质结构光子晶体的光传输特性,可为多系双通道光子晶体滤波器件的设计提供指导意义。     

二元三周期光子晶体透射能带特性的研究

用传输矩阵法理论研究二元三周期一维光子晶体(AmCnAm)k的透射谱,结果发现:在1 900～2 500 nm波长范围内,透射能带谱中出现一个较宽的透射通带,通带两侧的禁带中分别出现两组多条窄带共振透射峰,两组透射峰的条数均可分别由周期数k调节,且条数与k-1数值对应;光子晶体(AmCnAm)k透射能带谱对重复周期数m、n、k变化反应灵敏,当增大m,或增大n,或增大m、n时,光子晶体的透射谱向长波方向移动,即出现红移现象,其中m增大时透射谱红移速度最快,m、n同时增大红移速度次之;随着k,或m,或n,或m、n的增大,光子晶体透射峰的品质因子均不同程度的得到提高。这些特性对光子晶体的实际设计和应用均具有一定的指导意义。     

一种可多波长复用的光聚物全息特性研究

采用记录透射型衍射光栅实验方法,研究以亚甲基蓝作为光敏剂、丙烯酸和N,N’-亚甲基双丙稀酰胺共同作为单体时厚度约为180μm的光致聚合物进行多波长复用时的全息特性,结果表明:记录波长为632.8nm时,衍射效率高于40%,曝光灵敏度约为0.0083cm2/mJ;记录波长为514nm时,最高衍射效率达57%、曝光灵敏度为0.0067cm2/mJ,并且首次在488nm处获得超过50%的衍射效率,说明该光致聚合物适合多波长存储.     

含液晶缺陷层Fibonacci结构局域模的电控可调特性

利用传输矩阵法研究含一向列相液晶缺陷层的一维Fibonacci第八代准周期结构局域模的电控可调特性.首先建立含一向列相液晶缺陷层的一维Fibonacci第八代准周期结构的物理模型;然后利用传输矩阵法数值计算该结构的透射谱,发现在禁带中存在局域模;最后讨论该局域模及其品质因子随外加电场方向与入射光方向间的夹角θ的变化关系.结果表明:局域模波长随夹角θ的增大而向短波方向移动,局域模的品质因子随夹角θ的减小而增大.     

影响双负材料光子晶体能带性能的因素

利用传输矩阵法,通过数值模拟,研究周期不对称度、介质折射率等因素对双负材料光子晶体(AB)m1BCB(BA)m2能带性能的影响,结果发现:当周期不对称度△m=0,且m1=m2=m时,随着周期数m的增大,禁带中心单透射峰带宽逐渐变窄,禁带中心形成一条透射率为100%的超窄透射峰;当周期不对称度△m≠0,且△m逐渐增大时,禁带中心透射峰透射率逐渐降低,且禁带宽度越来越窄;当介质A折射率nA增大时,禁带宽度逐渐变窄,禁带中的透射峰带宽逐渐变宽;而介质B折射率nB逐渐增大时,禁带中心透射峰带宽逐渐变窄,禁带带宽逐渐变宽;当介质C折射率nC随着负值减小时,禁带宽度几乎保持不变,但禁带中透射峰带宽明显变窄。影响双负材料光子晶体能带性能的规律对设计诸如新型光学滤波器、光开关和全反射镜等光学器件有一定参考价值。     

周期数对光量子阱透射谱的影响

用传输矩阵法理论,研究周期数对一维光子晶体量子阱透射谱的影响,结果表明:随着阱层或垒层周期数的增大,光子晶体量子阱的透射峰均变窄,且垒层周期数增大时透射峰变窄的速度快;垒层介质高低折射率比值越大,或垒层周期数增大,光子晶体量子阱的透射峰变窄速度越快。这些特性,对提高光子晶体光学滤波器件的品质有指导意义。     

非线性超晶格的能带结构和多稳态现象

研究非线性超晶格的能带结构随非线性系数的变化和多稳态现象。将非线性Kronig—Penney超晶格的定态非线性薛定额方程,化为一个二维实映射,进行数值分析得到非线性超晶格的能带结构与非线性系数及波强度有关,给出了不同非线性系数情况下的能带结构以及透射波强度对于入射波强度呈现的多稳态结构。     

优化光子晶体量子阱透射能带结构的方法

利用传输矩阵法理论,通过数值计算、模拟的方式,研究优化光子晶体量子阱透射能带结构的方法,结果表明：适当调整光子晶体的周期排列结构时,可拓宽光量子阱阱层光子晶体的能带,即可扩大光量子阱透射谱分布的频率范围;当组成光子晶体介质由双正材料置换成双负材料时,光量子阱阱层光子晶体的多能带结构合并成很宽且完整的单能带结构,即可使光量子阱透射谱实现连续频率分布的多通道滤波功能.光子晶体排列结构和不同介质对光量子阱透射能带结构的优化效果不同,对光子晶体量子阱的理论研究、实际设计和应用等,均有积极的指导作用.     

极化不敏感超材料的类电磁诱导透明特性研究

设计了一种由两个金属圆环构成的类电磁诱导透明超材料,该超材料具有极化不敏感的特性。利用CST Microwave Studio软件仿真得到了该超材料的电磁波透射曲线,在原本不透明的传输窗口得到了透射率为90%的传输峰,证明所设计的超材料具有类电磁诱导透明特性。研究了基板厚度、介电常数以及金属圆环宽度对该超材料传输特性的影响,并进一步研究了三圆环超材料的电磁特性。结果表明,该结构可以产生双透射峰的类电磁诱导透明现象,且对入射电磁波仍然具有极化不敏感特性。     

线缺陷光子晶体波导的透射特性研究

研究了光脉冲通过光子晶体线缺陷波导的透射特性.分析发现光子晶体线缺陷波导的透射行为与波导的几何尺寸有关.通过调制波导的几何结构可以获得较平坦的透射谱.另外发现耦合线缺陷所选择的点缺陷是影响线缺陷波导透射特性的重要因素,通过调节点缺陷的尺寸,缺陷间可以很完美的耦合并获得超平坦的杂质带.该分析结果为光子晶体线缺陷波导的设计提供重要参考.     

浅谈缺陷层对一维晶格声子输运的影响

我们运用连续弹性近似和传递矩阵的方法研究了缺陷层对一维晶格声子输运的影响,发现一维声学声子的能带谱线可以很好地与透射系数相对应。我们的计算结果表明缺陷层和周期会使能带出现新的峰,而且随着缺陷层和周期的增加,峰的形状会变得很深。然而,大多数的声学声子可以很容易地通过这种结构,但也有少数的声学声子只有很少的透射可能,且在透射谱线中形成相应的峰。     

掺杂激活杂质的异质结构光子晶体透射特性

利用传输矩阵法理论,数值模拟了一维异质结构光子晶体(AB)m(CD)m(GH)m(LK)m的透射特性。结果发现:当介质无激活杂质且不考虑吸收时,在较宽的禁带范围内出现多条透射率为100%的共振透射峰,透射峰的数目恰好与结构周期数相对应;当介质掺入激活杂质时,共振透射峰均出现透射增益现象;在不同介质层掺入激活杂质时,各透射峰的增益对介质的介电虚部响应灵敏度存在很大差异,其中以(CD)层介质掺入激活杂质时,灵敏度最高,增益极值也最大,其次为(GH)层,(AB)层和(LK)层较低。这些特性对设计新型光学器件有一定的参考价值。