层状复合介质柱二维光子晶体透射谱研究

针对用层状复合材料柱体构成二维光子晶体的这一设想,采用时域有限差分方法数值研究了多层复合介质材料在折射率、厚度、层数、组成次序等因素对组成二维光子晶体透射特性的影响。数值结果表明,透射谱中出现禁带宽度、中心频率所处位置都与单一介质组成二维光子晶体存在差别,特别是在多层环柱时变化更明显,因此在实际应用中,根据具体要求设计二维光子晶体比设计单一介质有更多的可调因素,为二维光子晶体的应用奠定了理论依据。

二维圆柱层状复周期光子晶体的透射谱

提出由圆柱柱体粗细及介电常数差异间隔构成层状复合周期结构的二维光子晶体,用平面波展开方法数值研究其传输特性,数值结果表明,在不同二维圆柱半径层状复周期结构光子晶体透射谱中,禁带位置、宽度,传导模的出现与间隔层柱体的粗细差异有关,差异越大,光子禁带越小,中心频率位置向低频方向移动;在不同介电常数构成的层状复周期结构中,介电常数差异越大,光子禁带宽度越小,同样中心频率向低频方向移动;当间隔的层状柱体层数达到一定值时,没有传导模式出现,在相同差异条件下,禁带与传导模式相关,还与晶格结构的类型、电磁波入射面柱体的摆放顺序相关。相关结论为扩展二维光子晶体的应用提供新的理论依据。

用转移矩阵法数值研究二维正方介质柱光子晶体的传输特性

利用转移矩阵方法对二维正方介质柱光子晶体的传输特性进行了研究,数值计算研究了不同晶格、同一晶格柱体截面面积不同、放置方位角不同时光子晶体的传输特性。数值结果表明光子禁带的宽度与中心频率和晶格结构有很大关系,正方晶格更易形成平坦光子禁带,柱体截面面积大,则形成的禁带较宽,在其他因素相同的条件下柱体放置的方位角对光子禁带有重要影响。数值研究表明在正方介质柱下设计宽平坦光子禁带时,可以首先考虑正方晶格结构,其次设法使柱体截面尽量大一些,最后可通过柱体放置方位角来微调光子禁带的宽度与中心频率以达到设计要求。

2维光子晶体中的掺杂效应数值研究

把平面波展开方法(PWM)用于2维光子晶体掺杂情况下透射特性的研究,计算得到了粗细不同的空气柱掺杂、相同半径不同介质柱掺杂、不同柱体形状掺杂情况下2维光子晶体的透射系数与入射光频率的关系曲线。结果表明2维光子晶体的禁带的宽度、位置、透过率与掺杂体半径、掺杂体介电常数、掺杂体柱体几何形状等因素有关,掺杂因素相差越大透射曲线变化越明显,特别是损耗介质的掺入更使得禁带可调要素增加。

负折射激活介质一维光子晶体超窄带滤波器研究

把一维时域有限差分方法用于可见光区一维光子晶体超窄带滤波设计研究,首先适当选择完整的一维二元光子晶体参数找到可见光区中的禁带,然后在完整一维光子晶体中间引入缺陷层可得到在某一波长出现超窄通带。进一步研究缺陷层参数物理厚度、折射率对超窄带的位置、透过率的调节,数值结果表明当缺陷层用无损介质时超窄通带的中心波长与缺陷层物理厚度、折射率有很大关系,透过率与它们关系不大。当介质是有损或激活介质时超窄通带的中心波长与介质折射率虚部消光系数、激活系数大小无关,消光系数越大透过率越小,激活系数与透过率没有线性关系但有最大值出现,当缺陷层介质是负折射材料时折射率数值在一定范围内取值同样会出现窄带滤波特性,折射率数值绝对值较大时在可见光区禁带中会出现多个透过峰。

二维光子晶体透射特性的FDTD数值研究

把时域有限差分方法(FDTD)用于二维光子晶体透射特性研究,计算后得到多种情况下二维光子晶体的透射系数与入射光频率的关系曲线,结果表明,禁带的宽度和位置与组成二维光子晶体的晶格结构和介电常数等因素有关,介质柱半径变大则禁带变宽且禁带的中心频率变大,介质柱的介电常数与本底材料的介电常数相差越显著越有利于形成禁带,降低结构的对称性,禁带宽度增大。

PBG-PCF基模特性全矢量平面波多极方法联合数值研究

用全矢量平面波方法与多极方法联合数值研究六重对称带隙型光子晶体光纤的基模特性.通过全矢量平面波方法可确定组成PBG-PCF的二维光子晶体的带隙,基模(束缚模)存在其频率要落在带隙内且须在k0a=βa的直线附近上部区域,在带隙外形成辐射(泄漏模).把频率作为输入变量用多极方法计算,数据导出用MATLAB数学软件作出模场分布图,结果发现,不是所有基模可能存在的区域都有基模存在,为带隙型光子晶体光纤的基模寻找提供一种可行的方法.

碳纳米管组成二维光子晶体的有效介电常数FDTD数值模拟

把有序排列的碳纳米管看做二维光子晶体,引入平均场方法,先计算单根纳米碳管的有效介电常数,再用时域有限差分方法(FDTD)计算碳管阵列的有效介电常数,其结果与Maxwell-Garnett(MG)法结果相比,更接近实验数据.

掺杂二维三角圆柱光子晶体传输特性研究

为了研究掺杂对二维光子晶体传输特性的影响,应用时域有限差分方法数值模拟了各种掺杂情况下二维三角圆柱光子晶体的透射率即光传输函数随频率的变化。数值结果表明,对于一定的入射方向,光子晶体中的带隙的宽度、中心位置都受到掺杂所处的位置、掺杂物的折射率、掺杂柱的粗细不同程度的影响。该结论为该类光子晶体的应用提供了理论依据。

用转移矩阵法研究无序对二维光子晶体透射谱的影响

将转移矩阵法(Transfer Matrix Method)用于数值模拟无序情况下的二维光子晶体传输特性.充分利用Fortran语言中的RAND函数分别研究了晶格结构无序、圆柱半径无序、柱体形状无序、介电常数无序对光子晶体传输特性的影响.计算了多种因素无序情况下的二维正方晶格光子晶体的传输函数随频率的变化关系.计算结果表明弱无序时柱体形状影响最大,最小是圆柱半径无序.这说明在一定的无序范围里,可以认为光子晶体的传输特性能够被很好地保持.在强无序时存在共同的现象就是在低频即长波段出现光子局域化现象,无序会影响二维光子晶体的带隙宽度、位置,在强无序时会出现多个共振模.

纳米光子晶体光纤中的缺陷态与光孤子通信研究

在描述一维光子晶体结构中的光学传输特性基础上,提出二维纳米缺陷态的光子晶体光纤概念,讨论光子晶体中纳米缺陷的形成机制。得出用纳米缺陷态在光子晶体光纤中的强三阶光学非线性和极少损耗特性建立全新光孤子光通信系统的可能性。

用一维多元光子晶体实现光学梳状滤波的数值研究

把传输矩阵方法推广应用于研究一维多元光子晶体实现光学梳状滤波。数值结果指出,要实现光学梳状滤波,首先要找到合适的组元个数,并通过调节组元位置和厚度找到所需要的禁带中心位置与宽度;其次根据梳状滤波的梳齿数目、位置和透过率等具体要求,通过调节缺陷组数、缺陷组相对位置、缺陷组各组元厚度而达到梳状滤波设计的目的。

二维周期复合介质构成的光子晶体能带结构

用平面波展开法计算复合介质构成的二维光子晶体的能带 ,计算结果表明当光的波长比介质的非均匀性尺度小很多时 ,出现较明显的带隙 ,在低频段即长波段该种复合介质的光子晶体可以用一等效的单层介电晶体代替 .

二维光子晶体中的无序数值模拟研究

应用on -shell方法研究弱无序情况下的二维光子晶体 ,无序的引入使得原来不透电磁波的禁带中 ,出现了共振模 ,即某一波长的电磁波可以透过 ,计算结果表明共振模的出现位置 ,条数多少及透过率随着无序程度的不同而变化。

多层石墨烯纳米膜的中红外窄带滤波特性调节

应用时域有限差分方法研究石墨烯纳米膜与折射率可调控基片铌酸锂间隔周期形成的多层结构在中红外形成的窄带带阻滤波特性的调节。通过控制多层石墨烯的层数对此滤波器特性进行调节,数值结果表明,随着层数的增加,透射率变低,最小透射率对应的波长变短,带阻宽度明显变窄,带阻特性曲线变得很尖锐;通过电压控制影响各层石墨烯介电常数的化学势的变化来调节带阻窄带滤波特性,数值结果表明,在层数一定时化学势越大,最小透射率对应的波长越短,层数数值大最小透射率在波长较短处变化,层数数值小最小透射率在波长较长处变化;最后,通过电压控制影响多层石墨烯中基片铌酸锂晶体折射率的变化来实现带阻窄带滤波特性的调节,数值结果表明,在层数一定时基片折射率越大,最小透射率对应的波长越长,层数数值大最小透射率在波长较短处变化,层数数值小最小透射率在波长较长处变化。

二维光子晶体层状超晶格透射特性研究

把平面波展开法(Plane Wave Expansion Method,PWM)用于数值研究圆柱柱体粗细及折射率层状间隔构成的二维光子晶体超晶格的传输特性.数值结果表明,层状超晶格的透射谱中禁带宽度在柱体折射率相同时与粗细柱体半径差异成线性关系,半径相差越大禁带宽度越小,禁带中心位置越向低频方向移动·在半径相同时禁带宽度与层间折射率差异同样成线性关系,折射率相差越大禁带宽度越小,禁带中心位置越向低频方向移动·因此人们可以根据实际应用中的禁带需要利用上述各种可调因素进行调节·

激励源对二维光子晶体传输特性的影响

用时域有限差分法(FDTD)分析了二维光子晶体的传输特性,研究了纯平面波源、高斯波源对传输特性的影响,指出在同一种激励源情况,二维光子晶体的传输特性与其入射角有关。

可见光区一维光子晶体纳米膜偏振带通滤波器的设计

应用一维时域有限差分方法研究各种条件下一维二元光子晶体的偏振带通滤波特性,具体数值分析了掺杂层位置、厚度、电磁参数、入射角度四种因素对偏振滤波特性的影响。数值结果表明传统意义上的光学多层膜是一维二元光子晶体在光学厚度满足四分之一波长时的特例;可见光区的偏振滤波器的窄带滤波特性与掺杂层的位置有关,掺杂层在整个膜中间位置时偏振分离效果好,掺杂层的厚度与周期层厚度相差越大则分离效果越好,两组元折射率相差越大越易形成禁带,入射角越大禁带越窄,偏振的分离度越好。特别是P偏振局域模更多;在线度参数相同的情况下介质电磁参数对禁带有较大影响,禁带只有在两组元折射率相差越大才能形成,介质损耗同样是不可忽略的因素;光源的入射角对禁带有重大影响。本文的研究对光子器件的设计有一定的指导作用。

纳米光纤与光孤子通信探讨

在普通光纤光孤子传输的行为基础上,提出纳米光纤概念,讨论利用纳米光纤的强三阶光学非线性建立的全新光孤子光通信系统

光学波段菲波纳契序列一维光子晶体纳米膜传输特性研究

为了研究光学波段菲波纳契序列一维光子晶体纳米膜的传输特性,应用传输矩阵方法数值模拟各种情况下的透射率即传输函数随频率的变化.数值结果表明在正入射时,菲波纳契序列一维光子晶体中的禁带宽度、中心位置、数目都与构成序列的项数、组元物理厚度、组成序列组元初始次序、组元折射率差值都对传输特性有较大影响,在可见光区组元折射率差值越大越易形成较宽禁带,进一步研究广义菲波纳契序列一维光子晶体纳米膜的传输特性,发现比典型情况更易在可见光区形成禁带.