Science Letters: A completely open cavity realized with photonic crystal wedges

A completely open cavity, which is formed by three 60-degree wedges of a photonic crystal with negative effective index, is introduced. Such a realizable design for a completely open cavity (i.e., without any reflective wall in the radial direction) is the first of its kind ever been reported. Due to the negative effective refraction index of the photonic crystal and the high transmission at the photonic crystal/air interfaces, a closed path with zero optical path is formed for the resonance. The present open cavity is very suitable for use as a biosensor as it has large air wedges into which a liquid measurand can flow easily.     

光子晶体滤波器的滤波品质调制因素研究

利用传输矩阵法理论,通过数值计算模拟的方法,研究各种结构参数对光子晶体滤波器滤波品质的调制机制,结果表明:对于双正介质光子晶体,当光子晶体或光子晶体量子阱的排列周期数越大,或基元介质高折射率介质的折射率越大,光子晶体滤波器的滤波品质越高;对于单负介质光子晶体,当光子晶体介质层厚度越大,光子晶体滤波器滤波品质也越高;当双正介质光子晶体的介质换成双负介质时,光子晶体滤波器的滤波品质会降低,但随着双负介质折射率的负值增加,滤波品质会上升。光子晶体或光子晶体量子阱结构参数对滤波器品质的调制机制,为设计光子晶体滤波器以及形成其有效调制机制提供理论参考。     

一维光子晶体中多负折射率缺陷导致的缺陷模

利用传输矩阵方法研究了多个周期性分布的负折射率缺陷的一维光子晶体的透射谱.以32个周期的1/4波堆存在5个负折射率缺陷的光子晶体为例进行了数值计算.结果表明:在带隙中产生多个缺陷模,这些缺陷模的分布依赖于缺陷在晶体中的分布.当缺陷密集时,缺陷耦合较强,缺陷模相距较远;当缺陷稀疏时,缺陷耦合较弱,缺陷模相距较近,分立的缺陷模趋于简并,由此形成一个很窄的通带.与正折射率缺陷情形相比较,负折射率缺陷间的相互作用对缺陷模的影响更大,缺陷模谱线也更宽.     

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.     

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.     

稀土掺杂NaGd(WO4)2反蛋白石光子晶体的制备及其发光性能

使用水热法合成了NaGd(WO4)2:Yb3+,Er3+,Tm3+荧光粉,借助PMMA胶体模板自组装法制备了三维反蛋白石光子晶体,并表征了样品的表面形貌和结构特征。样品具有四方晶系NaGd(WO4)2的晶格结构,电子显微镜观察到规则排布的微球蛋白石模板和退火之后形成的正六边形空腔结构。光谱测试发现,在反蛋白石光子晶体微孔直径185 nm左右时,得到了相对最强的发光增强效果;实验样品中光子带隙的存在显著增强了蓝光发光而抑制了红光发光,导致光子晶体样品整体发光从荧光粉的暖白光转变为偏绿色。对比荧光粉样品,反蛋白石光子晶体样品中Er3+离子4S3/2→4 I15/2的发光寿命显著增加,但光子带隙的变化对寿命影响不大。与参考样品相比,反蛋白石光子晶体样品对温度淬灭现象具有显著的抑制作用。     

负折射介质的物理特性

负折射介质具有许多独特的物理性质,即反常折射现象、自聚焦效应、逆Dopp ler频移和反常Cerenkov辐射等,这些性质为人们提供了控制光的全新手段,具有良好的应用前景。先回顾了负折射介质的研究历史,然后对负折射介质主要物理性质的物理机制进行了详细的解释,最后简单介绍了光子晶体负折射效应。     

二维光子晶体的电磁波理论及光子带结构

对二维光子晶体的电磁波理论及周期介质中的Bloch波解做了详细的推导；给出了光子晶体中禁带存在的理论依据；同时以三角格子晶格的二维光子晶体为例，验证了空气圆孔在电介质栅中的排列存在E偏振和H偏振的光子带隙重叠区绝对光子带隙．     

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.     

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.     

用平面波法计算光子晶体光纤

本文讨论了平面波法在光子晶体光纤中的应用,在光子晶体光纤的横截面内选取包含芯层的一个大晶格,形成一个假想的二维周期结构,用平面波将模式磁场展开．就可以求解任意横截面光纤中的麦克斯韦方程。     

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.     

蛋白石光子晶体能带结构分析中的Mie散射理论研究

根据Mie散射理论和低浓度近似下,对在红外区高折射率半导体材料作为散射体的蛋白石及反蛋白石能带结构进行了理论研究,发现在浓度为10%,折射率比值大于3.8,无吸收状态下,此类晶体将出现两个能带.同时为此类晶体的能带结构研究提供了一个比较理想的处理方法.     

有缺陷的一维三元光子晶体透射谱特性的研究

运用光学传输矩阵理论,研究了有缺陷的一维三元光子晶体的透射谱特性。数值模拟结果表明:光子晶体透射谱特性将受到缺陷层折射率和光学厚度的影响。     

蜂窝晶格光子晶体偏振分束器的设计

提出一种基于二维蜂窝晶格光子晶体介质柱型微环偏振分束器,并运用二维时域有限差分方法数值分析了该环形谐振腔外围周期和环区局部折射率调制对下路效率、品质因子以及下路波长等参量的影响.结果表明,对于TM偏振光,垂直外围周期d对波长的影响比较明显;对于TE偏振光,水平外围周期L对其下路效率和品质因子的影响比较明显,而d对下路波长的影响比较明显.同时,当环区局部折射率从3.39变化到3.46时,对于TM/TE偏振光,其波长位置基本保持一致.     

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.     

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.     

THz频域层状一维光子晶体光纤的设计

针对传统金属微波波导和介质光波导难以解决飞秒激光脉冲作用于光电导天线或光整流晶体产生的0.1-4THz脉冲辐射传输中的群速色散问题,光子晶体光纤在色散设计方面具有很强优势.本文利用光在多层介质中传输的传输矩阵法对层状一维光子晶体光纤进行数值计算,并通过对THz频域材料特性的研究,设计出适合于传输0.1-1THz频段的层状一维光子晶体光纤.     

光子晶体的发展历程与前景

1987年,一个新的概念,光子晶体的概念,震动了世界。1991年,这个概念成为现实,世界上第一块完全禁带光子晶体诞生了。先子晶体使人类自如地控制光的流动的梦想即将成真,具有极其巨大的应用价值和极其广阔的应用前景。光子晶体正处于蓬勃发展期,其未来充满挑战和希望。     

二维光子晶体中的缺陷数值模拟研究

应用On-Shell方法研究带缺陷的正方二维园柱光子晶体，缺陷的引入使得原来不透电磁波的禁带中，出现了缺陷模，即某一波长的电磁波可以透过，计算结果表明缺陷模的频率与透射率随着缺陷的性质，即缺陷的大小和折射率及缺陷两边的层数而改变。