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。     

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。     

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。     

入射角对对称结构一维三元光子晶体透射谱的影响

用传输矩阵法研究对称结构一维三元光子晶体(ABC)n(CBA)n的透射谱,结果发现:随着n的增加,出现的单条透射峰越加锋锐;随着光入射角的增大,在TE偏振模情况下,窄透射峰向高频方向移动,在TM偏振模情况下向低频方向移动,而两种情况下的主禁带范围保持不变.这些传输特性为光子晶体设计和新型光学器件研制提供了有益参考.     

介质厚度对一维三元结构光子晶体透射谱的影响

用传输矩阵法研究各介质层厚度对一维三元光子晶体(CBA)m(ABC)m透射谱的影响,结果发现:在很宽的禁带范围内,仅出现一条透射峰,且随着m的增加透射峰越加精细;随着A、B、C各介质层厚度的增加,透射峰均向长波方向移动,三者厚度同时增加时透射峰移动速度最快,单层厚度增加时,增加C层厚度透射峰移动最快,B层次之,A层最慢;随着各层介质厚度增加,光子禁带向长波方向移动,各层厚度同时增加时主禁带移动的速度最快,单层厚度增加时,移动速度快慢依次为C层、B层、A层。随着各层介质厚度同时增加或是C、A单层增加,禁带加宽,但B层厚度增加禁带反而变窄。一维三元结构光子晶体的这些特性,为光子晶体设计不同频率范围的光学滤波器、反射器等提供指导。     

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.     

双缺陷间距对一维光子晶体带隙的影响

在一维光子晶体中掺杂两个不同介电常数比的缺陷层,基本周期层及两个缺陷层D1和D2的折射率分别取为(n2,n3)=(1.5,2.5),(n2',n3')=(2.0,4.0),(n2',n3')=(4.0,2.0);采用传输矩阵法,获得了光波正入射情形下,L n D1L m D2L n模型一维光子晶体的透射谱;取介质总层数为14层,即2n+m+2=14,通过调节参数m,分析并讨论了双缺陷层间距对一维光子晶体带隙特性的影响。     

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.     

掺杂一维光子晶体透射谱研究

用传输矩阵法计算模拟掺杂(含缺陷)一维光子晶体模型(ABCn AB)m 的透射谱,当n=1,(AB-CAB)m的透射谱出现了有规律的共振透射带,具有宽带滤波的特性,当m=10时,(ABCAB)10随缺陷层C的折射率nc的变化,禁带中心频率处(1.0ω/ω0)出现了一个带宽由大变小变化的透射带,且每个透射带又分裂为恒定透射率的多个透射峰;当m=10,n为奇数时,模型(ABC nAB)10 的透射谱出现奇数个透射带,n为偶数时,出现偶数个透射带,且每个透射带均分裂为9个透射峰.这些特性可用于设计可调性多通道滤波器等.     

介质光学厚度对双负材料光子晶体透射峰带宽的调制

采用传输矩阵法,通过编程计算模拟双负材料光子晶体(AB)mBCB(BA)m的透射谱,研究介质光学厚度对光子晶体带宽的调制机制,结果发现:当分别增大A或B介质层的光学厚度时,光子晶体的透射能带谱均向低频方向移动,且透射峰带宽均逐渐变窄,但透射峰的透射率保持100%不变;当C介质层光学厚度按负值减小时,光子晶体的透射能带谱则向高频方向移动,而透射峰的带宽也变窄且透射率保持100%;相对而言,B介质层光学厚度对带宽的调制最灵敏,A层次之,而C层最弱。介质光学厚度对双负材料一维光子晶体透射峰带宽的调制功能,为设计不同频率或波长范围的窄带滤波器、光开关等光学器件提供理论基础和现实指导意义。     

基于一维光子晶体掺杂结构的单通道滤波特性分析

采用传输矩阵的计算方法,研究了一维光子晶体掺杂结构对光传输特性的影响,利用MATLAB绘制不同结构参数的一维光子晶体第一带隙透射率图谱.通过绘图发现：对称一维光子晶体的周期结构（（BA）m（AB）m）,在带隙内部出现光子局域,在中心波长处产生共振隧穿效应;增加对称周期层数,能够降低隧穿效应的透射率,降低光子局域带宽;提高掺杂层折射率,降低光子局域带宽,局域中心向短波方向移动;增大入射角,光子局域中心向短波方向移动;选择适当的结构参数能够实现在1 550 nm光波附近的窄带滤波器的设计.     

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。     

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。     

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。     

两种因素对光子晶体缺陷模的影响

采用传输矩阵法,通过数值计算模拟的方式,研究周期数和缺陷位置对一维光子晶体缺陷模的影响,结果表明:对于镜像对称结构一维光子晶体,当两侧基元介质周期数不相等时,缺陷模的透射率下降,且周期不对称度越大,缺陷模透射率下降越快;对于含缺陷单元的周期性排列结构一维光子晶体,当含缺陷单元偏离周期性排列结构中间时,缺陷模的透射率下降,而且偏离结构中心越远,缺陷模透射率下降越快。     

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。     

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.     

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.     

二维光子晶体中的无序数值模拟研究

0　引言光子晶体是一种人工制造的新型光子材料 ,三维光子晶体首先在 1987年由雅伯罗诺维奇 (Ｙａｂｌｏｎｖｉｔｃｈ)制备成功 [1] ,接着一维 ,二维 ,三维光子晶体的有关实验与理论研究多了起来 [2～ 7] ,光子晶体由不同介电常数的材料间隔周期排列而成 ,当电磁波入射其上时在某一波段范围内电磁波不能透射过去 ,很象固体物理学中晶体的能带 ,所以引进禁带与带隙的基本概念 ,光子晶体具有很多方面的应用对其进行理论与实验研究对于发展非线性光学和光电子领域将具有广阔的前景。二维光子晶体是一系列介质园柱 (或球 )在空间二维周期排列 ,…     

一维光子晶体周期层厚度对禁带宽度的影响

采用传输矩阵的计算方法,分析一维光子晶体对光传输特性的影响,利用MATLAB绘制一维光子晶体不同结构参数对传输光的透射率图谱,寻找到在1550nm光波附近禁带宽度与层周期厚度的关系．