二维光子晶体中光传输特性的数值模拟研究

本文将时域有限差分方法(FDTD)用于光子晶体理论研究，计算了光子晶体的透射率频率分布；并依据此透射率频率分布，直观地给出了不同频率段的光在二维方型完整光子晶体和有缺陷光子晶体中的一些传输特性。     

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.     

基于非线性光子晶体设计全光二极管

针对光子晶体全光二极管在引入Kerr非线性情况下的非对称透射行为进行了研究,目的是实现高透射率以及最大对比度的全光二极管。采用有限时域差分技术的数值模拟方法结合理论分析方法对光子晶体全光二极管的各种性能参数展开研究。在研究中发现可以由两个尺寸不同但具有相同共振频率的缺陷对构建光二极管,在非线性情况下它的透射率和对比度都能获得较大的提高,即选择适当的入射光功率以及合适的缺陷尺寸我们能得到最佳优化的光二极管。     

光子晶体时域有限差分方法并行化研究

光子晶体的设计和模拟所需的计算量非常大,受到现有计算机计算能力的限制,对复杂系统的研究更是无法进行.研究PC-cluster体系结构上的大规模并行计算方法,建立时域有限差分方法光子晶体的并行计算程序,对透射穿过光子带隙材料的电磁波进行计算,这种方法对计算光子带隙和解决杂质问题效果较好.     

一维光子晶体的带隙分析

光予晶体是一类介电常数周期性变化的人工电介质材料,有着非常广阔的应用前景．通过时域有限差分法（FDTD）,研究了一雏光子晶体的带隙位置随着介质填充率的变化规律．随着介质填充率比值的减小,禁带中心位置向短波方向移动,说明调节一雏光子晶体的介质填充率来实现对禁带的调制是有效的．     

光子晶体耦合缺陷的透射特性研究

研究了光子晶体非线性点缺陷耦合结构的非对称透射特性.研究目的是如何提高透射率对比度.采用耦合模理论展开分析并运用基于时域有限差分技术的数值模拟验证其结果.理论分析发现,单向透射行为取决于结构的不对称和介质的非线性.因结构的不对称、光能量耦合进缺陷的程度与入射方向有关,导致透射率有差异.增加光波频率失谐δ的数值,则透射率对比度增强.当两个点缺陷耦合后,进一步提高了透射率对比度.数值模拟所得结果与理论分析一致.该结论为全光二极管的设计提供了理论依据.     

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。     

二维光子晶体可调谐光能量分配器研究

在四方晶格排列的二维光子晶体中移除一排介质棒形成线缺陷波导,在线缺陷波导的下方引入点缺陷．采用基于时域有限差分技术（FDTD）的数值模拟方法分析光波在两个通道中的透射特性,发现点缺陷可以选择特定频率的光波导通．当在点缺陷区域引入克尔非线性并选择具有一定频率失谐的光波入射时,从点缺陷波导输出的光透射率会随光功率的增大而增加．从而实现两个通道分光比的任意分配．该结论为设计光能量分配器提供了理论依据．     

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.     

一维无序光子晶体的光学透射特性

用时域有限差分法研究一维无序光子晶体的光学透射特性．结果表明：大折射率层无序和小折射率层无序对光子晶体的透射特性都有影响,但前者影响比后者更显著;当晶格常数不变时,其透射特性与随机分布有关,高频禁带的边缘向波源中心频率拓展,但与涨落系数的变化几乎无关．     

具有复介电常量一维光子晶体的特性研究

借助传输矩阵法,数值模拟了具有实介电常量和复介电常量一维光子晶体的带隙结构,发现具有复介电常量一维光子晶体的带隙出现增益,并对此作出了Imεα-R,Imεα-λ的关系曲线．这对研究和设计二、三维光子晶体具有一定的指导意义．     

基于光子晶体的高效太阳能电池反射器的研究

设计了一种一维光子晶体的太阳能电池底部反射器,采用平面波展开法(PWM)计算禁带,得到当两个材料的介电常数差越大时,完全禁带越宽,对于Si/Air和Si/SiO2都在700～1 200 nm出现完全禁带,在此基础上利用勒让德多项式展开方法(LPEM)对该结构进行最优化,寻找到了高反射率时周期层数N,并考察了当入射角度不同时反射谱效率的问题,得出随着入射角度的增加,两种不同结构的一维光子晶体完全禁带均出现蓝移,证明了此种结构反射器具有高效的全方位反射性。把这种结构的背反射层用作太阳能电池的反射器可以大大提高电池的捕光能力,从而提高太阳能电池的的转化效率。     

光子晶体与半导体电子晶体的比较研究

文章从空间结构、势场所满足的方程、带隙主要特征、理论研究方法等不同方面对光子晶体与半导体电子晶体进行比较分析,得出一些有意义的结论.     

光在部分无序二维光子晶体波导中的传播特性

用时域有限差分法研究了光在部分无序二维光子晶体波导中的传播特性．结果表明：介质柱的位置和大小无序对光予晶体波导的透射特性都有影响．仅当它的位置无序变化时,高频段缺陷带对无序度最敏感;仅当它的大小无序变化时,处于低频段缺陷带的高频端对无序度更敏感．当它的位置和大小都无序变化时,它的透射特性比仅受位置无序或大小无序影响更显著．     

大模场光子晶体光纤设计

全内反射型光子晶体光纤纤具有为高折射率,包层为石英-空气周期结构,光通过高折射率纤芯与低平均折射率包层间的全内反射向前传播.包层的周期结构要求也不严格,甚至可以无序.利用其特有的"无截止单模"特性,对大模场光子晶体光纤进行了设计.     

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。