阵列类型对金属/电介质光子晶体强透射影响

设计了正方形和正六边形圆孔阵列组成的金属/电介质光子晶体(MDPhC)来研究阵列类型对其强透射特性的影响。采用微机电(MEMS)技术制作了两种具有相同结构参数的正方形和正六边形圆孔阵列组成的金/二氧化硅/硅光子晶体,利用傅里叶变换红外光谱仪测量其反射光谱。同时,也对这两种结构进行了时域有限差分法数值模拟。理论模拟和实验测量结果均表明,与正方形圆孔阵列相比,由正六边形圆孔阵列组成的MDPhC能够获得较强的光透射增强效果和较窄的透射峰。

一维金属-介质光子晶体光谱特性研究

采用干涉矩阵方法对一维金属-介质光子晶体的光谱结构进行了研究。结果表明介质材料的厚度、折射率以及金属材料折射率的虚部对光子晶体光谱的影响可以采用驻波理论较好解释。当金属材料的厚度大于其趋肤深度时,厚度的增加会导致光子晶体的透射率和吸收率均降低,但对光子晶体透射和吸收峰的位置没有影响。

电介质和磁介质光子晶体光学特性分析

从电磁场麦克斯韦方程组出发,将光子晶体的电磁场分析问题归结为求解电磁本征函数问题,明确求解光子晶体遵循的物理原理和数学方法.针对由电介质构成的光子晶体,分析该光子晶体周期结构下TE和TM入射光波的带隙特性和缺陷结构下的能量集聚特性,计算结果表明,光子晶体的频带特性与其几何结构紧密相关,通过改变光子晶体尺寸,可使其获得良好的带隙特性.针对磁介质构成的光子晶体,分析磁性光子晶体的频率特性,计算结果表明,磁性光子晶体具有和电介质光子晶体相似的光学性质,也具有频率禁带特性,其与入射波性质、光子晶体几何尺寸、磁介质参数紧密相关.

金属银对光子晶体光吸收的增强效应

构造含金属银缺陷的光子晶体模型(AB)m AGA(BA)m,利用传输矩阵法理论,通过计算机计算仿真的方式,研究了金属银缺陷对光子晶体光吸收特性的增强效应,发现当光子晶体中引入金属银缺陷后,光子晶体的光反射率和吸收率均得到增强。在400~1400 nm范围内,平均反射率增强到93.87%,平均吸收率增强到6.13%,且吸收率大小和位置可调。随着周期数m或B介质层厚度d B增大,光子晶体的光吸收率均得到增强,当m=5时吸收率高达98.72%,当d B=118.52 nm时吸收率高达99.59%,且吸收峰的位置随m增大向短波方向移动,但随d B增大向长波方向移动。随着光入射角度θ增大,光子晶体的光吸收率先增强到极大值后再逐渐减弱,且吸收峰的位置随入射角θ增大向短波方向移动。随着A介质层厚度d A增大,光子晶体的光吸收率减弱,当d A=73.22 nm时吸收率为98.72%,且吸收峰的位置随d A增大向长波方向移动。含金属银缺陷光子晶体的光吸收特性,可为新型光学吸收器、太阳能电池、滤波器和全反射器等材料研究和选择提供理论参考。

不同背景介质下金属Cu光子晶体带隙

提出了一种利用全反射抑制二维光子晶体表面电磁波泄漏的方法,并计算了不同背景介质下的二维金属Cu光子晶体的带隙结构,得到了带隙结构与填充率间的关系曲线.计算方法采用时域有限差分,金属型光子晶体由Cu柱构成.分别计算了以空气为背景介质和以PMMA为背景介质的正方晶格金属型光子晶体的带隙结构.研究结果表明:以PMMA为背景介质的正方晶格金属型光子晶体与以空气为背景介质相比,第一带隙更窄,第二带隙中心频率更低,且在填充率大于0.70时将会出现第三带隙.这对进一步扩展这种光子晶体的应用具有良好的参考意义.

一维金属—介质光子晶体的特性

利用特征矩阵法对一维金属—介质光子晶体的特性进行了计算,发现此种光子晶体具有可见光透明,微波、紫外高反的光谱特性,而且存在比一维介质光子晶体更宽、反射更强的全向带隙。

一维金属/介质光子晶体透射特性分析

阐述了一维金属/介质光子晶体的概念,采用时域有限差分法研究了不同金属等离子体频率和碰撞频率对一维金属/介质光子晶体透射特性的影响。计算结果表明,一维金属/介质光子晶体具有在可见光波段透明,在紫外波段以及红外至微波波段不透明的特性。对于结构相同的金属光子晶体,金属等离子体频率越低,金属光子晶体在可见光波段的透射允带就越宽,透射率越高,而金属的碰撞频率对透射允带没有显著的影响。

平面型金属-电介质光子带隙结构的表面电磁波传输特性

研究了一种平面型金属 电介质光子带隙结构的表面电磁波传输特性。该材料利用常规的印刷电路板技术制作 ,其金属单元的平面斑图 (pattern)分别为六角形和方形两种 ,空间层状结构为二层与三层两种。在 1～2 0GHz范围内对TE表面波传输情况进行了测试 ,观察到了TE表面波的能隙结构。不同结构的测试结果表明 ,三层结构的材料具有较低的禁带中心频率。用局域电感 电容模型定型解释了本文的实验结果。

太赫兹波在金属光子晶体中的传播特性

构造了一种适用于太赫兹器件的二维金属光子晶体结构.研究了晶格常数α=0.3mm的正方晶格二维铜介质柱光子晶体,这样的结构在工艺上相对容易实现.在0～2THz频段范围内,发现当金属柱半径从0.1α到0.3α变化时,随着圆柱半径的增大,禁带的中心频率上移,并且带隙的宽度增大;当金属柱半径为0.32α时,出现了两个禁带.研究结果为性能优良的THz器件开发提供了理论依据.

金属光子晶体禁带研究

通过数值方法计算了铜(Cu),银(Ag),金(Au),铝(Al)四种金属构成的光子晶体的禁带,给出了禁带与金属填充率f的关系曲线,对比了几种金属光子晶体禁带的差异.计算针对TM模的情况,取光子晶体的晶格常量a=0.775μm.

二维金属型光子晶体带隙研究

考虑金属的色散特性,运用时域有限差分方法计算了分别由Ag、A l两种金属构成的三角晶格二维金属型光子晶体的带隙结构,得出了带隙结构与填充率的关系曲线。以Ag填充率为0.6为例,三角晶格的第一带隙归一化频率的上限为0.90,第二带隙的范围为1.24～1.41;正方晶格第一带隙归一化频率的上限为0.70,第二带隙的范围为0.84～1.06。研究结果表明三角晶格金属光子晶体相对正方晶格具有更宽阔的第一带隙和中心频率更高的第二带隙。

金属光子晶体薄膜可见光和微波波段传输性能

一维金属光子晶体薄膜是由金属-介质多层结构组成的等效均匀的各向异性超构材料。相比单层金属膜层,该结构在色散调控方面具有更多的自由度。在该结构中由于表面等离子体激元(SPP)的存在,可实现倏逝波的定向传输。在本文中,等效介质理论、时域有限元差分法(FDTD)的计算结果和实验结果都表明,传输倏逝波的波长、频宽和强度可通过金属光子晶体结构调整实现主动设计。金属膜厚比例越小,传输波长的中心和截止波长越长,频带越宽。当金属膜层厚度小于SPP穿透深度时,可获得宽频段的倏逝波的传输。同时,对金属光子晶体在微波波段的传输性能也进行了研究,发现其在微波波段等效介电常数为负,具有良好的反射性能。该结构的屏蔽效能远大于厚度相近的ITO薄膜的电磁屏蔽效能。在厚度只有几百纳米时,该结构即可实现良好的电磁屏蔽效能。通过金属光子晶体薄膜可实现电磁屏蔽材料的薄膜化、轻质化和可视化。

液晶-金属光子晶体波导的光学特性

运用时域有限差分方法分析了二维液晶-金属光子晶体波导的光学特性。二维正方晶格金属光子晶体波导位于两个电极之间,其背景介质为液晶。通过在电极上施加不同电压,电场诱导液晶取向以改变液晶的折射指数从而改变光子晶体的带隙结构。数值计算结果表明:通过外界电场控制所填充的向列相液晶的方向可以对这种金属光子晶体波导的光学特性进行调节,该波导可用于制作光子晶体光开关等光学器件。

金属纳米薄膜对大孔径光子晶体光纤传感特性的影响

基于全矢量有限元法研究了金属纳米薄膜对大孔径光子晶体光纤(PCF)传感特性的影响。针对所设计的大孔径PCF传感模型,数值模拟了PCF材料中金属纳米薄膜厚度不同以及不均匀时所表现的吸收特性:当金属纳米薄膜的厚度为均匀的30 nm和40 nm时,分别在0.535μm和0.565μm处出现非常明显的吸收峰,且HEx11和HEy11两个模式完美简并;当有一个空气孔中的金属纳米薄膜厚度为30 nm,其他空气孔中的金属纳米薄膜厚度为40 nm时,HEx11和HEy11模式的损耗曲线明显不简并,能够表现出两种金属纳米薄膜厚度的吸收特性;模拟计算了所设计传感器不同测量方法所表达的灵敏度与分辨率。研究结果为PCF传感器中金属纳米镀膜的实际操作和使用提供了理论依据。

一维金属介质光子带隙材料的光学特性（英文）

本文描述了由不同厚度的ITO和Ag层制成的一维金属介质光子带隙材料1D M-D PBG的光学透射和反射特性。研究发现,单元尺寸小于80 nm的金属结构和较小的金属分数会导致光学透射率的提高。对于大于80 nm的单元尺寸,在可见光的低频和高频的频谱范围内反射率都相应增强。这是由于一种特殊结构和等离子体的带隙的作用。此外,在两个范围内的反射随着增加银膜厚度的增加而提高和扩大。结构引起的反射光谱随着单位尺寸的增大而增大,并且由于等离子体光子带隙的反射超出光学范围。研究结果对1D M-D PBG光学滤波器的设计有一定的参考价值。

金属光子晶体高功率微波模式转换器冷测研究

研究了同轴传输线中金属光子晶体的电磁特性,在此基础上优化了一种适用于窄带高功率微波源系统的金属光子晶体TEM-TE11模式转换器。该结构通过沿传输线角向部分填充的金属光子晶体实现移相。采用数值仿真程序对L波段模式转换器进行计算,在1.57GHz中心频率上,模式转换器转换效率为99%;在1.533～1.609GHz频率范围内,模式转换器效率大于90%,相对带宽4.8%。加工了TEM模式激励器和辐射天线,并在微波暗室对模式转换器进行了小信号测试,验证了模式转换器的性能。

同轴波导中二维金属光子晶体的电磁特性

在同轴传输线内外筒之间引入金属支撑杆,建立了同轴传输线中二维金属光子晶体的物理模型。利用等效电路方法分析其传播情况,通过低频和高频近似得到了两个特征频率。其中,金属光子晶体的第一个带隙从零频开始,到第一特征频率截止;第一个通带从第一特征频率开始,到第二特征频率截止;第一、第二特征频率与金属光子晶体的等效电参数相关。利用CST软件对模型进行了仿真计算,验证了等效电路分析结果的合理性。仿真结果显示,在沿纵向具有N个周期的有限结构中,光子晶体通带分裂成(N-1)个传输峰。并根据其电场分布得到了色散曲线。

低损耗高带宽金属光子晶体弯波导的设计

设计了一种采用金属材料的二维光子晶体波导。针对金属的色散特性,运用时域有限差分方法对3种二维结构的90°转弯波导的TM波传播特性进行了研究。给出了在合适的填充率下,转弯效率随周期变化的曲线。最后对其中较优的一种结构作了进一步优化,使其3dB时的带宽达到了99nm,目标波长处的转弯效率达到了98.2%。该结构的主要参数为:晶格常数α=1.190μm,金属柱直径R=0.809μm。

太赫兹波段金属光子晶体光纤增强拉曼散射现象的研究

深入探究了金属光子晶体光纤的表面增强拉曼散射现象,建立了时域有限差分法的平板结构的模型,利用观察到的超强透射现象得到了发生拉曼散射的理论依据。金属光子晶体在太赫兹波照射下的表面电磁场增强效果的实验中得到:入射波能量越大,更易激发产生金属光子晶体的表面等离子体共振,可以使金属表面的增强效果得到较大增强;拉曼散射效果在太赫兹波段内十分明显,吸收光谱效果和荧光效应也相对较小,能够显著提高灵敏度和分辨率。

一维光子晶体中金属层内的电场分布增强

利用传输矩阵方法,研究了一维电介质-金属光子晶体的光学传输特性和金属层内的电场分布情况。计算结果表明,通过引入增透膜和优化结构参数,可以明显改变电介质-金属光子晶体的光学性能:在19%透射率的情况下,金属层内的平均电场相对于入射光场可以达到77%;而在金属层内平均电场相对入射光场为28%的情况下,可得到72%的透射率。这种可显著增强金属层内电场分布并且透射率、金属层内场强可调的光子晶体结构有望在非线性光子器件中得到重要应用。