二维光子晶体的完全带隙

为了研究二维光子晶体完全带隙的规律,采用平面波展开法模拟了4种结构二维光子晶体,在固定光子晶体周期常数a的情况下,研究完全带隙随柱半径r的变化规律。研究发现,六角晶格空气孔型光子晶体的完全带隙出现在r=0.42～0.50μm的范围,最大带隙宽度Δω1=0.08(ωa/2πc);方形晶格空气柱型光子晶体在r=0.47～0.50μm范围内存在完全带隙,带隙宽度Δω2=0.02(ωa/2πc)。完全带隙中心频率随r的增加而增加。六角周期和方形周期的GaAs介质柱型光子晶体不存在完全带隙。

利用复式原胞实现二维光子晶体中的完全带隙

为了实现二维光子晶体的完全带隙，采用不同结构的复式原胞，构成了一种复式光子晶体．用多重散射的方法，分别计算了不同占空比和内部参数，以及当光沿不同方向入射时s偏振波和p偏振波的透过谱．从理论上论证了在这种复式原胞的光子晶体中，只要选择合适的内部参数和占空比，就可以在二维复式光子晶体中达到三维光子晶体效果，即获得到完全带隙．

准完全带隙的光波段二氧化硅光子晶体材料的制备

光子晶体(photonic crystal)或光带隙材料(photonic band-gap material)是指具有光子禁带的周期性电介质结构。制造可见光波段的三维全带隙光子晶体是人们的目标。通过二氧化硅球自组装合成人工欧泊(artificial opal)是获得此种材料的可行方法之一。实验通过改进模具,选择乙醇作沉降介质,用二氧化硅球沉降法制备了有序性较好的人工欧泊,并对二氧化硅球排布进行了显微形貌观测及透射谱测试。分析表明,二氧化硅球排布为类面心立方结构;其带隙为准完全带隙。

三维光子晶体完全带隙的数值计算

基于时域有限差分法,用GaAs构成金刚石、木堆和面心立方三种典型结构三维光子晶体,数值计算得到三种结构中GaAs构成金刚石结构三维光子晶形成较宽完全带隙结构,最大完全带隙结构为0.1393Hz。改变金刚石结构三维光子晶体中小球介电常数,介电常数大的介质小球出现完全带隙结构的半径范围较大。结论为三维光子晶体的设计制备应用提供理论依据。

具有完全带隙的异质结构声子晶体的声波导特性

利用正方形和三角形结构声子晶体具有范围较大完全带隙的特性,设计了新型正方形晶格和三角形晶格构成的声子晶体异质结。采用平面波展开和超原胞相结合的方法研究了该异质结的能带结构特性。给出异质结的结构和相应的能带图,分析了异质结界面传导模,研究两侧结构作横向拉开和侧向滑移时对传导模的影响,讨论这些结构的实际可行性。计算结果表明,没有任何晶格移动,该结构异质结在完全带隙中就有传导模存在,界面两侧发生相对移动时,带隙内传导模的数量及位置都发生变化。

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.

woodpile结构中完全带隙的研究

介电常数沿不同方向周期性变化的woodpile结构三维光子晶体存在完全带隙,可以实现立体空间中对光的控制传输。鉴于此,采用时域有限差分方法研究了椭圆截面和长方形截面介质柱形成的光子晶体的完全带隙。结果发现,这两种情况都存在很好的完全带隙,且带隙的宽度受到介质柱不同截面形状的有效调节。

结构参数对二维光子晶体完全带隙影响分析

利用平面波展开法计算了二维三角晶格光子晶体完全带隙,同时改变光子晶体背景介质的介电常数和空气孔半径,背景介质的介电常数εb从8变化到38,空气孔半径从0.39a变化到0.51a,系统计算分析了影响完全带隙大小的因素。结果表明,当空气孔半径为0.492a时,背景介质介电常数εb为20时,带隙宽度出现最大值,其归一化带隙宽度为0.1387,中心频率为0.4447。完全带隙宽度随着介电常数的增大,在8<εb<18之间完全带隙宽度增加迅速,εb=20时带隙达极大值,随后趋于减小的趋势,其带隙的中心频率随着εb的增大而单调递减。

2维复式正方晶格结构的完全带隙研究

为了获得较大的完全带隙,采用平面波展开法对2维光子晶体的带隙结构进行计算,通过栅格结构连接方形硅介质柱对正方晶格的带隙结构进行优化。在适当调整介质柱宽度和栅格宽度后,所构成的复式结构获得了较大的完全带隙。结果表明,在正方晶格结构的情况下,只有方形硅介质柱且其宽度为0.5a(a为晶格常数)时,仅存在TE模的带隙;只有同周期硅介质栅格结构且栅格宽度为0.22a时,仅存在TM模的带隙;复式结构的情况下,适当调整介质柱宽度w和栅格宽度d,在w=0.5a和d=0.05a时,可以获得较大的完全带隙,其宽度为0.0417ω_e(ω_e为中心频率);在w不变时,随着d的变化,在0.04a～0.11a出现完全带隙;在d不变时,随着w的变化,在0.42a～0.76a出现完全带隙;在4～36的范围内调整介电常数,在8.41～36之间能够出现不同宽度的完全带隙。这些结果对2维光子晶体的制作和应用是很有帮助的。

二维复式晶格完全带隙光子晶体缺陷频率的分析

提出了一种具有完全带隙的二维复式晶格光子晶体,该晶体是在二维正方形格子中,旋转截面为正方形的柱子,同时在每个原胞中心引入圆形截面的柱子而形成的,并在其中引入点缺陷。运用平面波展开法并结合超晶胞理论分析此缺陷态光子晶体的频率特性。仿真结果表明,通过调节缺陷的尺寸、角度等结构参量,可以改变缺陷态频率的位置,使TE和TM模缺陷态频率一致,TE模和TM模同时谐振,处于缺陷态频率的入射光就能够完全耦合进点缺陷,具有较高的耦合效率。这种结构的复式晶格完全带隙光子晶体为制作完全带隙光子晶体谐振腔提供了理论基础。

不同参数声子晶体第一完全带隙影响因素研究

基于时域有限差分法研究了二维声子晶体的第一完全带隙,数值计算了不同基体和散射体参数下XY模式的带隙特性。结果表明随着散射体与基体密度比的增大,第一完全带隙增宽。同时研究了不同晶格结构参数和填充率参数对第一完全带隙的影响,三角晶格的填充率高于正方晶格,较宽的带隙范围。研究结论为声子晶体器件的设计提供理论依据。

结构参数对二维光子晶体完全带隙影响的研究

完全带隙的分布决定了二维光子晶体特性,采用平面波展开法对三角形结构二维光子晶体的带隙随结构参数的变化进行了研究,计算结果表明:对于空气孔型二维光子晶体,当介质比εb/εa=13时,最佳归一化半径为r/a=0.48,此时完全带隙底宽度最大,最大完全带隙的宽度△(?)a/2πc=0.0902;当归一化半径固定时, 完全带隙的宽度随介质比的变大而增加。

二维斜三角晶格光子晶体完全带隙研究

在二维正三角晶格光子晶体的基础上,通过改变晶体的晶格基矢构造了一种全新的周期结构。该周期结构的最小周期单元不再是传统意义上的等边三角形,而是一种更为优化的斜三角形结构。利用平面波展开法理论模拟了二维斜三角晶格光子晶体完全带隙的情况,发现所设计结构的完全带隙宽度是二维正三角晶格光子晶体完全带隙宽度的4.3 2倍。分析了介质柱宽度,介质柱旋转角度以及相对介电常数对所构造结构的完全带隙的影响,所得结果对二维光子晶体的理论研究和实际应用有所帮助。为任意角度的二维光子晶体集成波导的研究和制作提供了理论基础。

新型复式矩形光子晶体完全带隙分析

文章提出一种复式矩形光子晶体结构,首先利用平面波展开法（PWM）计算这种光子晶体的能带结构,然后对结构参数值进行优化,得到较大的光子带隙。分析结果表明,当采用单晶硅作为介质柱材料时,长方晶格的晶格常数比值为0.35~0.45,正方介质柱边长与长方晶格长轴比值为0.45~0.50,得到的完全带隙可达到0.50~0.58,完全带隙率达到近39%,这对于研制性能优良的光子晶体器件具有重要意义。

六边形光子晶体完全带隙特性的研究

应用时域有限差分法研究了硅材料构成的六边形光子晶体完全带隙特性,建立了六边形光子晶体物理模型。模拟得到了六边形光子晶体第一布里渊区特性图,32步、64步时的晶格矢量图。数值模拟了六边形光子晶体硅半径与归一化频率之间的关系,六边形光子晶体的完全带隙。并建立缺陷态结构,数值模拟了它的完全带隙结构。研究结论为六边形光子晶体的实验研究提供参考。

基于低折射率材料完全带隙光子晶体结构设计

通过降低正方晶格晶格结构对称性,采用晶格结构以及散射子结构简单的矩形晶格介质圆柱二维光子晶体,实现低折射率条件下完全带隙的获得.基于平面波展开法研究光子晶体完全带隙特性,研究表明:对于介质柱型二维光子晶体,无论矩形晶格还是正方晶格,都偏向于TM带隙的形成,但是晶格结构对称性的降低使得矩形晶格更益于TE带隙的形成,TE带隙宽度和数目的增加,使得矩形晶格介质柱型二维光子晶体可以实现低折射率条件下完全带隙的获得:当介质折射率大于2.0时,即可通过调节光子晶体结构参数获得完全带隙.

基于自组装法的可见区三维完全带隙TiO2空心微球光子晶体的研究

项目类型：面上项目 项目编号：50902013 项目摘要：可见区三维完全带隙光子晶体有着极其广泛而重要的实际应用，其制备仍然是目前光子晶体研究的难点。在已知的可用自组装法实现的光子晶体中，产生三维完全带隙所需的材料折射率都不低于2．8；而可见区三维完全带隙光子晶体对材料的折射率及透明度有着更苛刻的要求。本项目提出了一种空心微球非密堆积面心立方结构的光子晶体模型，初步优化结果显示，开通完全带隙所需的最小折射率仅为2．3，

类蜂窝状结构完全带隙二维光子晶体

通过在二维三角晶格中引入两个完全一样的介质圆柱构成了类蜂窝状结构光子晶体,并对其光子能带进行了频域计算。借助数值方法分析了介质柱位置改变对光子能带的影响,计算结果表明,这种类蜂窝状结构二维光子晶体可以产生很宽的带隙,而且在一定填充率下,可以通过调整介质柱的位置使完全光子带隙达到最大化。

空气环型二维光子晶体完全带隙特性研究

采用平面波展开法,系统研究了空气环型二维光子晶体的完全光子带隙随结构参数变化而改变的规律,并将其与普通的空气孔型和介质柱型二维光子晶体的完全带隙进行了比较.研究表明:空气环型二维光子晶体不仅可以获得更宽的完全带隙,而且,当介质折射率较低时,其可以获得普通空气孔型和介质柱型二维光子晶体在低折射率条件下所无法获得的完全带隙.

二维各向异性光子晶体完全带隙的增宽

介绍了光子晶体能带设计的一种新机制，利用各向异性材料制作二维光子晶体，可以大大提高光子晶体的完全带隙宽度．