二维正方形介质柱Square格子光子晶体的能带研究

利用平面波展开法计算了两种不同介质材料(GaAs,Ge)构建的二维正方形介质柱Square格子光子晶体的能带结构,研究了介质柱旋转角度、填充比及介质折射率对二维光子晶体禁带结构的影响。结果发现,介质柱旋转角度为0°时,完全光子禁带最大;由不同折射率材料构建的该结构光子晶体,在折射率n=2.57时,即有完全光子禁带产生,为实现用较低折射率材料构建完全禁带光子晶体提供了便利;n=4.10时,完全光子禁带达到最大,禁带宽度Δ=0.048(ωa/2πc)。该研究结果为二维光子晶体应用提供了理论依据。

斜入射角对二维正方形光子晶体带隙的影响

利用平面波法导出了光子晶体本征方程的矩阵形式,以此为基础计算了二维空气孔型正方形光子晶体在正入射时及斜入射时的带结构,并将带结构中混杂在一起的TE波和TM波的模式分离开来以分析斜入射角对带结构的影响.计算结果显示用电场E表示和用磁场H表示计算出来的结果完全一样,与电磁场是相互统一的结论完全吻合.研究还发现,TE波和TM波的第一带隙是完全分开的.随着波矢k的倾斜角度的增大,TE波的第一带隙逐渐减小并在波矢在(-1,0,1)平面内时完全消失.而TM波的带结构则随着波矢k的倾斜角的增大而变得平坦,带隙也是先随之增大,后又逐渐变小直至消失.

类正方阿基米德格子声子晶体的声学能带结构特性

利用平面波展开法计算了类正方阿基米德格子水/水银声子晶体能带结构。结果表明:与正方晶格水/水银声子晶体对比,单胞含有4个"原子"类正方阿基米德格子声子晶体存在各向同性带隙和高频带隙;在低频范围内,讨论归一化半径对类正方阿基米德格子和正方晶格水/水银声子晶体带隙相对宽度的影响,并比较它们带隙相对宽度,选择合适归一化半径值,这些类型声子晶体能够得到最宽的带隙。

基于晶格效应的光子晶体带隙特性研究

对10种类型阿基米德晶格按不同晶格点阵进行分类,利用平面波展开法数值计算了光子晶体的能带结构,讨论归一化半径对其带隙的影响,比较了低频带隙相对宽度值.计算结果表明:单胞含多个"原子"的类正方晶格和类三角晶格光子晶体均存在TM模各向同性带隙和低频带隙,还容易产生TE模和TM模的完全带隙,进一步分析发现(32.4.3.4)晶格和(3.6.3.6)晶格打开TM模的低频第1带隙下边界值为最小;选择合适归一化半径分别为0.2和0.26,类正方晶格和类三角晶格光子晶体都能够得到较宽TM模低频带隙的最大值,(32.4.3.4)晶格和(3.6.3.6)晶格获得低频带隙为最宽.典型复式晶格空气环/硅光子晶体能够获得较宽的完全带隙.研究结果为设计新型光学器件提供了理论依据.

二维类正方阿基米德格子声子晶体弹性剪切波能带结构研究

利用平面波展开法研究了二维类正方阿基米德格子(ladybug和bathroom)铝/环氧树脂声子晶体弹性剪切波能带结构。与正方晶格相比,ladybug和bathroom格子都存在高频带隙,而且bathroom格子带隙较宽;ladybug格子有两个各向同性带隙;在相同r0/a(散射体半径与其相邻中心距离比)情况下,分析了ladybug、bathroom格子和正方晶格声子晶体r0/a的变化对带隙相对宽度的影响,表明类正方阿基米德格子比正方晶格更容易获得带隙。

太赫兹波在光子晶体中的传输特性

为了研究太赫兹波在2维正方晶格光子晶体中的传播特性,利用平面波展开法数值模拟了光子晶体能带结构和态密度分布。计算表明,E偏振当填充率f=0.6362和H偏振当填充率f=0.7845时出现最大光子带隙,在f=0.7791出现最大完全光子带隙;增加介电常数的差值,也增加了太赫兹波在正方晶格光子晶体中传输的带隙;光子晶体态密度的分布验证了存在光子带隙的范围。研究结果为太赫兹波器件的开发提供了理论依据。

二维正方点阵固态声子晶体带隙研究

声子晶体对声子晶体带结构的研究具有极大的理论和应用价值.介绍了用平面波展开法计算二维正方点阵的固态声子晶体带隙的方法,研究不同截面形状的散射物对晶体带隙的影响.当填充分数F<0.5时,圆形截面散射物体系比正方形截面及长方形截面的体系有利于带隙产生,而当F>0.5时,则正方形截面的体系更优越.

二维光子晶体及其光子带结构研究

对二维光子晶体的电磁波理论及周期介质中的 Bloch波解作了详细的推导 ,给出了光子晶体中的禁带存在的理论依据 ,同时以正方晶格的二维光子晶体为例 ,验证了电介质圆柱在空气中的排列存在 E偏振和 H偏振的光子带隙重叠区 ,称为绝对光子带隙 .

长方格子光子晶体带隙特性

基于平面波展开法,以长方格子光子晶体带隙特性为研究对象,改变长方格子空气圆柱半轴a和b的大小,得到当a=b时形成较宽的光子带隙,随着b的增大,光子带隙逐渐减小。改变构成长方格子光子晶体基底的材料,得到Ge构成基底时形成较宽的光子带隙。研究结果为光子晶体器件的制作提供参考。

二维金属光子晶体的带结构研究

采用一种新的平面波展开法研究金属光子晶体的带结构,即在传统平面波展开法的基础上,将“原问题”拓展,引入一个“新问题”,通过求解“新问题”得到“原问题”的带结构,并论证了它们之间的关系.为了准确求解“新问题”,引入辅助函数,将其色散关系等价为一个积分微分本征方程,求解这个本征方程得到“新问题”的带结构,从而由此导出“原问题”的带结构.最后,以正方晶格二维金属光子晶体为例,进行数值计算,得到了满意的结果.

散射体形状为鸭式的二维正方光子晶体带隙的研究

运用平面波展开法,模拟计算了四种散射体横截面形状分别为圆柱形、沙漏形、元宝形和鸭式的二维光子晶体结构的带隙,并且四种散射体形状的对称性依次降低。结果表明,散射体形状为鸭式的二维光子晶体相比散射体为圆柱形、沙漏形、元宝形的光子晶体更容易产生较宽的完全带隙。并且还进一步研究了介电常数和散射体的大小半圆半径对鸭式二维光子晶体的完全带隙的影响,结果表明,当介电常数为26.6,大半圆半径为0.331μm,小半圆半径为大半圆半径的0.535倍时,完全带隙达到了最大值,该最大值为0.058(wa/2πc)。

二维正方晶格光子晶体禁带特性

基于平面波展开法,以碳化硅构成二维正方晶格光子晶体,数值模拟了TE模、TM模二维光子晶体的禁带特性,结果表明,TE模更容易形成光子禁带。同时设计了以碳化硅构成二维正方晶格光子晶体波导,数值模拟了TE模、TM模波导的传输特性和禁带特性,结果表明,TE模构成的波导电磁波能够较好的传播,它们的光子禁带都没有出现。研究结论为光子晶体波导器件的开发提供参考。