复杂等离子体光子晶体能带结构计算

等离子体光子晶体是由等离子体和其他介电材料或者真空构成的,具有周期性结构,其可调控的带隙特性使得等离子体光子晶体在滤波器、等离子体隐身衣和等离子体透镜等军事医学器件制造上具有广泛的应用。因此,通过改变等离子体的密度、温度等参数来获取满足特定需求的能带结构特性便有着非常重要的意义。基于上述考虑,提出Petrov-Galerkin有限元计算方法来求解并分析等离子体光子晶体的带隙特性。该方法的核心思想是构造在边界上系数互为倒数的基函数和测试函数所构成的空间,在消除边界上积分的同时降低自由度。采用的网格为半笛卡尔投影网格,该网格能适应复杂等离子体柱形状。在建立弱形式时将界面非线性连续条件线性化,简化了界面积分项的处理。通过绘制数值算例的能带结构图,分析验证了等离子体电子密度、等离子体光子晶体柱的填充率和形状等因素对带隙宽度、带隙位置、耦合带隙以及截止频率造成的影响,从而实现等离子体光子晶体能带结构的可调控性。

声子晶体能带结构仿真的CS-FEM方法及其在拓扑优化设计中的应用

针对声子晶体拓扑优化设计时能带结构和灵敏度计算效率低的缺陷,构造了一种Cell-based光滑有限元法模型(CS-FEM),并结合双向渐进结构优化法(BESO)实现了声子晶体的带隙最大化设计。基于四边形单元构造光滑子域,将梯度光滑技术与Bloch定理结合,构建了声子晶体能带结构计算的CS-FEM数值模型,并将其用于正问题的仿真模拟。在渐进优化准则下,通过BESO算法完成了声子晶体的优化设计。数值算例表明:CS-FEM能够适当软化离散系统的刚度,提供更加准确、高效的能带结构仿真结果;基于CS-FEM进行正问题的计算,在优化设计中得到了最优的拓扑构型,并有效地提高了优化效率,对于实现声子晶体的高效设计具有重要的参考价值。

金刚石晶体能带计算与光谱分析

金刚石具有高热导率、宽光谱透过范围、大拉曼增益系数和大拉曼频移等优点,已成为拓展波长范围、获得高功率高光束质量新波长的重要拉曼介质。利用第一性原理对金刚石晶格参数、能带结构、态密度、声子谱等进行了计算,系统分析了结构特征、频谱、能带间隙及电子分布特性。在此基础上,考虑了金刚石的电子运动态以及电场方向对金刚石能带间隙的影响,发现金刚石在<100>晶向最易受电场影响,在<111>晶向最稳定。给出了金刚石晶体的全部本征振动模式和相应频率,分析结果表明泵浦光沿着<110>晶向入射、并沿着<111>晶向偏振时拉曼增益最大。同时讨论了光谱区域内多声子吸收机理,为金刚石拉曼激光效率提升以及波长拓展提供了理论依据。

h-BN型超晶格等离子体光子晶体能带特性研究

六方氮化硼(h-BN)晶格结构是一种类六方对称复式超晶格结构。具有h-BN晶格构型的光子晶体以其宽光子带隙特点受到国内外学者的广泛关注。本文利用不同尺度低压气体放电管与Al2O3介质棒周期性排列,构建了新型h-BN型超晶格等离子体光子晶体,实现其空间结构和等离子体参数的动态调控。利用微波透射谱对比研究了h-BN型超晶格与简单三角晶格等离子体光子晶体禁带位置、宽度和数目。分析了放电电流、介质棒阵列数对不同频段光子带隙的影响,以及电磁波入射角度对电磁传输特性的影响。结果表明:等离子体的引入不仅能够形成新的光子带隙,而且可以选择性地使部分禁带位置发生移动;相对于简单三角晶格,h-BN型超晶格等离子体光子晶体呈现出更多光子带隙;Al2O3介质棒阵列数对等离子体光子晶体禁带位置、宽度和数目均具有重要影响。电磁波入射角度变化越大,电磁传输特性差别越显著,透射谱相关性越差。本文所设计的新型h-BN型超晶格等离子体光子晶体为制作可调谐光子晶体提供了新的思路,在微波和太赫兹波控制领域具有潜在应用价值。

二维蜂窝状光子晶体能带的数学模型与仿真研究

该文基于有限元方法研究新型的二维蜂窝状光子晶体的能带结构,并运用数值模拟方法进行不同材料和结构参数的蜂窝状光子晶体的设计。对于二维蜂窝状光子晶体,在三角晶格胞元上采用线性有限元离散结合COMSOL软件可以实现晶格的能带结构求解,数值结果表明数学模型和仿真算法的正确及有效性。在带隙最大化的优化问题研究中,基于数值模拟方法和线搜索,探究二维蜂窝状光子晶体的参数与带隙的关系,并应用新型材料构造宽带隙的新型二维蜂窝状光子晶体结构,为新材料的应用提供数值模拟方法和设计指导。

4-氨基-1，2，4-三唑-5-酮的分子结构和晶体能带结构的理论研究

应用阿姆斯特丹(ADF)的密度泛函理论(DFT)方法对4-氨基-1,2,4-三唑-5-酮(ATO)进行了几何优化和频率计算,通过变换基组和相对论效应,对所得结果进行了比较。提供了计算所得的几何构型参数、原子间Mayer键级、原子净电荷和前沿轨道能量及组成。比较发现在ADF程序中基组对计算结果影响较大,采用TZP基组与实验相符最好。运用晶体场理论计算了ATO的晶体能带结构和态密度,其性质接近绝缘体。

双BGO晶体能谱测井

Ｃ／Ｏ测井可以利用ＢＧＯ晶体探测效率高的特点，在其探测器部分放置两个探测器，称为双探测器Ｃ／Ｏ测井仪，长短源距两个探头所测谱数据进行补偿，有效地去除了井眼条件的影响，提高了测量精度和油水差值，更加有效地区分油水层。

光敏剂酞菁晶体能带结构研究

利用旋转对称性能带程序 ,首次计算了酞菁化合物真实结构的能带 ,讨论了层间距畸变和层间交错对能带结构及导电性质的影响。层间距畸变使能带宽度明显变小 ,层间交错角在 2 2 .5°时 ,带宽最小 ,带隙最大。比较了酞菁简化模型与真实模型计算结果的差异。所得计算结果对酞菁类电导率有很好的符合 。

基于光弹效应的二维光子晶体能带结构特性研究

根据介质的光弹效应,采用有限元法对二维光子晶体的能带特性进行分析。给二维光子晶体施加应力时,由于构成二维光子晶体介质的光弹效应,引起介质的折射率变化,使得光子晶体的能带结构发生变化。详细分析了外加应力变化对基于Si/SiO_2二维光子晶体能带结构特性的影响,结果表明,禁带的起始波长、截止波长及禁带宽度的变化量与外加应力呈线性关系。

季戊四醇四硝酸酯晶体能带结构和起爆机理的DFT研究

对季戊四醇四硝酸酯 ( PETN)晶体进行 DFT-B3 LYP计算 ,求得其晶格能为 -1 .0 0 0 e V,与实验值相近 .前沿能带平坦 ,表明分子轨道能态受分子晶体场的影响较小 .硝基 O原子的较大贡献和酯 O原子的较小贡献共同组成价带上沿态密度 ,而空带下沿则由硝基 O和硝基 N原子共同组成 ,说明— NO2 基易于接受电子 .O—C键的重叠布居数明显比所有其它键的小 ,加之 O— C键鞍点偏离其中点 0 .0 2 2 nm,表明该键易于优先异裂起爆 .由重叠布居数可知 ,分子间 O…H存在较小的相互作用 ,[1 1 0 ]方向的撞击将使 O…H距离靠近 ,因而相互作用加强 ,还使 O—C键上的电子向 O原子转移 ,并大大减小该键的重叠布居数 ,因而促进了该键的异裂 .

基于边界元法的三相声子晶体能带结构的计算

发展了计算二维三组元局域共振型声子晶体带隙结构的边界元法,该方法在一个单胞内分别对基体和含有包覆层的嵌入体(三相材料)建立边界积分方程,在基体边界上施加Bloch条件,并考虑不同相之间的界面条件后得到一个线性的特征值方程。该方法的计算结果和对应的二组元体系计算结果进行了比较,结果表明,在三相体系中声波发生局部共振,此时中间包覆层材料的作用类似于一个软弹簧;而且由于包覆层材料的密度很低且声速很小,所以对应的系统共振频率较低,使声带隙出现在较低频段。另外,本文还分析了"包覆层"材料的特性以及边界元法计算三组元声子晶体的特点。

基于介电函数实验值拟合对一维光子晶体能带结构的分析与讨论

使用与在宽波段范围内TiO2,SiO2介电函数相似的指数型函数,利用数值拟合方法,给出了与实验介电函数值完全吻合的色散关系;将其直接应用于平面波展开法,计算分析了一维TiO2/SiO2色散光子晶体能带结构.与常规平面波展开法的计算结果对照发现,由两种方法分别计算得到的能带结构中均有两个较宽的光子带隙,但两者的带宽和位置均有所不同,且改进后的计算结果中未出现中间的一个窄带隙.分析认为,改进后的平面波展开法计算出的能带结构似更符合实际.

黏弹阻尼对一维杆状声子晶体能带结构频移的影响

为了明确黏弹阻尼对声子晶体能带结构的影响,根据黏弹材料的标准线性固体模型,利用平面波展开法的迭代算法对一维黏弹材料声子晶体的能带结构进行了理论计算和对比分析。与弹性模量为常数的完全弹性材料相比,黏弹材料由于其复模量的频率相关性,储能模量和损耗模量对声子晶体的能带结构都有重要影响,特别是损耗模量对声子晶体能带结构的影响在阻尼峰值附近的频率范围不容忽视。位于此频率范围的能带被调向更高频而其他范围的能带基本不变,从而使能带下方带隙增宽而上方带隙变窄。损耗模量对能带结构的这一特定调节作用为黏弹性阻尼材料应用于声子晶体提供了一定的理论基础,也为获得宽频带隙提供了一种新的方法。

一种研究一维光子晶体能带的新方法

为了精确地研究一维光子晶体的能带结构,利用一维光子晶体的色散关系,推导出一维光子晶体禁带和通带的频率宽度和频率中心的解析公式。利用它对一维光子晶体的能带结构进行了解析研究,得出了能带结构的精确值。这一方法克服了特征矩阵法等其他方法不能对能带结构进行解析研究和不能得到能带精确值的不足,因此它是一种研究一维光子晶体能带结构的更精确、更有效的方法。

一维光子晶体能带全貌特征的色散研究

利用—维光子晶体的色散关系,绘出了一维光子晶体TE波和TM波的能带随入射角和波长变化的三维立体图,并从俯视、主视、右视三个侧面,全面、立体地研究了一维光子晶体能带结构的全貌特征。利用这些特征能为设计一维光子晶体的全能反射器和大角度范围的起偏器提供理论依据。

一维光子晶体能带结构特性分析

基于平面波展开法,数值研究了不同参数对一维光子晶体带隙特征的影响。研究表明:归一化频率范围内的光入射一维光子晶体表面,产生多个光子带隙;当增大介质折射率差值时,带隙数量增多,带隙宽度增大,同时带隙中心频率向低频方向移动。实现全向光子禁带充要条件为,TE模式和TM模式的掠入射光锥内无传输态存在,同时,介质的布儒斯特角在光锥以外。

吸收对光子晶体能带结构的影响

引入复折射率并利用特征矩阵法,研究了光子晶体的吸收对光子晶体能带的影响。得出:在反射波中,禁带的反射率随消光系数的增加而迅速降低,当消光系数增加到0.05时,已经不存在明显的能带。在透射波中,随着消光系数的增加,禁带宽度逐渐扩大,禁带边缘逐渐模糊,当消光系数增加到0.02时,已经不存在明显的能带。

EHMO方法对CaF2晶体能带结构的研究

利用扩展休克尔方法结合特殊Ｋ点方案，采用自包容子程序，计算了离子晶体ＣａＦ２的能带结构，得出了价带位置和能隙宽度．能级结构计算结果表明，能级Γ１２位于Γ′２５之下，一些能级的位置被排斥上移，导带的最小点在Γ１，而不是像其他半经验方法计算的那样在Ｘ３．采用的方案计算简便，大大节省了计算时间，所得结果较好地解释了实验光谱数据．

含有缺陷的二维光子晶体能带特性

为进一步研究有缺陷光子晶体的能带特性,并以此作为光子晶体器件的设计理论依据,利用倒易空间的概念,得到了正方晶格的最小布里渊区的分布.采用时域有限差分加B loch边界方法得到了二维光子晶体的能带特性,结合超元胞的方法计算了含有点缺陷和线缺陷的光子晶体的特性,并且得到了缺陷模式的场分布,通过对能带特性的分析,将对光子晶体的研究从量子阱结构发展到了量子点结构.

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 .