光子带隙

摘要： 光波单向传输器件在全光计算和信息处理方面具有重要应用.本文提出一种具有完全光子带隙的硅基空气孔光子晶体漏斗型光波导结构,在光通信波段可实现单向传输特性.漏斗型光波导可打破光波对称传输,引入点缺陷通过模式转换与失配进一步抑制反向透射,并研究了不同的点缺陷类型与位置对反向透射的影响.采用时域有限差分法进行数值计算,优化选取了最佳的点缺陷模式.结果显示,单柱型点缺陷在向左移动5a(a为光子晶体晶格常数,a=470 nm)时,横电(TE)偏振光在工作波长1550 nm处正向透射率为0.716,透射对比度为0.929,工作带宽为111 nm.另外,本文提出的光波单向传输器件结构简单、工艺要求低,有望为集成光路中单向传输器件设计提供新的解决方案.

摘要： 随着红外探测技术的飞速发展,红外隐身材料的研制与应用在世界各国受到强烈关注。光子晶体凭借其带隙的可调控性脱颖而出。利用带隙处于红外波段的光子晶体作为表面涂层材料能够有效改变目标的红外辐射特性,实现红外隐身。利用理论和实验验证相结合的方法,对基于胶体基元自组装技术制备蛋白石型光子晶体红外隐身材料进行研究,为新型红外隐身材料的发展提供理论指导和技术支持。根据布拉格衍射定律分别确定带隙处于红外探测仪和红外夜视仪的检测波段(3~5μm和8~14μm)的光子晶体胶体基元直径范围,并通过分散聚合法合成1~2.21μm单分散性良好的聚苯乙烯胶体基元。对垂直自组装法、重力沉降法和层层自组装法3种常用的胶体基元自组装方法进行研究,提出一种恒温水浴烘培法。研究结果表明,采用该方法得到的光子晶体结构规整,带隙范围内红外透射率从80%可降至25%,红外热成像仪测试显示对60°C的背景材料红外隐身效果好;该方法具有实验设备和工艺简便、耗时较短(仅3 h)、适用微球种类多、阵列规整有序等优点。

摘要： 光子晶体是由具有不同介电常数的物质,在空间按照周期性排列形成具有光子带隙的介电结构材料.光子带隙中的慢光子和带隙反射可以促进光子的捕获和控制光与物质之间的相互作用.基于光子晶体独特的光学特性和较大的比表面积,将光子晶体结构引入到半导体光催化材料的设计中,可以有效地增强光催化反应活性.本文介绍了三维光子晶体的制备方法及慢光子效应,总结了光子晶体特别是反蛋白石结构的光子晶体作为光催化剂在废水净化、制氢、二氧化碳的转化等领域的研究进展,并针对光子晶体光催化剂面临的挑战,提出了开发具有不同折射率和周期性的多层三维光子晶体,促进光子晶体在光催化领域的应用.

摘要： 除了通过改变胶体粒子半径及晶格常数来实现对光子带隙的调控方式之外,能否利用不同尺寸粒子的混合精确控制胶体光子晶体的显色行为是人们关注的一个重要科学问题.在分析Fe3O4@SiO2胶体光子晶体的带隙范围与介电常数、电磁波入射角度、晶格常数、颗粒尺寸、SiO2包覆层厚度的依赖关系的基础上,利用数值仿真手段对不同尺寸粒子混合得到的光子晶体的光传输特性进行了研究.结果 发现,两种粒径的磁性胶体粒子按不同质量比混合后,其光子带隙位置始终落在两种粒径胶体粒子各自形成光子晶体的带隙位置之间,且随着大粒径颗粒掺杂比的增加,反射光谱逐渐红移.这一结果证明混色原理对胶体光子晶体仍然是适用的.该结果对研究胶体光子晶体结构色的新型调控方式具有重要的参考价值.

摘要： 等频面的拓扑结构强烈影响光在材料中的行为.通常组成光子晶体原胞的材料都是介电材料,其等频面都具有相同的封闭拓扑结构.结构最为简单的光子晶体是由两种介电材料交替组成的一维光子晶体.然而,这种传统的光子晶体在横磁和横电偏振下的光子带隙将随着入射角的增大而向短波方向移动,既不利于全向带隙的产生与展宽,又使得基于光子带隙的一些应用限制在很窄的入射角度范围内.本综述利用双曲超构材料对电磁波相位的独特调控作用,在由具有开放的等频面的双曲超构材料和具有封闭的等频面的普通介电材料交替组成的复合周期结构中实现了随入射角零移以及红移的特殊带隙,为研制具有新型功能的光学器件提供了新机理.基于零移带隙,可设计具有固定带宽的全向反射器和宽角度的近完美光吸收器.基于红移带隙,可设计宽角度的偏振选择器和超灵敏折射率传感器.

摘要： 受天然晶体中电子能带理论研究方法的启发,一系列的理论和实验证实,如果结构功能材料中的介电常数在光波长上进行周期性变化,光子和周期性结构相结合,将会产生类似于半导体中电子禁带的能带结构,称之为光子带隙,这种周期性结构称为光子晶体,这一概念由Yablonovitch和John分别提出。

摘要： 采用具有电压补偿机制的程控阳极氧化电压波形设计,成功制备出周期结构明显改善的高品质TiO2纳米管光子晶体.研究表明,适当的补偿电压能有效地解决在阳极氧化过程中因电流衰减导致TiO2纳米管光子晶体周期结构均匀性降低的难题,可使其光子带隙的品质明显提高;此外,通过对阳极氧化高低电压持续时间及反应过程中温度的调节,可实现对其光子带隙位置在可见光范围内的有效调控,并发现TiO2纳米管光子晶体的电子带隙宽度,随阳极氧化高电压持续时间的增加略有变宽,随电解液温度的升高而变窄.

摘要： 本文研究了Eu3+掺杂的TbPO4反蛋白石光子晶体的光致发光性质。研究发现：光子带隙增强了Tb3+离子到Eu3+离子之间的能量传递。当给体Tb3+的发射峰和反蛋白石光子晶体的光子带隙重叠时，在光子带隙调制作用下，给体Tb3+通过自发辐射传播释放光子的过程受到抑制，而通过与受体实现能量传递的过程成为给体从激发态回到基态的主要方式，光子带隙增强了稀土离子之间的能量传递，从而增强受体Eu3+的荧光。

摘要： 本文设计了一种微带光子带隙结构,并采用时域有限差分法分析了该结构的S参数。采用人工神经网络对该微带PBG结构进行建模,将其结构尺寸和频率作为输入样本,传输系数作为输出样本,采用BP算法对神经网络进行训练。训练完成后,在学习范围内将其结构尺寸和频率输入到神经网络模型,从输出端即得到准确的传输系数。

摘要： 本文对近年来真空电子器件研究中出现的一些新概念、新设想进行了介绍和评述.随着毫米波(mmW)和太赫兹(THz)频域的进一步开拓,对工作在这些频域真空电子器件的频率、功率、带宽、效率和微制造提出了更高的要求.带状电子注和多电子注是提高器件功率的重要途径;光子带隙技术和真空电子器件的结合为新型器件的发展提供了新的方法;陶瓷行波管的研制给我们带来全新的概念,特别是纳米真空三极管和光三极管概念的提出,为真空电子器件回归数字电路技术展示出令人鼓舞的前景.

摘要： 响应性光子晶体是一种可以控制和改变光传播的光学材料,这类材料因其在防伪、生物化学传感器、光子墨水以及光电显示等领域的应用潜力受到了广泛的研究.液晶材料由于具有独特的光学性能以及外场敏感性,在应用和基础研究领域一直是人们研究的热点.其中,液晶中的胆甾相液晶和蓝相液晶作为一维和三维的光子材料而受到人们的广泛关注.另外，基于液晶分子(特别是向列相液晶)排列对温度、电场、光及磁场等外界刺激所具有的敏感性，将液晶分子与其它光子晶体复合可制备液晶/光子晶体复合材料，便可以利用外场刺激来调控复合光子材料的光学性能。之前的研究报道多集中在利用小分子液晶对光子晶体的光子带隙进行调控。 最近，开展了一系列基于液晶弹性/液晶网络聚合物的复合光子薄膜的组装及调控的研究。1)将三维二氧化硅蛋白石光子晶体与液晶弹性体相结合，制备出了外观形状和光子带隙均可以通过改变温度进行可逆调控的二氧化硅蛋白石光子晶体/液晶弹性体复合光子材料;2)采用分步紫外光照聚合法，同时外加电场对光子晶体晶面间距的调控作用，制备出了具有双结构色图案化的液晶弹性体反蛋白石光子晶体薄膜，并且通过改变温度可以对薄膜的结构色进行可逆的调控。3)以二氧化硅蛋白石为模板制备了具有热调控形状记忆效应的液晶网络聚合物复合光子薄膜。在报告中将对上述复合光子体系的制备、调控及响应机理进行详细的阐释。

摘要： 采用平面波展开法数值计算了对二维光子晶体在TE和TM偏振态下的带隙进行了计算,给出了光子晶体中的禁带存在的理论依据,选择二维三角晶格光子晶体(GaAs)作为基底,在空气孔内填充浓度(质量百分浓度)为一定的待测溶液硫酸铜材料,通过计算得到了温度为298K情况下介电常数在71.917～62.530变化时,待测浓度的对应关系,并由此得到液体填充的光子晶体在不同偏振模式下光子禁带结构。结果表明，以硫酸铜的水溶液作为空气圆孔中的介质材料,当溶液质量百分浓度不同时光子带隙(PBG)发生变化。这对溶液浓度检测应用方面有一定的指导作用。

摘要： 利用自主设计的top-cut六角棱镜，在光抗材料和聚合物液晶材料上制作出正六角结构、蜂窝结构以及斜六角等光子晶体结构，并对不同晶格结构的光子带隙进行了分析比较。另外还对不同维数的聚合物液晶光子晶体的电转换特性和远场衍射特性进行了测量。本研究对实现低折射率对比度的大带隙光子晶体器件以及电转换器件具有一定的指导意义。

摘要： 光子晶体作为一种新型人工结构功能材料，基于其光子禁带在红外波段的高反射特性可以实现宽带红外隐身，利用传输矩阵法，研究了Ag金属插层对一维Ge-Na3AlF6光子晶体在1μm～3 μm近红外波段光学特性的影响。计算结果表明：当Ag层插入光子晶体结构低折射率介质中间位置时，禁带宽度显著加宽，禁带反射率明显提高，Ag插层厚度越大，改善越明显;当Ag层插入高折射率介质中间位置时，禁带特性显著变差，随着Ag层厚度增大，光子带隙趋于消失;当Ag层插入光子晶体结构高、低折射率介质之间时，光子禁带宽度大约有20％的缩减，禁带反射率也有所下降。通过适当的金属插层，可以在1μm～3μm近红外波段得到满意的光子禁带，从而实现近红外隐身目的。

摘要： 本文介绍了光子带隙型塑料光子晶体光纤的导光理论和特点，为了进一步分析塑料光子晶体光纤中各参数对塑料光子晶体光纤带隙性能的影响，利用RsoftCAD软件中的Fullwave模块对不同参数的塑料光子晶体光纤进行模拟计算，通过时域有限差分(FDTD)法对包层空气孔为六边形的塑料光子晶体光纤带隙特性进行分析，给出了塑料光子晶体光纤带隙特性随孔排布、孔大小等参数变化的一般规律。通过对塑料光子晶体光纤的包层结构进行多组比较，以便为实际光子带隙型塑料光子晶体光纤的制作与研发提供理论依据。

摘要： 本文提出了一种应用于宽频螺旋天线的类蜂窝结构的光子晶体平面反射腔，相较于普通的吸收式反射腔，蜂窝光子晶格单元光子晶体反射腔体的反射效果虽不是很稳定，但是在一定频段里取得了较好的反射效果，可获得较大的增益，在某些频段可实现大于10dbi的增益值。

摘要： 本文提出了一种应用于宽频螺旋天线的类蜂窝结构的光子晶体平面反射腔，相较于普通的吸收式反射腔，蜂窝光子晶格单元光子晶体反射腔体的反射效果虽不是很稳定，但是在一定频段里取得了较好的反射效果，可获得较大的增益，在某些频段可实现大于10dbi的增益值。

摘要： 本发明涉及一种基于空芯带隙型光子晶体光纤带隙移动的挥发性有机物传感器。空芯带隙型光子晶体光纤的两端与两根单模光纤对准，中间保留微小的间隔，放置在气室中(气室经过特殊设计，带有准直系统和高低可调节的V型槽)，两根单模光纤的另一端从气室中引出，分别连接宽带光源和光谱仪。本发明针对现有挥发性有机物传感技术中存在的制作复杂，成本较高，难于实现多次测量和微量检测的问题，提出了一种结构紧凑，易于制作，可重复测量，便于微量监测，灵敏度高，可以很好的实现不同种类挥发性有机物检测的基于空芯带隙型光子晶体光纤带隙移动的挥发性有机物传感器。

摘要： 本发明提供一种光子带隙光纤，以至少一部分以15cm以上且25cm以下弯曲的状态使用，多个高折射率部(57)以19单元纤芯型配置为3层，V值为1.5以上且1.63以下，为了通过如上述那样弯曲的部位将高次模除去，高折射率部(57)被设定为将相对折射率差设为Δ％和将格子常数设为Λμm的条件。

摘要： 一种固态光子带隙光纤，构成为针对光纤长度方向的截面的中心部分的纤芯区域由低折射率的固体物质形成，包围该纤芯区域的包层区域的基体部由低折射率的固体物质形成，在该包层区域中，由高折射率的固体物质形成的多个微细的高折射率散射体按照包围纤芯区域的方式分散配置，通过在被保持为规定的弯曲半径的状态下，利用因弯曲而产生的基模与高次模的弯曲损耗之差，来限制高次模下的传输，实际上仅传输基模。

摘要： 一种宽带隙空气导光光子带隙光纤，适用于光纤通信领域。由纤芯和包层构成，其纤芯由圆形大空气孔组成，包层由周期性排列成六边形的多层小空气孔组成，包层空气孔的层数为2～10层，纤芯空气孔的孔径为12.50μm～19.00μm，背景材料采用硫化物基玻璃。当光从光纤端面入射后，由于光的频率位于由包层空气孔所构成的禁带范围内而不能横向传播，而只能沿着中间的空气孔纵向传播，从而实现传输的目的。本发明采用了新的结构与背景材料，利用空气导光，具有低损耗和低非线性系数和宽的光子能带隙，可以传输很高的信号功率和更大的信息容量。

摘要： 本发明提供了一种光子带隙可调型聚乙烯亚胺功能化光子晶体薄膜的制备。首先配置一定浓度的聚乙烯亚胺水溶液，并滴涂在聚合物光子晶体薄膜上，鼓风并且在30～40°C下烘干后得到聚乙烯亚胺功能化聚合物光子晶体薄膜。然后通过改变聚乙烯亚胺滴涂的层数，线性调节聚乙烯亚胺功能化聚合物光子晶体薄膜的光子带隙。得到光子带隙可调型聚乙烯亚胺功能化光子晶体薄膜。本发明所制备的光子晶体薄膜衍射峰对应的最短波长为505～510 nm,衍射峰对应的最长波长为555～560 nm。通过改变聚乙烯亚胺滴涂层数，其光子带隙可在2.2～2.4 eV之间连续调节。本发明所制备的光子晶体薄膜在pH 1.0～pH 10.0、30 min连续紫外光照射、1 nM～1 M离子浓度、25°C～50°C温度条件下，衍射峰位置基本保持不变。

摘要： 本发明公开了一种低折射率比下大完全光子带隙光子晶体的设计方法，涉及光子晶体领域。本方法主要是：①将光子晶体的元胞按所需精度分成对应像素点；②以像素点的二值分布代替元胞中高低折射率材料的形状结构；③利用迭代算法对像素二值分布进行迭代，寻找合适的元胞结构；④将所得元胞结构用数值尺寸进行描述表示，⑤增加能带计算数目，利用数值方法计算元胞对应光子晶体的归一化带隙。大完全光子带隙光子晶体的元胞是第1元胞，第1元胞呈正6边形，包括第1边界、第1低折射率背景材料、第1高折射率圆环介质柱和第1高折射率连杆介质柱。应用本设计方法，可以在较低折射率比下获得完全光子带隙，可以在很大波长范围内实现对光波的调控。

摘要： 本发明提供一种光子带隙光纤，以至少一部分以15cm以上且25cm以下弯曲的状态使用，多个高折射率部(57)以19单元纤芯型配置为3层，V值为1.5以上且1.63以下，为了通过如上述那样弯曲的部位将高次模除去，高折射率部(57)被设定为将相对折射率差设为Δ％和将格子常数设为Λμm的条件。

摘要： 一种固态光子带隙光纤，构成为针对光纤长度方向的截面的中心部分的纤芯区域由低折射率的固体物质形成，包围该纤芯区域的包层区域的基体部由低折射率的固体物质形成，在该包层区域中，由高折射率的固体物质形成的多个微细的高折射率散射体按照包围纤芯区域的方式分散配置，通过在被保持为规定的弯曲半径的状态下，利用因弯曲而产生的基模与高次模的弯曲损耗之差，来限制高次模下的传输，实际上仅传输基模。

摘要： 一种宽带隙空气导光光子带隙光纤，适用于光纤通信领域。由纤芯和包层构成，其纤芯由圆形大空气孔组成，包层由周期性排列成六边形的多层小空气孔组成，包层空气孔的层数为2～10层，纤芯空气孔的孔径为12.50μm～19.00μm，背景材料采用硫化物基玻璃。当光从光纤端面入射后，由于光的频率位于由包层空气孔所构成的禁带范围内而不能横向传播，而只能沿着中间的空气孔纵向传播，从而实现传输的目的。本发明采用了新的结构与背景材料，利用空气导光，具有低损耗和低非线性系数和宽的光子能带隙，可以传输很高的信号功率和更大的信息容量。

摘要： 本实用新型适用于黄色激光技术，提供了一种光子带隙光纤及光子带隙光纤激光器，所述光子带隙光纤包括包层和设于所述包层内的纤芯，所述包层由外包层和内包层构成，所述外包层与内包层之间设有多个空气孔，所述纤芯的外侧设有由多根高折射率玻璃线组成的微结构阵列，所述微结构阵列之间设有低折射率掺杂区，所有折射率的高低都是相对纤芯的折射率而言的。所述光子带隙光纤具有PBG效应、传输损耗低、偏振输出等特点。基于所述光子带隙光纤的光子带隙光纤激光器输出高效率、大功率1100～1200nm的激光，相应倍频产生的黄光效率高、功率大。