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。

二维光子晶体三角形结构带隙研究

通过改变二维光子晶体三角形结构的晶格元胞半径、晶格周期和厚度,模拟其带隙变化,分析变化规律,为二维光子晶体集成波导提供理论基础。

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。

二维三角柱光子晶体的传输特性(英文)

利用时域有限差分方法对二维三角介质柱光子晶体的传输特性进行了研究,计算了不同晶格、同一晶格柱体截面面积不同、放置方位角不同、入射波入射方向不同时光子晶体的传输特性。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,三角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在一定范围内对光子禁带有重要影响;对不同入射方向时光子晶体的传输特性的研究结果表明,在低频范围内,入射角对禁带宽度和中心频率没有任何影响,在高频段,透射率随入射角变大而降低。研究结果为实验上制作三角柱光子晶体器件提供了重要的理论依据。

柱体截面不同三角晶格二维光子晶体完全带隙的研究

采用平面波展开法(PWM),研究以Ge为背景的空气柱构成的三角形结构二维光子晶体的带隙结构,考虑空气柱截面为圆形和六边形2种情况.结果表明:在介电常数和晶格常数不变的情况下,前者比后者更容易形成完全带隙,并且带隙宽度和相对带隙宽度也较大,前者完全带隙的最大宽度是后者的2.4倍,最大相对带隙宽度是后者的4倍.

二维复合三角格子光子晶体FDTD带隙结构分析

设计一种二维复合三角晶格结构光子晶体,采用时域有限差分法数值计算了这种光子晶体的带隙结构。计算结果表明,介质圆柱在空气中按复合三角形排列存在E偏振和M偏振模完全重叠的光子带隙区,即具有绝对光子带隙。绝对光子带隙的宽度与介质柱的介电常数有关,介电常数差越显著越有利于形成绝对光子带隙,且绝对光子带隙向近红外波段移动。

基于介质圆柱结构的复式二维光子晶体禁带研究

为提高二维光子晶体禁带带宽或产生完全禁带,利用平面波展开法对二维正方排列介质圆柱和三角排列介质圆柱结构以及改变其晶胞形成的复式结构进行了禁带研究。研究结果表明,对于介质柱结构,实现禁带中心频率低频化的方式有两种,即增大介质柱半径和增加介质柱折射率。当采用复式结构时,一般可形成较大的TM(Transverse Magnetic)禁带,同时为TE(Transverse Electric)禁带和完全禁带的形成提供了可能。通过改变晶胞结构,破坏结构对称性是实现完全禁带的一种可行方法。

二维正方圆柱光子晶体带隙的FDTD模拟

利用时域有限差分方法研究二维光子晶体传输函数理论,计算了各种情况下二维正方圆柱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带隙,带隙的宽度与入射光的偏振、圆柱的折射率、有无缺陷等因素有关.

三角晶格二维光子晶体带隙结构数值研究

为了详细研究三角晶格二维光子晶体的带隙结构特性,采用平面波展开法对该类光子晶体的能带结构作数值研究,计算不同参数下三角二维光子晶体的能带曲线.结果表明,三角二维光子晶体介质基质中空气柱结构比空气基质中介质柱结构在柱体半径相同时更容易形成完全禁带.特别对TE模式而言两种结构都较容易形成禁带,介质基质中的空气柱结构不存在完全禁带.

三角形结构复合二维光子晶体的透射谱

选择3种不同介质柱半径的光子晶体构造复合二维光子晶体,采用时域有限差分方法(FDTD),计算3种二维光子晶体和复合二维光子晶体的透射谱.结果表明:复合二维光子晶体的禁带宽度近似等于3种光子晶体带隙的叠加结果,结果还表明,随着介质柱半径的增大,光子晶体的带隙向长波方向移动.

结构参量对二维三角晶格光子晶体带隙影响规律的研究

本文利用了平面波展开法分别计算了二维三角晶格空气中介质柱和介质中空气孔两种形状的光子晶体,研究了填充率、介电常数对带隙宽度和中心频率的影响规律,研究结果对光子晶体的制作提供了理论依据。

二维三角晶格空气孔光子晶体直线型波导的TE波传输特性研究

本文利用了时域有限差分法(FDTD)研究了TE波在二维三角晶格空气孔光子晶体线缺陷形成的直线型波导中的传输特性,给出了在TE极化下缺陷的结构参量变化与波导的频带宽度、波导中心频率的变化关系,为制作二维三角晶格空气孔线缺陷形成的波导提供了理论依据。

二维光子晶体三角晶格滤波器

提出一种特殊结构的滤波器(在完整的二维光子晶体中移除相应的介质柱构成三角微腔的特殊结构)。运用时域有限差分法(FDTD)对该三角结构的滤波特性进行数值模拟,模拟的情况分为两部分,一部分是对不同的波长进行滤波实验模拟,另一部分是对不同的介质柱半径进行实验模拟。分别模拟介质柱的半径为0.1R,0.3R,0.6R。在不同的输入波长和不同的介质柱半径下,滤波器的滤波情况差别很大。计算结果表明:三角微腔滤波器对波长在2.35μm的光波透射率最高,其他波长的光波被耦合吸收,并且滤波器的滤波效果随介质柱半径的不同而变化,介质柱半径在r=0.3R时,滤波效果为最佳。

红霉素分子印迹二维光子晶体水凝胶传感器的研究

以红霉素为印迹分子,聚苯乙烯二维光子晶体为模板,甲基丙烯酸为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸甲酯为交联剂,2,2-二乙氧基苯乙酮为引发剂,紫外光引发聚合,在甲醇-乙酸(9:1,V/V)中洗脱印迹分子,得到能够特异性识别红霉素的分子印迹二维光子晶体水凝胶。通过测试德拜环直径变化,研究了此水凝胶在红霉素溶液中的响应性能。实验结果表明,当红霉素的浓度从0增加到1×10^(-6)mol/L时,德拜环直径增加6 mm,相应的晶格间距减小30 nm。此外,水凝胶在1×10^(-6)mol/L红霉素的类似物罗红霉素、琥乙红霉素溶液中,德拜环直径仅分别增加1.5和2.0 mm,表明此光子晶体水凝胶具有良好的选择性,有望用于红霉素低成本的简易检测。

用传输矩阵法(TMM)研究二维光子晶体传输特性

将传输矩阵法 (TMM )用于光子晶体传输特性的理论研究 ,采用Mur近似吸收边界和周期边界来截断计算区域 ,研究了以TM模正入射时 ,二维方格子光子晶体在完整周期结构下和有缺陷结构下的透过率谱 ;在微波波段制作了光子晶体模型 ,并设计了实验装置 ;实验与数值模拟计算取得了基本一致的结果。

二维硅薄膜光子晶体波导的设计及制作

为了制作可用于通信波段的二维硅光子晶体波导,研究了光子晶体波导的设计方法及制作工艺。应用平面波展开法计算了两种空气孔型光子晶体结构的TE波禁带,经筛选采用了三角晶格空气孔结构。同样利用平面波展开法计算了引入缺陷后二维三角晶格空气孔型光子晶体波导结构的TE波禁带,经对比发现归一化频率为0.295 7的缺陷态最适宜用来制备光子晶体波导,并据此设计了用于1.55μm波长的二维三角晶格空气孔型光子晶体波导,其晶格周期为458nm,空气孔直径为339 nm。对设计的结构参数进行了容差计算,结果表明误差在-3.95~5.65 nm方能满足设计要求。最后使用聚焦离子束刻蚀工艺,制作了所设计的波导结构,并进行了测试。测试结果表明,样品实际晶格周期为463nm,空气孔直径为344 nm,比设计值大5 nm,在容差允许范围内,满足设计要求。

磺胺二甲嘧啶分子印迹二维光子晶体水凝胶传感器的研究

以聚苯乙烯二维光子晶体为模板,磺胺二甲嘧啶为印迹分子,甲醇为溶剂,甲基丙烯酸为功能单体,二甲基丙烯酸乙二醇酯为交联剂,2,2-二乙氧基苯乙酮为引发剂,经紫外光引发低温聚合反应,用甲醇/乙酸(体积比9∶1)混合液洗脱除去印迹分子,制备得到能够特异性识别磺胺二甲嘧啶的分子印迹二维光子晶体水凝胶(MIPH).通过测试该水凝胶传感器在不同浓度的磺胺二甲嘧啶溶液中德拜环直径的变化,考察了其响应性能.实验结果表明,当磺胺二甲嘧啶的浓度从0增加到1×10^(-6)mol/L时,德拜环直径增加0.9 cm,相应的晶格间距减小46 nm.研究发现,当MIPH的交联度为10%,印迹分子与功能单体摩尔比为1∶75时,德拜环直径变化量最大.此外,该水凝胶传感器在浓度为10-6mol/L的磺胺二甲嘧啶类似物磺胺嘧啶(SDZ)、磺胺异噁唑(SIZ)及其它抗生素四环素(TE)、罗红霉素(RM)溶液中,德拜环直径变化量分别为0.4,0.3,0.25和0.2 cm,可见该传感器具有良好的特异性识别功能.将该传感器用于模拟水样及兽用药片中磺胺二甲嘧啶的测定,均具有良好的响应性.

二维函数光子晶体

光子晶体是由两种或两种以上不同介电常数材料所构成的周期性光学纳米结构.光子晶体结构可分为一维、二维和三维,其中二维光子晶体已成为研究的热点.可调带隙的二维光子晶体可以设计出新型的光学器件,因此,对它的研究具有重要的理论意义和应用价值.本文提出的二维新型函数光子晶体可以实现光子晶体带隙的可调性.所谓二维函数光子晶体,即组成它的介质柱的介电常数是空间坐标的函数,它不同于介电常数为常数的二维常规光子晶体.二维函数光子晶体是通过光折变非线性光学效应或电光效应使介质柱的介电常数成为空间坐标的函数.运用平面波展开法给出了TE和TM波的本征方程,由傅里叶变换得到二维函数光子晶体介电常数ε(r)的傅里叶变换ε(G),其傅里叶变换比常规二维光子晶体的复杂.计算发现当介质柱介电常数为常数时,其傅里叶变换与常规二维光子晶体的相同,因此二维常规光子晶体是二维函数光子晶体的特例.在此基础上具体研究了二维函数光子晶体TE波和TM波的带隙结构,其介质柱介电常数函数形式取为ε(r)=k·r+b,其中k,b为可调的参数.并与二维常规光子晶体TE波和TM波的带隙结构进行了比较,发现二维函数光子晶体与二维常规光子晶体TE波和TM波的带隙结构有明显的区别,二维函数光子晶体的带隙数目、位置以及宽度随参数k的变化而发生改变.从而实现了二维函数光子晶体带隙结构的可调性,为基于二维光子晶体的光学器件的设计提供了新的设计方法和重要的理论依据.

二维正方柱结构光子晶体禁带的研究

利用平面波展开法通过计算机模拟仿真对二维正方排列介质方柱和空气方柱结构以及三角排列介质方柱和空气方柱结构进行了禁带研究。研究发现:这四种二维光子晶体结构都存在完全禁带。介质方柱结构具有较大的TM禁带,而空气方柱结构具有较大的TE禁带。当介质方柱宽度增大时,禁带中心频率均向低频移动,而当空气方柱宽度增加时,禁带中心频率均向高频移动。当增大材料折射率时,禁带中心频率均向低频移动。对于空气方柱结构,应该选取高折射率材料,以提高完全禁带的带隙率。

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。