基于二维光子晶体带隙的研究

应用平面波展开法对二维光子晶体分别在E偏振和H偏振下的带隙进行仿真计算,寻找到空气圆柱在背景基质硅中排列的四方和三角晶格光子晶体出现最大带隙时的孔隙率r/a=0.48,并算出它们的最大带隙宽度.对于四方晶格,最大完全带隙宽度ΔGmax=0.017（ωa/2πc）,归一化频率（ωa/2πc）范围在Δω=（0.448-0.456）,对于三角晶格,最大完全带隙宽度可达ΔGmax=0.076（ωa/2πc）,归一化频率（ωa/2πc）范围在Δω=（0.455-0.531）.研究结果对在实验上制作空气圆柱在背景基质硅中排列的四方和三角晶格光子晶体提供理论指导.     

二维三角晶格光子晶体的光子带隙分析

运用平面波法研究了光波由面内入射到二维三角晶格光子晶体时的光子带隙,详细讨论了原子半径、原子介电常数及引入不同结构缺陷对光子晶体光子带隙的影响.结果表明:一般情况下,TM波和TE波形成的光子带隙并不重合;引入不同的缺陷,在光子带隙的位置出现了不同个数的通带,频率范围很窄,近似为单一的频率,这为实现不同波长的光波传输提供了条件.     

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.     

光子晶体多量子阱结构的实现

用传输矩阵法理论,选择结构模型和参数匹配,通过计算机数值计算模拟的方法,构造光子晶体单量子阱结构、双量子阱结构及三量子阱结构等,为光子晶体设计不同频率位置的多系量子光学滤波器件提供指导,同时为深入研究光子晶体理论提供参考。     

超高斯脉冲在光子晶体光纤中的传输特性

基于非线性薛定谔方程和应用变分法导出的具有不同陡峭程度的超高斯光脉冲在光子晶体光纤中传输时的演化方程组,研究了超高斯脉冲在光子晶体光纤中的传输特性.导出了超高斯脉冲参数随传输距离的变化关系式,并对结果进行了分析讨论.结果表明:脉冲振幅和脉冲宽度满足绝热关系,频率保持不变,脉冲前后沿锐度对超高斯脉冲中心位置没有影响和脉冲在传输过程中会产生啁啾.     

飞秒脉冲在光子晶体光纤中的频移研究

基于耦合非线性薛定谔方程,通过数值模拟,研究了飞秒脉冲在光子晶体光纤中的频移现象.研究表明,不同的参数对频移有不同影响.     

分形康托多层结构的光学传输特性

在分形理论的基础上,将分形康托序列引入到一维光子晶体的设计中来,得到了一维准分形康托多层结构,采用传输矩阵法研究了分形康托多层结构的光学传输特性,讨论了该结构的分形维数以及光学传输谱的Scalability和Sequential Splitting特性.这种结构可用于超窄带光子晶体滤波器,在光学精密测量和光通信超密集波分复用等领域中有一定的应用价值.     

二维正方晶格光子晶体的光子带隙分析

运用平面波法研究了光波由面内入射到二维正方晶格光子晶体时的光子带隙,详细讨论了原子半径、原子介电常数及引入不同结构缺陷对光子晶体光子带隙的影响.结果表明:设置不同的原子半径和介电常数,可以得到不同波长范围的光子带隙;引入不同的缺陷结构,可以在禁带中形成不同频率的通带.因此,为了使不同波长的光波通过,可以在光子晶体中引入不同类型的缺陷.     

在低频区具有大带隙的长方晶格二维光子晶体

利用降低光子晶体的对称性来提高绝对禁带宽度，在长方网格边上加正方介质柱而构成像素型长方晶格二维光子晶体，用快速平面波展开法计算其能带结构，通过参数优化，在低频区找到最大绝对禁带宽度△ωe=0．119ωe（ ωe=2πc／a，a为晶格常数，c为光速），绝对禁带中心频率ωmid=0．829ωe，△ω/ωmid=14，4％。     

一种基于光子晶体多层结构的数据存储和识别

利用传输矩阵法计算了不同序列结构光子晶体的透射谱.结果表明,光子晶体的空间结构不同,则光子晶体的透射谱特征也不相同.当把光子晶体结构看作是一个二进制数据时,利用光子晶体透射谱和空间结构之间的这种特定关系,能够实现对数据的存储和识别.     

双正、双负和单负介质光子晶体能带的比较研究

利用传输矩阵法理论,对双正、双负和单负介质构成的对称结构光子晶体能带谱进行了对比研究,结果得到：由不同介质材料构成的对称结构光子晶体,其能带谱存在很大的差异,其中以单负介质光子晶体禁带宽度最宽,双负介质光子晶体次之,双正介质光子晶体的禁带宽度为最窄;当周期数变大时,光子晶体禁带中的透射峰带宽均逐渐变小并趋于尖锐,且以单负介质的光子晶体透射峰带宽减小的速度为最快;介质厚度dB对单负介质光子晶体的调制效果要优于对双正和双负光子晶体的调制效果;入射角对单负介质光子晶体能带谱的影响要大于对双正和双负介质光子晶体.不同介质材料构成的对称结构光子晶体的这些光传输特性,可为镜像对称结构光子晶体的设计以及窄带或是宽带光子晶体光学滤波器件等提供理论指导.     

正方介质柱二维光子晶体传输特性FDTD数值研究

把时域有限差分方法用于二维正方介质柱组成光子晶体传输函数理论研究,计算了若干情况下二维光子晶体的透射率即光传输函数随频率的变化。计算结果表明:对于一定的入射方向,某些频率的光不能在光子晶体中传播即出现所谓的禁带,禁带的宽度、频率范围与晶格结构、柱体截面大小及放置方位有关。     

一种快衰落信道中OFDM系统的Kalman信道估计方法

针对频率选择性快衰落信道的多径干扰和较大的多普勒频率扩展,提出了一种基于导频的低维Kalman滤波算法用于正交频分复用(OFDM)系统信道估计.为了简化计算,采用一阶自回归(AR)过程对时变信道进行建模.利用复杂度大大降低的一维Kalman滤波算法进行单个子载波的并行信道估计,并采用基于导频的最小平方(LS)算法估计时变的信道衰减因子a.为了同时跟踪信道的频域相关性,采用了最小均方误差(MMSE)线性合并器对Kalman信道估计结果进行修正.在5.5 GHz频段上的仿真表明了这种基于导频的低维Kalman信道估计方法,降低了传统的Kalman滤波结构的复杂度,能够跟踪信道的时频变化,并且在一定程度上可以接近于理想信道估计的误码率性能.     

基于一维三元光子晶体的全向可调反射器设计

基于一维三元光子晶体(CBA)^N结构设计了全向可调反射器，用传输矩阵法对该结构TE和TM两种模式的电磁平面波传输特性进行了研究，分别讨论并得到了在这两种模式电磁波下半导体GaAs厚度、入射角和外部压强等该反射器的结构优化参数。经过理论计算与数值模拟发现，用该结构制成的反射器对TE波与TM波都能产生全向的光子禁带，并且半导体GaAs的介电特性在近红外波段受外部压强调节，为设计该波段压强调控的全向反射器提供了理论依据。     

正负材料三分Cantor序列光子晶体的传输特性

利用传输矩阵法研究了由正、负两种折射率材料按分形三分Cantor序列,交替构成的一维光子晶体的传输特性.数值结果表明,这种新结构的光子晶体的传输谱,类似于普通正折射率的光子晶体,也展现出了较明显的自相似性;其传输谱禁带内新产生的共振峰数目及原有共振峰的分裂数目也呈现出特定的规律性.     

一维光子晶体对微带天线性能的改善

采用传输矩阵理论,分析了带缺陷的一维光子晶体的传输特性,随缺陷层厚度和周期数变化的情况,并把这种结构应用于微带天线中,通过HFSS软件仿真,结果表明,相比于普通的微带天线,光子晶体天线的谐振频率有所降低,方向性得到了很大的改善。     

光子晶体中层厚的非关联高斯随机分布对透射谱的影响

采用传输矩阵法研究了一维光子晶体中介质层厚度的非关联高斯型随机分布对光学透射谱的影响.数值计算了个体随机结构的典型透射谱和不同平均无序度结构的集合平均透射谱,对集合透射模数与频率的关系进行了统计分析.结果表明:集合平均透射谱与平均无序程度、频率和介质层数有关,介质层厚度的高斯型随机分布导致带隙展宽.     

用传输矩阵法(TMM)研究光子晶体的带结构和传输特性

将传输矩阵法(TMM)应用于一维光子晶体带隙和带结构方程,计算了介电常数不随频率变化和随频率变化的带隙和带结构,计算并说明了在有缺陷的情况下缺陷态(局域态)的存在.     

含一缺陷层一维磁流体光子晶体局域模磁场调控特性研究

基于磁流体的折射率磁场调控特性,利用传输矩阵法数值模拟了TiO2和纳米磁流体(水基Fe3O4)作为基元材料的一维光子晶体局域模的磁场调控特性.结果表明:具有(AB)NBB(AB)NA结构排列(N为正整数)的一维磁流体光子晶体的局域模波长会随着外加磁场强度的增大向短波方向移动,且最大调控量与周期数无关,折射率n c一定时,局域模波长随着介质层厚度的增大向长波方向移动;局域模的品质因子随光子晶体的周期数、介质层厚度的增大而增大.当光子晶体周期数一定时,局域模波长的调控量将随着介质层厚度的增大而增大.     

一维光子晶体中厚度无序对光传输特性的影响

研究介质层厚度的非关联无序变化对光波在一维光子晶体中传输特性的影响,采用传输矩阵方法计算透射谱.结果表明:光透射谱与无序程度、频率和介质层数有关,介质层厚度的非关联无序导致光子带隙展宽.