用各向异性介质构造的一维光子晶体的特性分析(2)

光子晶体的特征光子晶体是一种具有周期性介电常数或折射率的光学材料，其特点是在某些频率范围内产生布拉格反射，形成光子带隙。

这种材料结构的存在使得它在光学传输、光纤通信、光学传感、太阳能电池等领域都有广泛的应用。

1. 呈周期性结构光子晶体的具有周期性的介电常数或折射率，呈现出周期性结构。

这种结构的存在使得光子晶体在特定频率范围内的光子带隙形成，产生高效的布拉格反射。

这种特殊的反射现象使得光子晶体在光学传输、光纤通信、光学传感等领域都有广泛的应用。

2. 光子晶体的色散特性光子晶体可以通过改变其周期性结构来调节其色散特性。

因此，光子晶体可以作为光学器件中的色散补偿器使用。

这种特性使得光子晶体在光学通信、激光器等领域有广泛的应用。

3. 具有高度选择性光子晶体具有高度的选择性，可以选择性地传递某些频率的光，而过滤掉其他频率的光。

这种特性被广泛应用于光学传感和光学滤波器等领域。

4. 具有非线性光学特性光子晶体具有非线性光学特性，可以通过改变其结构来调节其非线性光学特性。

这种特性使得光子晶体可以用来制备光学调制器和光学开关等器件，以及在生物医学成像和激光技术中有广泛的应用。

5. 具有可控光学性质光子晶体的光学性质可以通过改变其结构来调节。

这种可控性使得光子晶体在光学器件中具有广泛的应用，如可调谐滤波器、可调谐激光器等。

6. 可以制备多种材料光子晶体可以由多种材料制备，包括聚合物、玻璃、氧化物等，可以根据需要选择不同的材料来制备不同性质的光子晶体，这种特性使得光子晶体在不同领域有广泛的应用。

光子晶体作为一种具有周期性介电常数或折射率的光学材料，具有许多特殊的光学性质，如高度的选择性、非线性光学特性、可控光学性质等。

这些特性使得光子晶体在光学传输、光纤通信、光学传感、太阳能电池等领域都有广泛的应用。

一维金属-介质光子晶体的特性
高强;闫敦豹;袁乃昌;张国华
【期刊名称】《国防科技大学学报》
【年(卷),期】2005(027)004
【摘要】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.
【总页数】3页(P45-47)
【作者】高强;闫敦豹;袁乃昌;张国华
【作者单位】国防科技大学,电子科学与工程学院,湖南,长沙,410003;国防科技大学,电子科学与工程学院,湖南,长沙,410003;国防科技大学,电子科学与工程学院,湖南,长沙,410003;国防科技大学,电子科学与工程学院,湖南,长沙,410003
【正文语种】中文
【中图分类】O469
【相关文献】
1.一维电介质-金属光子晶体的光学特性研究 [J], 罗亚衡;王永生;王东栋;邓立儿;孙建
2.一维金属-介质光子晶体光谱特性研究 [J], 赵大鹏;时家明;刘必鎏;汪家春;袁忠才;许波
3.介质/金属一维光子晶体中电场分布研究 [J], 王艳红;吴楠;卢怀;汪剑波
4.光在一维金属/电介质光子晶体中的传播特性 [J], 邵伟伟;杨大鹏;刘相舜;张天浩
5.一维金属/介质光子晶体用于BaF_2晶体闪烁光谱修饰 [J], 吴永刚;林小燕;顾春时;顾牡;马晓辉;魏军明;陈玲燕
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一维光子晶体一维光子晶体是一种具有重要应用前景的新型光子学结构，它可以有效地利用晶体衍射机理来把光束指向指定的方向，从而在光子学领域有广泛的应用前景，比如光纤传输和传感系统等。

一维光子晶体是结构调制型光子器件，它包括一个可以传导电磁波的光子媒质，一系列由非常小的金属微粒或者其他材料形成的尺寸在几个微米到几十微米的衍射掩模，以及一组由致密反射器成形的边界条件。

这些衍射掩模组成的结构特性决定了光在光子晶体上衍射的特性。

一维光子晶体具有很高的可塑性，能够对光进行控制和分布，实现空间和光谱上的局域立体图。

它可以利用反射和衍射来改变和分散光，从而实现各种功能的光子学应用。

例如，它可以实现远距离的光纤通信，实现从宽带到单脉冲的高效传输。

此外，一维光子晶体还可以实现高分辨率的光谱分析，将小的变化可视化，从而实现传感技术，用于环境监测、测量和质量控制等应用。

一维光子晶体的基本结构如下，它包括光子媒质、边界条件、衍射掩模等部分。

首先，光子媒质是由晶体栅组成的，它具有电磁波的传导性能，可以有效把光束传导到掩模处。

其次，边界条件是光子晶体的结构和表面特性，它们包括一系列密封的反射层、折射层和透射层，它们由不同类型的材料组成，用于建立理想的光学界面。

最后，衍射掩模是一维光子晶体的核心结构，它由金属微粒或者其他材料形成，在几个微米到几十微米之间。

这些金属微粒会通过不同的衍射角，将光束折射到指定的方向，从而实现聚焦。

当前，一维光子晶体已经在实际的应用中得到广泛的应用，已经发展成为多种应用的重要技术。

它可以实现多种光子学应用，如透射成像、反射成像、光纤传输等，也可以实现传感器应用，用于环境监测、气象监测、测量和质量控制等。

未来，一维光子晶体将在更多的应用中得到广泛的应用，如光学计算和超精细细胞分析等。

总之，一维光子晶体是一种重要的光子学结构，它可以利用反射和衍射来改变和分散光，从而实现多种应用的光子学应用，如光纤通信和传感技术，具有广阔的应用前景。

一维光子晶体近年来，随着科学技术的飞速发展，一维光子晶体（one-dimensional photonic crystals）技术已经成为广泛受到关注的热门研究课题，正在受到越来越多的学者和科技界人士的瞩目和重视。

一维光子晶体的基本概念是，使用特定的材料和结构，可以实现光子的聚集，形成一维波导结构，从而实现光子的独立传输。

这种能控制光子分布和传播的结构，能够大大提高光子在固体中的传播速率，有效抑制杂散发射，从而提高传播效率。

一维光子晶体的概念可以追溯到上个世纪八十年代中期，当时的重点是尝试利用可调节的结构和材料，以控制非线性和磁场的折射率，实现特殊的光子传输性能。

随后，一维光子晶体的研究重点从非线性转向结构的光子学，以构建能够控制光子速率和光子强度的结构，以及相关的光子晶体结构和有效传播性能研究。

由于一维光子晶体结构具有非常强大的控制能力，它可用于提高光信号的传输速率，并有效抑制杂散发射。

在一维光子晶体中，可以利用介质的折反射率以及结构的传播性能进行控制，从而抑制光子速率的增加、减少散射损失，有效改善光信号的传输效率，并且还可以实现多样化的空间折射和可视效果，有利于电磁波的对比性和透明度。

此外，一维光子晶体也具有潜在的应用前景，例如用于视觉信号处理、光学数据存储和表面增强生物传感。

在视觉信号处理方面，一维光子晶体可以构建出低散射、高传输成像的图像，这比传统的光学系统更加精确、清晰。

在光学数据存储方面，一维光子晶体可以实现数据的高速存储，改善记忆存储效率。

而在生物传感器方面，一维光子晶体技术可以改善光传感的高灵敏度，促使生物传感的进一步发展。

由此可见，一维光子晶体技术具有广阔的应用前景，它可以为我们提供更加有效的光传输、存储和处理效果，为我们提供光源、显示器等设备所需要的更高效率、更加可靠的能源技术，并可能为我们后续的研究提供新的思维方式、新的思路，从而有助于市场技术的更新换代，推动我国光电技术的更快发展。

第31卷第9期光子学报Vol131No19 2002年9月ACTA PHOTONICA SINICA September2002一维光子晶体的有效折射率及色散特性陈慰宗1卜涛1,2付灵利1郑新亮1李绍雄1周景会1(1西北大学物理系,西安710069)(2西安交通大学物理系,西安710049)摘要对有限长度一维光子晶体引入了复有效折射率的概念1它的实部描述了一维光子晶体的色散特性,虚部反映了光在光子禁带被损耗衰减而消失的特征1从具体计算K/4波片堆组成的一维光子晶体的复有效折射率的结果可以看到,它的实部受到光子带结构的调制,在光子禁带及透射带中的一部分出现反常色散现象1在很大的频率范围内,有效折射率变得小于11关键词一维光子晶体;复有效折射率;K/4波片堆;反常色散;光子禁带0引言近年来,周期性结构的光子晶体在光通讯领域引起人们极大的研究兴趣,因为这种材料可能成为具有重要意义的先进技术中最为关键的材料1它的重要性以光子禁带的存在为主要特征1光子晶体中最简单的形式是一维光子晶体,即材料的折射率在一维方向上周期性地变化1在它的广泛应用中,最有潜在能力的应用是制成各种线性或非线性光学器件,包括非线性光学限幅器、光子带边缘激光器1、高增益光学参量放大器2、光子晶体光纤3等等1作为光学参量相互作用的器件,如二次谐波、频率上转换或下转换材料,要求光学材料本身可以实现光学相位匹配,才能得到高的转换效率1因此研究光子晶体的色散特性具有重要的实际意义11有限周期一维光子晶体的有效折射率的定义一维光子晶体是由不同折射率的介质片在空间周期性排列叠合而成的,每种介质通常是各向同性的,有确定的折射率1一般说来,色散特性是指介质的折射率随频率变化的关系1为了描述光子晶体这种特殊结构材料的色散关系,本文引入/有效折射率0的概念1对于有限长度、一维光子晶体的色散特性,先从复透射系数开始,设复透射系数为t(X)=V(X)+i y(X)=T e i<t(1)收稿日期:2002-6-11式中<t=arctan(y/V)?m P(2)<t是光透过介质传播时,总的相位移动1复透射率t(X)可以用传输矩阵的方法计算41<t包含了分层介质结构的所有的信息,如各层介质的折射率、各层的厚度、总的层数等等1整数m的选取应使<t(X)是单调递增函数,并且当X y0时,m=01仿照光在均匀介质中的传播,可以把透射场中总的相位积累表示为<t=K(X)D=(X/c)n e ff(X)D(3)式中,D是一维光子晶体总的几何长度,c是真空中的光速,K(X)是有效波矢,而n eff(X)是与晶体结构有关的有效折射率51当一束白光穿过一维光子晶体时,在透射光谱中,存在着光子禁带1即在某些频率范围内的光子不能在光子晶体中传播1因此,光子晶体的有效折射率应该是复数,并且在光子禁带有很大的虚部分量,以至于在光子禁带有接近100%的散射衰减,或者光被全部反射,形成消散场模式1因此,可将透射率改写如下:首先假定T=|t|=e-C D,这就意味着单位振幅的入射光场被衰减了e-C D,这里C =(X/c)n i,n i,是有效折射率的虚部1按照这个构思,把T改写成T=e In T1这样,复透射系数变成t=e In T e i<t=e i<=x+i y,因此i<=i<t+In T并令i<=i(X c-1^n eff D)(4)式中,<t仍由式(2)表示,^n eff是复有效折射率,用上置的/^0符号表示该量是复数1由式(4)得^n eff(X)=(c/X D)[<t-2-1iIn(x2+y2)](5)根据式(5),在光的透射带,x2+y2=1,复折射率的虚部为01而在光子禁带,T n1,散射衰减很大,导致光波逐渐消失,并且这时候,^n e ff(X)有一个很大的虚部1这样复有效折射率^n e ff(X)就较全面地描述了光在光子晶体中的传播行为1它的实部就是式(3)定义的光子晶体的有效折射率^n e ff(X),它的虚部表示光在光子禁带的衰减1可以把复有效折射率定义为真空中的光速与光在介质中的有效相位速度X/K^(X)的比值51即^n eff(X)=c/[X/K^(X)]=(c/X)K^(X)K^(X)是复有效波矢,上式可写为K^(X)=(X/c)^n e ff(X)(6)定义了复有效折射率后,式(5)就表示了光子晶体一般的色散关系12N个周期K/4波片堆组成的一维光子晶体的复有效折射率利用上面推导出的式(5)和式(6),考察一个实例,即由K/4片组成的一维光子晶体,数值模拟计算了它的复有效折射率的实部和虚部随频率的变化1这种光子晶体的一个基本周期是由折射率分别为n1,n2的两种介质组成,每层介质的几何厚度分别是a、b,每层介质的光学厚度是某一参考波长K0的1/4,所以一般称之为K/4波片堆1它符合的关系n1a=n2b=K0/4=P c/2X0(7)X0为与参考波长K0相对应的圆频率1根据文献4,用传输矩阵方法,可推导出N个周期的K/4介质材料的复透射率t N的实部x N和虚部y N,并且Z y=y N/x N=y1sin N Bx1sin N B-(x21+y21)sin(N-1)B(8)式中,x1和分y1别是这种结构的光子晶体的一个周期单元的复透射系数t1的实部和虚部,B是Bloch位相.x1=T12cos P g-R121-2R12cos P g+R212(9)y1=T12cos P g1-2R12cos P g+R212(10)B=arccos[(c os P g-R12)/T12](11)式中g=X/X01当光线是正入射时:T12=4n1n2/(n1+n2)2,R12= [(n1-n2)/(n1+n2)]21根据式(5),^n e ff(X)的实部为Re[^n eff(X)]=c<t/X D=(c/X D)#[arctan(y N x N?m P](12) m的取值应使<t是单调递增函数,可将它表示成Bloch相位的函数5,即m=int[N B/P+2-1](13)把式(8)、(13)代入式(12),经化简可得Re[^n eff(X)]=(c/X D){arctan[Z1tan(N B)#cot B]+int[N B/P+2-1]P}(14)式中,z1=y1/x11而^n eff(X)的虚部为Im[^n e ff(X)]=-(c/2X D)In(x2N+y2N)=-(c/2X D)In T N(15)根据文献4,T N为N个周期材料的透射率,此时T-1N=1+(sin2N B/sin2B)[T-1-1]T是单个周期的透射率T=T212/(1-2R12c os P g+R212)3数值计算结果与分析设n1=1.35(MgF2),n2=2.35(TiO2),N= 100,K0=1L m,把这些值代入式(14)及(15),计算出有效折射率的实部与虚部随频率g=X/X0的变化1如图1所示1(a)(b)图1波片堆的有效折射率的实部(a)与虚部(b)Fig.1T he real part and imaginary part ofeffective refractive index文献6用光学薄膜特征矩阵方法曾推导出,对于K/4波片堆组成的一维光子晶体,其禁带出现在g=1、3、5,,等处1从图1(b)中可以看到,光子禁带出现的位置与文献6完全相同1在每个禁带,^n eff(X)的虚部有较大的值,在禁带中心有极大值1而在透射带,有效折射率的虚部是很小的,并且是振荡的,这个振荡与透射率的振荡相关联,在透射率等于1的地方,有效折射率的虚11259期陈慰宗等1一维光子晶体的有效折射率及色散特性部为零1由此可见,^n eff(X)的虚部反映了光在光子禁带被衰减,在光子透射带能穿透的特性1 ^n eff(X)的实部反映了一维光子晶体的色散特性1从图1(a)明显看出,在光子第一透射带,有效折射率的实部随频率的升高而增加,是正常色散1而在光子禁带,(g=1、3、5...)等处以及透射带的前半部分,出现了反常色散,即^n eff(X)的实部随频率的升高而减少1光子晶体的色散曲线受到了其带结构的调制1这个特性为光子晶体作为非线性光学材料提供了达到相位匹配的可能性,只要合理选择晶体结构和非线性参量过程中相互作用的光的频率,就可以实现相位匹配,以达到高的转换效率1从图1(a)还可以看出,^n eff(X)的实部在频率大于一定值时,变得小于11这一点是均匀光学介质所不可能做到的1有人把小于1的折射率叫做反常折射率71在g=2、4、6...等偶数处^n eff(X)的实部从左、右两个方向趋于零,在g=2、4、6...点,^n eff(X)的实部是具有不确定值的间断点1这个结果与文献5得到的结果有所不同1但与文献7描述的结果相似1有效折射率的这些有趣的特性,还有待于进一步深入研究1如果增大两种介质的折射率n1与n2的差别,如设n1=1.35,n2=4.6(聚苯乙烯),其它条件与上面相同,计算出有效折射率的实部和虚部随频率的变化,其结果表示在图2中,可以看出,两种介质的折射率差别越大,光子禁带越宽, ^n eff(X)的虚部越大,光子晶体的色散曲线受到了其带结构的调制越深1然而,色散曲线的变化规律是相同的1图2K/4波片堆(n1=1.35,n2=4.6)的有效折射率的实部(a)和虚部(b)Fig.2T he r eal part and imag inar y part of effective refractive index(n1=1.35,n2=4.6)4结论在普通的光学介质中,折射率总是大于或等于1的,而由它们组成的分层介质结构,即一维光子晶体,其有效折射率可以小于1,并在光子禁带出现反常色散1光子晶体的色散特性又可以通过调节一维光子晶体的结构参数而改变1这些特点为一维光子晶体作为有发展前景的非线性光学材料鉴定了基础1参考文献1Dowling J P,Scalora M,Bloemer M J,et al.T he photonoc band edg e laser:A new approach to g ain enhancement.J A ppl Phys,1994,75(4):1896~18992Konotop V V,K uzmiak V.Simultaneous second-and third-harmonic generation in one-dimensional photonic crystals.J Opt Soc Am(B),1999,16(9):1370~13763M ekis A,Chen J C,K urland I,Fan S,et al.High tr ansmission through sharp bands in Photonic crystal w av eguides.P hys Rev Letter,1996,77(18):3787~37904Bendickson J M,Dow ling J P.Analytic ex pressio n for electr omag netic mode density in finite,one-dimensio nal,photonic band-gap structures.P hysical Rev iew(E),1996,53(4):4107~41215Centini M,Sibilia C,Scalora M,et al.Dispersive properties of finite,one-dimensional photonic band gap structures: Application to nonlinear quadr atic interactions.Physical Review(E),1999,60(4):4891~48986陈慰宗,申影,忽满利等1一维光子晶体的基本周期结构及其禁带特征.光子学报,2001,30(12):1453~14567Dowling J P,Bow den C M.Anomalous index of refraction in photonic bandgap mater ials.Journal of modern Optics,1994, 41(2):345~3511126光子学报31卷EFFECTIVE REFRACTIVE INDEX ANDDISPERSIVE PROPERTIES OFONE -DIMENSIONAL PHOTONIC CRYSTALSChen Weizong 1,Bo T ao 1,2,Fu Lingli 1,Zheng Xinliang 1,Li Shaoxiong 1,Zhou Jinghui 11Dep ar tment of Physics,N or thw est University ,X i .an 7100692Dep art ment of Physics ,Xi .an Jiaotong University ,X i .an 710049Received date:2002-01-11Abstract T he concept of complete effective refractive index for finite,one -dimAbstract:T he concept ofcomplete effective refractive index for finite,one -dim ensional photonic crystals w as introduced.Its real part described the dispersive properties;its im aginary part described the characters that light w as attenuated and evanescent inside photonic band g ap.The results of analytic compute of the complete effective refractive index for quarter wave stack show ed that its real part w as modulated by photonic band structure.T here are anomalous dispersive phenomenon in photonic band g aps and a part of transm itting bands.The effective refractive indexes are small than one in most of frequency rang es.This character can be used to realize phase -matched for parametric interactions of nonlinear optics.Keywords One -dimensional photonic crystals;Complete effective refractive index ;Quarter wave stack;Anomalous dispersion;Photonic bandgap;Chen Weizong w as born in Feb.1945.She received her M aster deg ree of science from physics department of Northwest U niversity in 1983.Since then,she has worked there.From 1988.1to 1989.5she studied in Imperical College of Science,Technology and Medicine,Lodon,U K as a visiting scholar.From 1995.12to 1998.6,she worked in University of Western Ontario,London,Canada.H er main research fields include nonliner optics,laser spectroscopy and inform ation optics.11279期 陈慰宗等1一维光子晶体的有效折射率及色散特性。

一维Si/SiO_2光子晶体滤波特性的研究光子晶体作为一种新型的人工光学复合材料,介电常数呈周期性变化。

由于它的光子带隙和光子局域特性,可以用来操纵电磁波的传播。

一维光子晶体可以用作光开关、光波导耦合器、带阻滤波器、全角度反射器等。

本文采用Si和SiO2两种介质材料堆叠的方式,设计了一种具有滤波特性的(Si/SiO2)D(Si/SiO2)N结构,在可见光波段和近红外波段通过传输矩阵法对一维光子晶体的滤波特性进行了理论研究,并通过射频磁控溅射沉积的方法制备出一维光子晶体薄膜。

主要研究内容总结如下:(1)基于传输矩阵法研究了一维周期和含缺陷光子晶体的传输特性、能带特性以及其在TE和TM模式下透射、反射特性。

对磁控溅射仪中膜厚监测仪的误差进行校正,研究了实验中溅射功率对薄膜表面形貌的影响和氩气压强对薄膜厚度的影响,然后得到了优化后的工艺参数。

(2)对可见光波段和近红外波段一维(Si/SiO2)ND(Si/SiO2)N结构光子晶体滤波特性进行理论研究。

研究表明:随着周期数增加,光子晶体禁带边缘的截止度越来越完整,能带更加分明;随着入射角的增加,在TE模式下,短波长处禁带的蓝移量比长波处更大,而在TM模式下则相反;对于掺入低折射率SiO2缺陷的光子晶体,缺陷模的峰值更高;当缺陷材料的厚度增加时,缺陷模发生红移。

在缺陷介质的厚度不变时,随着入射光角度的增加,透射谱中的缺陷模发生蓝移,且在TE模式下禁带中透射峰的峰值降低,半高宽减小。

在TM模式下禁带中透射峰的峰值在0-60°增加,最高可达99%,半高宽增大。

(3)通过磁控溅射实验制备了三种周期N分别为5,7,9的(Si/SiO2)N结构和三种周期N为3,缺陷介质D分别为SiO2、MoO3和TiO2的(Si/SiO2)ND(Si/SiO2)N结构的光子晶体薄膜,测试结果表明:随着周期数N由5增加到9,禁带范围内的反射率逐渐增大,在N=9时最高,达到95%;由于TM模下光子晶体对入射角度更敏感,所以随着入射角的增加,禁带宽度变化量大于TE模;当周期数增加时,对于TE 模和TM模,禁带宽度随角度的变化都越来越小,说明增加周期可减弱光子晶体禁带宽度对角度变化的敏感性。

光子晶体及其特性王娟娟摘要: 光子晶体是一种介电常数不同的、 其空间呈周期分布的新型光学材料。

通过深入研究,达到进一步了解光子晶体的原理、 特性、 制备方法以及应用之目的。

关键词: 光子晶体 光子禁带 光子局域 Purce ll 效应1.引言20世纪，半导体的发现并应用引发了一场影响开半导体材料，半导体内部存在周期性势场 电子受到周期性势场的调制发生布拉格散射形成能带结构，而带与带之间可能存在禁带，落入禁带中的电子则无法继续传播。

1987 年 E. Yablonovich 和 S. John 分别提出了光子晶体的概念[1-2]光子晶体是由不同介电常数的物质在空间周期性排列而形成的人工微结构，当电磁波通过光子晶体时 光子晶体中周期性排布的介电常数会对电磁波进行调制，从而产生光子能带能带之间可能存在禁带 与半导体对比可以发现在光子晶体中，周期性分布的介电常数起到了半导体中周期性势场的作用，同时与电子禁带相对应的也有光子禁带的存在，因此有人又把光子晶体称为光半导体 光子晶体可以用于制作光子晶体偏振器件、光子晶体微波天线、光子晶体棱镜、光子晶体光纤光子晶体波导等[3-6]在光通信，光电集成等方面具有极其广阔的应用前景。

2.光子晶体 光子晶体按照其周期性排列方式可分为一维、二维和三维光子晶体，它们的介电常数分别在一维、二维和三维空间上周期性排列，其中一维光子晶体就是常见的多层膜结构，二维光子晶体是周期性排列的介质柱或空气孔，三维光子晶体中介电常数则在3个方向具有周期性 在实际应用中，二维光子晶体有着更广泛的前景更受到人们的重视光子晶体具有高低折射率材料交替排列的周期性结构 可以对相应频率的电磁波进行调制产生光子禁带[7-8]，如果在3个方向上都存在周期结构，可以产生全方位的光子禁带，在全方位光子禁带中与该禁带频率相对应的电磁波将被完全禁止传播光子禁带是光子晶体的主要特性，光子晶体的另一个特性是光子局域 若光子晶体的周期结构被破坏就会在光子禁带中产生缺陷态，与之频率相对应的光子就被局域在缺陷态中，偏离缺陷态就会被强烈散射，我们可以通过在光子晶体中引入缺陷，制造缺陷态的方式来制作各种光子晶体功能器件，另外光子晶体可以抑制自发辐射 若光子禁带频率与光子晶体中原子自发辐射频率相吻合，则该频率光子的态密度为零，自发辐射被抑制，光子禁带和光子局域现象的存在为人为控制光的传播提供了可能。

一维光子晶体
1 一维光子晶体的介绍
一维光子晶体是一种新型的光纤，它可以整合传统的光纤和光子晶体的优势，用来实现光信号的传输和处理。

一维光子晶体具有两个显著特点：一是具有组织，即多种层结构；二是有能量带结构，即由一组复杂的原子束束在一个能量带内构成多集群。

一维光子晶体广泛应用于光信号收发和处理。

其主要功能包括：光传输、光放大、光调制、光压缩、光分流和光浊化等过程。

由于这些过程的优越性能，一维光子晶体可以大大提高光信号的性能，进而实现高效的信号处理技术。

一维光子晶体的制备方法有很多，主要有大原子自组装法、分子介导成膜法和多组分化学气相沉积法等。

这些方法都能够在几百纳米的范围内建立一维光子晶体。

一维光子晶体可以有效地改善信号传输和处理效率，并且可以在较短的光纤上传输大量的资讯，因而得到越来越多的应用。

它通常用于光纤通信、光存储、紫外波段感测等多个领域。

因此，一维光子晶体具有广阔的应用前景，可以为传统的光纤通信技术带来更高的效率，满足当今通信技术不断发展的需要。

各向异性材料一维光子晶体的传输特性研究高喜;李思敏;曹卫平;于新华;姜彦南【摘要】为研究由电各向异性材料和磁各向异性材料构建的一维光子晶体的电磁传输特性,分析了不同电等离子体频率和磁等离子体频率对TE极化波和TM极化波禁带宽度的影响规律.结果表明,磁等离子体频率对TE极化波及TM极化波的禁带宽度有较大的调节作用.当电导率和磁导率都为正的各向同性材料缺陷结构引入到光子晶体中时,会有电磁缺陷模式出现,而且缺陷模式的频率随缺陷厚度的增加而降低,同时缺陷的厚度对TM极化波缺陷模式的调谐作用大于对TE极化波的调谐作用,这对滤波器的频率调节具有潜在的应用价值.%The electromagnetic transmission properties of one-dimensional photonic crystals containing permittivity and permeability-anisotropic materials are studied by transfer matrix. The influence of electric and magnetic plasma frequencies on band gap of TE and TM polarization waves is analyzed. The results show that the magnetic plasma frequencies can effectively tune the width of TE and TM polarization waves. When an isotropic impurity is introduced, a defect mode appears and the defect mode moves to low frequency with the increasing thickness of defect. The characteristic will make this photonic crystal have potential applications in filters.【期刊名称】《桂林电子科技大学学报》【年(卷),期】2012(032)005【总页数】5页(P345-348,352)【关键词】各向异性材料;光子晶体;禁带;缺陷模式【作者】高喜;李思敏;曹卫平;于新华;姜彦南【作者单位】桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林 541004;桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林 541004;桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林 541004;桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林 541004;桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林 541004【正文语种】中文【中图分类】TN914.3折射率周期分布的光子晶体［1］的显著特点是具有与半导体中电子态类似的带隙结构——光子带隙（即处于带隙内的光子是不能传播的）。

一维光子晶体的透射特性研究于志明【摘要】研究了一维光子晶体的重合单元数对其透射系数与波长的关系的影响,发现当重合单元数较少时,重合数量对单元内两介质的折射率之比较小且厚度较小的一维光子晶体的透射特性影响较大.这对于全面了解一维光子晶体的特性及一维光子晶体的应用有一定的意义.【期刊名称】《连云港师范高等专科学校学报》【年(卷),期】2017(034)001【总页数】5页(P104-108)【关键词】一维光子晶体;特征矩阵;透射系数与波长的关系;重合单元数;禁带;光梳【作者】于志明【作者单位】连云港师范高等专科学校海洋港口学院,江苏连云港222006【正文语种】中文【中图分类】O734光子晶体是介电常数周期性变化的微结构人造材料，光子在光子晶体中的行为与电子在晶体中的行为相似，人们可以像控制晶体中电子的行为那样来控制光子在光子晶体中的行为。

由于光子的信息载量比电子高很多，光子之间没有相互作用且能耗小，特别是光子晶体具有很多特异性能，使光子晶体自1987年诞生以来一直受到人们的高度关注[1]。

近年来，人们对一维光子晶体的特性做了深入的研究[2-13]。

而一维光子晶体的重合单元数对其特性的影响尚未引起人们的重视。

本文用特征矩阵方法研究了一维光子晶体的重合单元数对其特性的影响，发现当重合单元数较少时，重合数量对单元内两介质的折射率之比较小且厚度较小的一维光子晶体的透射特性影响较大。

这对了解一维光子晶体的特性并对其加以利用有一定的意义。

（一）模型简单的一维光子晶体的结构模型，如图1所示。

图中A、B为折射率不同的两种介质，作为光子晶体要求A、B的厚度与光的波长相近。

AB的一个组合称为一个光子晶体的重合单元。

在研究中，假设光子晶体放在空气中，强度随波长均匀分布的白光垂直入射，沿箭头方向从左向右传播。

（二）计算原理光是一种电磁波，光子在光子晶体中的行为由电磁场的Maxwell方程和周期性条件及边界条件决定。

由于一维光子晶体在结构上可看作是一种光学多层膜，故可以用研究光学多层膜的特征矩阵的方法来研究一维光子晶体[14]。

光子晶体的特征光子晶体是一种具有周期性介质结构的材料，其特征是能够控制和调节光的传播和散射。

下面就光子晶体的特征进行详细介绍。

1. 光子带隙光子晶体中的介电常数分布呈现出周期性结构，导致了光子带隙的形成。

这意味着在某些频率范围内，光子晶体对于该频率范围内的光波具有禁带作用，使得这些波无法通过材料。

2. 能量传输控制由于光子带隙的存在，光子晶体能够控制和调节能量的传输。

在某些频率范围内，光可以被完全反射或吸收，而在其他频率范围内则可以自由传播。

这种能量传输控制可以应用于激光器、太阳能电池等领域。

3. 引导模式在某些情况下，光子晶体中的禁带可能会形成一条线状结构，称为引导模式。

通过调节禁带宽度和位置，可以实现对引导模式的控制和调节。

这种引导模式可用于制作光纤、光波导等器件。

4. 散射光子晶体中的介质结构可以使得入射光被散射，产生出色彩斑斓的效果。

这种散射可以应用于制作反光衣、防伪标签等领域。

5. 偏振控制由于光子晶体的周期性结构，可以实现对入射光的偏振控制。

通过调节晶格常数和方向，可以使得入射光在不同方向上具有不同的偏振状态。

这种偏振控制可用于制作偏振滤波器等器件。

6. 多功能性由于光子晶体具有上述多种特征，因此可以实现多种功能。

例如，在一个光子晶体中可以同时实现能量传输控制、引导模式和散射等功能。

总之，光子晶体是一种具有周期性介质结构的材料，其特征是能够控制和调节光的传播和散射。

通过调节其介质结构和周期性，可以实现多种功能，应用广泛。

第４期１．光子晶体的概念在过去的一个世纪中，电子器件广泛应用到人们生活和工作的各个领域，这得益于人类能以极为精巧复杂的方式控制半导体中电子流的能力［１，２］。

根据固体电子能带理论，晶体内部原子呈周期性排列，库仑场的叠加产生周期性势场，电子在周期性势场中运动满足晶体中的薛定谔方程－!２２μｄ２ｄ２ｘ!（ｘ）＋Ｖ（ｘ）!（ｘ）＝Ｅ!（ｘ），Ｖ（ｘ）＝Ｖ（ｘ＋ｍａ）＝Ｕｏ，布洛赫证明该方程的解为!（ｘ＋ａ）＝ｅｉｋ′（ｘ＋ａ）ｅ－ｉｋ′（ｘ）!（ｘ）＝ｅｉｋ′（ｘ＋ａ）Ｖｋ′（ｘ），由此得出晶体中的电子处在不同的ｋ状态具有不同的能量Ｅ（ｋ），在ｋ＝ｎ／２ａ（ｎ＝０，±１，±２，±３…）时能量出现不连续，形成一系列允带和禁带，能量落在禁带中的电子波不能传播［３］。

如果将具有不同介电常数的介质材料在空间按一定的周期排列（如图１）［４］，当电磁波在周期性电介质中传播时，折射率ｎ是由电介质介电常数控制的，周期性的介电常数相当于晶体中的周期性势场，由于存在周期性，在其中传播的光波的色散曲线将形成带状结构，带与带之间有可能会出现类似于半导体禁带的“光子禁带”（ＰＢＧ：ｐｈｏｔｏｎｉｃｂａｎｄｇａｐ）。

频率落在禁带中的光是被严格禁止传播的。

如果只在一个方向具有周期结构，光子禁带只可能出现在这个方向上，如果存在三维的周期结构，就有可能出现全方位的光子禁带。

落在禁带中的光在任何方向都被禁止传播。

我们将具有光子禁带的周期性电介质结构称为光子晶体（ｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌ）。

对应于在一维、二维、三维方向上电介质周期性排列结构的光子晶体分别称为一维、二维、三维光子晶体。

三种光子晶体的空间结构示意图如图１所示。

图１光子晶体的空间结构光子晶体这一概念是１９８７年由Ｙａｂｌｏｎｏｖｉｔｃｈ在讨论如何抑制自发辐射和Ｊｏｈｎ在讨论光子局域时各自独立提出的。

自然界存在光子晶体的例子，如蛋白石、蝴蝶翅膀、海老鼠等，但绝大多数光子晶体光子晶体的物理特性及其应用易明芳１，２，方梁３（１合肥工业大学理学院，安徽合肥２３０００９；２安庆师范学院，安徽安庆２４００１１；３安徽华东光电技术研究所，安徽芜湖２４１０００）摘要：光子晶体材料是一种由不同电介质周期性分布而形成的人工材料，在自然界中存在较少。

一维光子晶体的偏振特性
刘启能
【期刊名称】《半导体光电》
【年(卷),期】2006(27)6
【摘要】利用特征矩阵法研究了两种偏振光通过一维光子晶体的偏振特性。

结果
表明,P偏振光存在明显的“广义布儒斯特角”对应的允许带,其“广义布儒斯特角”随着入射波长的增加而减少,而S偏振光不存在“广义布儒斯特角”。

光子晶体的
折射率对“广义布儒斯特角”出现的波长位置有较大影响,其位置随两介质层折射
率之差的增加向长波方向移动。

【总页数】4页(P729-732)
【关键词】光子晶体;偏振特性;广义布儒斯特角
【作者】刘启能
【作者单位】重庆工商大学理学院
【正文语种】中文
【中图分类】O436
【相关文献】
1.多孔芯光子晶体光纤及其偏振特性 [J], 赵兴涛;华露;蒋国辉;程吉瑞;熊强;侯蓝田
2.含色散特性的负折射材料的一维光子晶体偏振特性的研究 [J], 林国华;王永顺;张羽
3.金涂覆光子晶体光纤偏振滤波器的特性分析 [J], 闫欣;王海洋
4.线偏振光在一维磁光光子晶体中的传输特性 [J], 王泽清;廖昆;谢应茂;王泽亚;刘泽弘
5.非对称性对光子晶体光纤偏振相关滤波特性的影响 [J], 姜凌红;王超;韩颖;张银蒲;赵兴涛;侯蓝田;齐跃峰
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一维金属-介质光子晶体光学特性分析的开题报告一、研究背景随着信息技术的发展，人类对光学领域的研究越来越深入。

光子晶体因其特有的光学性质而备受关注。

一维金属-介质光子晶体是一种由周期性金属和介质材料构成的周期性结构，在光学通信、光子器件等领域中有着广泛应用。

其具有较长的布里渊区，可滤除特定波长光，具有较宽的带隙宽度和较高的品质因数等优势。

因此，对一维金属-介质光子晶体的光学特性进行分析研究具有重要意义。

二、研究目的本研究旨在通过建立模型，模拟一维金属-介质光子晶体中的光学特性，分析其波长选择性和带隙宽度等参数，为其在光学通信、光子器件等领域的应用提供理论依据。

三、研究内容和方法1. 建立一维金属-介质光子晶体的模型本研究将采用有限差分时间域（FDTD）方法，结合程序仿真技术，建立一维金属-介质光子晶体的模型，探究在不同参数下其在光学上的特性。

2. 选定不同参数进行模拟分析本研究将选定不同周期数、不同金属材料、不同介质材料等参数进行模拟分析，并对其波长选择性和带隙宽度等参数进行测量和比较分析。

3. 分析模拟结果及其在光学通信、光子器件等领域中的应用根据模拟结果，本研究将分析一维金属-介质光子晶体在光学通信、光子器件等领域中的应用情况，并指出其优缺点。

四、研究意义本研究将探究一维金属-介质光子晶体的光学特性，在研究其波长选择性和带隙宽度等参数的基础上，深入分析其在光学通信、光子器件等领域的应用，从而为该技术的发展提供理论依据及应用方向参考。

五、研究进度安排第一阶段：调研阶段1. 文献阅读，熟悉一维金属-介质光子晶体相关知识；2. 查阅相关资料，了解有限差分时间域（FDTD）方法的原理及应用。

第二阶段：建模阶段1. 建立一维金属-介质光子晶体的模型；2. 找出关键参数并进行变化调整，进行光学特性的模拟。

第三阶段：分析阶段1. 对模拟结果进行统计和分析；2. 将对比不同参数对光学特性的影响。

第四阶段：撰写阶段1. 撰写开题报告；2. 撰写硕士论文。

一维光子晶体的相位特性研究的开题报告
1. 研究背景
光子晶体是一种具有周期性介电常数分布的结构，其能够在特定波长范围内表现出光的布拉格衍射效应，具有优异的光学性能和良好的应用前景。

其中，一维光子晶体具有结构简单、制备便捷等优点，并且被广泛应用于微电子学、光电子学等领域。

在实际应用中，一维光子晶体的相位特性是非常关键的，其能够影响到光子晶体的光学性能以及其在具体应用中的表现。

2. 研究内容
本文将通过对一维光子晶体的相位特性进行深入研究，探讨影响其相位特性的关键因素以及其对光学性能的影响。

具体来说，研究内容包括以下方面：
(1) 基于布拉格衍射理论，分析一维光子晶体的相位特性。

(2) 对一维光子晶体的制备方法进行介绍，并通过国内外现有文献进行总结评价。

(3) 利用数值模拟方法，分析一维光子晶体中的相位特性变化规律，并探究其与光学性能之间的关系。

(4) 进行实验研究，考察不同结构参数对一维光子晶体相位特性的影响，并验证数值模拟结果。

3. 研究意义
在光子晶体的研究和应用过程中，相位特性是一个关键的问题，对光子晶体的光学性能和应用表现有着重要的影响。

通过本文的研究，可以深入了解一维光子晶体的相位特性，为光子晶体的制备和应用提供重要的理论指导和实验支持，同时也有助于推进光子晶体在微电子学、光电子学等领域的应用。

因此，本研究具有重要的学术和实际意义。

一维光子晶体的光学传输特性分析
段晓峰;牛燕雄;张雏;张存善
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2003(32)9
【摘要】采用等效F P腔方法对一维光子晶体进行研究 ,计算并讨论不同周期数的一维光子晶体对光学传输特性的影响计算结果表明 ,一维光子晶体具有光子禁带 ,表现为对光的高反射率 ;掺杂的一维光子晶体的光子禁带中央将出现频宽极窄的缺陷态 ,即光子局域 ,与复折射率和晶体周期数有密切的关系所得结果与实验分析一致 ,证明了方法的有效性和实用性。

【总页数】4页(P1086-1089)
【关键词】一维光子晶体;光学传输特性;等效F-P腔方法;周期数;光子禁带;光子局域;缺陷态
【作者】段晓峰;牛燕雄;张雏;张存善
【作者单位】军械工程学院光学与电子工程系;河北工业大学微电子研究所
【正文语种】中文
【中图分类】O734;O572.31
【相关文献】
1.含负折射率材料的异质结构光子晶体的光学传输特性 [J], 张正仁;隆正文;袁玉群
2.含负折射率材料的一维光子晶体光学传输特性研究 [J], 耿继国;李峰;石宗华;杨兆华;宫衍香
3.一维光子晶体的光学传输特性及应用 [J], 陈俊玮
4.Fe3O4/TiO2核壳结构胶体光子晶体的光学传输特性分析 [J], 黄岩;梁工英;霍格;卢学刚
5.基于环形微腔的多频段三角晶格光子晶体耦合腔波导光学传输特性 [J],
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