带边工作的光子晶体平板的设计与制作

光子晶体的带边群速度反常特性可以用于放大一些光学过程,从而在光电子学领域中具有广泛的应用前景.文中以SOI材料为例,利用3D PWE法对带边工作的光子晶体结构参数进行设计,采用电子束曝光和ICP刻蚀方法结合在SOI衬底的顶层Si上刻蚀三角晶格的空气孔形成光子晶体结构.并通过透射特性测量得到了带边的位置,发现与设计值存在一定的偏差,主要是实际制作的空气孔尺寸比设计值大的缘故.通过在同一样品上制作一组晶格常数相同、孔半径不同的光子晶体结构,得到了带边位置位于1548nm波长的光子晶体,与设计的1550nm基本相符.

FDTD方法验证左手材料光子晶体平板的负折射

为了验证光在负折射率材料的光子晶体中的传播,设计了一个点源成像系统,点源位于光子晶体平板的一边,通过基于FDTD方法的理论分析和仿真,光束通过光子晶体平板后汇聚在平板的另一侧。证明了在一定条件下,光子晶体内部发生了负折射现象。

一维平板掺杂光子晶体的滤波特性

利用电磁波在一维平板掺杂光子晶体中横向受限的条件,推导出电磁波在一维平板掺杂光子晶体中各个模式满足的关系式。研究了TE波和TM波各模式的缺陷模随模式量子数和杂质光学厚度的变化规律。利用缺陷模随模式量子数的变化规律可以实现多通道滤波,利用缺陷模随杂质光学厚度的变化规律可以实现调谐滤波。

有效折射率微扰法研究单缺陷光子晶体平板微腔的性质

应用有效折射率微扰法结合二维/三维平面波方法研究了施主和受主缺陷型H1微腔的性质,使用修正后的有效折射率可以准确地计算微腔的腔模频率,与三维全矢量时域有限差分法的计算结果很相近.对于施主型H1微腔,以介质带边为匹配标准修正的有效折射率计算的微腔腔模频率误差最小,而对于受主型H1微腔,匹配标准则应设置为中间带.有效折射率微扰法既可以将计算的维度从三维降到二维,大大减少计算所需的计算机内存和时间,又可以保持计算结果的准确性,这对于光子晶体微腔的广泛应用具有非常重要的价值.

平板光子晶体的全反射遂穿及其偏振特性

为了研究1维平板光子晶体的全反射隧穿效应，采用传输矩阵法进行了TE波和TM波大于全反射角入射1维平板光子晶体时所产生的全反射隧穿效应及其偏振特性的研究。结果表明，TE波和TM波的全反射隧穿峰的频率随平板厚度的增加向低频方向移动；全反射隧穿峰的频率随光子晶体的周期光学厚度的增加而减少。这一结果对认识光子晶体的传输特性是有帮助的。

平板光子晶体中电磁波的全反射贯穿特性

为了研究一维平板光子晶体中电磁波的全反射贯穿效应,利用传输矩阵法计算了电磁波在大于全反射角入射一维平板光子晶体的透射率。在透射波中发现了全反射贯穿效应。得出了全反射贯穿效应随模式量子数的变化规律,全反射贯穿效应随平板厚度的变化规律,全反射贯穿效应随周期光学厚度的变化规律。

平板型光子晶体液晶微谐振腔的温度特性

在二维光子晶体薄板的中心空气孔中填充厚度与光波长相当的液晶材料,形成平板型光子晶体液晶微谐振腔结构。用时域有限差分法研究了液晶微谐振腔的温度特性,并用Matlab编程进行了数值计算。计算结果表明,由于液晶折射率是温度的函数以及微腔对光波传输的约束,当温度升高时微谐振腔的透射峰波长向长波长方向移动,透射峰半高宽度减小,品质因子增大,谐振波长和品质因子随填充因子与平板厚度的变化曲线向增大方向移动,接近液晶相变点时微腔的温度特性变化更迅速。平板型光子晶体液晶微谐振腔的温度特性,为可调光子晶体器件的设计提供了理论基础。

正方排列芯壳型平板光子晶体禁带特性的研究

构建了正方排列的芯壳型平板光子晶体结构,发现这种芯壳型平板光子晶体较传统的介质柱型平板光子晶体能获得更宽的类TE禁带.分析了两种模型,一种是芯层折射率为3.5,壳层折射率为2;另一种是芯层折射率为2,壳层折射率为3.5,发现当芯层折射率大于壳层折射率时,光子禁带明显增宽.

平板光子晶体全反射贯穿效应的滤波特性

为了研究一维平板光子晶体中电磁波的全反射贯穿效应,利用传输矩阵法计算了电磁波在大于全反射角入射一维平板光子晶体的透射率。在透射波中发现了全反射贯穿效应。得出了平板光子晶体的全反射贯穿效应随模式量子数、周期数、平板厚度的变化规律。为设计性能优良的光子晶体滤波器提供了理论依据。

平板光子晶体的禁带特性分析

利用时域有限差分法研究了平板光子晶体的禁带特性。通过模拟仿真得出,随着棒结构和孔结构的平板光子晶体厚度的增加,其禁带宽度先增大后减小,存在最大值。对于棒结构的平板光子晶体来说,随着介质柱的半径的增大,禁带宽度逐渐减小。而对于孔结构的平板光子晶体来说,随着孔的半径的增大,禁带宽度逐渐增加。

平板光子晶体缺陷模特性的研究

利用时域有限差分法分析了平板光子晶体的结构参数对其禁带特性及缺陷模特性的影响。对介质中的空气组成的三角格子平板型光子晶体引入缺陷后,增大受主缺陷空气孔的半径会使其介质带上移,减小施主缺陷空气孔半径会使空气带下移。

平板光子晶体微谐振腔的共振散射和二次谐波光谱的研究

由InP薄板组成的平板光子晶体微腔,从其谐振模式获得横向极化的共振散射和二次谐波光谱成为一种新方法。这些技术可以用来对不包含共振发光层的大型微腔阵列做快速有效的检测。谐振腔是在包含周期性椭圆空气孔的六边形平板光子晶体上形成单一缺陷而得到的。这些谐振腔通常支持两个正交偏振的共振模式,使用一组相关的洛仑兹函数可以很好地拟合共振散射谱和谐波光谱。这些技术的相对优点在于与更常用的谐振腔加强型光致发光技术的定量比较上。

平板光子晶体微腔缺陷模的计算

采用时域有限差分方法结合群论知识,得到平板光子晶体微腔的缺陷模分布.采用对称化边界条件,首先通过宽频脉冲求解微腔所具有的缺陷频率,其次,对于确定缺陷频率,采用窄频脉冲保证只能激发所要求解的一个模式,将空间的电磁场值进行离散傅立叶变换求解其模场分布.计算结果表明,该方法能求解出微腔所有的缺陷模式.

Ka波段平板光子晶体波导传输特性测量

为了测量在Ka波段下空气孔型平板光子晶体波导的传输特性,提出采用从金属矩形波导将电磁波耦合进光子晶体波导并测量其传输特性的测试方案。根据两种波导传输模式的场分布,用两段介质尖劈作为电磁波从矩形波导到三角形晶格平板光子晶体波导的模式转换结构,该结构使用电磁场仿真软件找出最优结构尺寸。实验使用聚合物聚醚酰亚胺（PEI）作为介质材料,加工出实际结构,采用AV3629网络适量分析仪测试整个系统的S参数;结果在27~40 GHz之间的传输系数为？7 dB左右,将测试数据与数值结果相比较,并重新设置PEI材料的损耗参数进行仿真,最终,测试结果在损耗角正切为5×10？4的情况下与仿真数据相一致,表明本文提出的模式转换结构有效,平板型光子晶体结构在微波波段的应用打下基础。

结构参数对聚苯乙烯光子晶体能带结构的影响

本文讨论了平板式光子晶体能带结构的计算方法,并利用平面波展开法研究了聚苯乙烯材料制作的平板式光子晶体的能带结构与晶格类型、填充比两个主要结构参数之间的关系.计算给出了晶格类型及填充比发生变化时光子禁带的变化规律.研究发现,当填充比(r/a)介于0.1～0.5之间时,四边形晶格结构和六角形晶格结构奇模和偶模均存在光子带隙,蜂窝状晶格只有偶模存在光子带隙,而且只有当填充比r/a>0.46时才出现光子带隙.本文所得结果对聚苯乙烯光子晶体的制作和进一步应用研究奠定了理论依据.

六棱柱单元周期纳米结构OLED光提取效率研究

有机发光二极管(OLED)的发光效率很大程度上受到器件中高折射率材料(ITO/有机物)对导波光能量的制约。通过使用时域有限差分(FDTD)法,对在OLED中的氧化铟与氧化锡复合透明阳极ITO结构上覆盖3种基本结构的三角排列SINX六棱柱柱状光子晶体平板(PCS)的OLED结构进行了数值模拟,并对提高束缚于高折射率材料中的光提取效率效果进行了分析,给出了优化的几何参数及最合理的基本结构,为高性能OLED结构的设计提供设计依据。