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光波在左右手系材料界面处的传输特性

光子学报 2003年第10期32卷 1225-1227页

作者：杨立功顾培夫黄弼勤王建浦浙江大学现代光学仪器国家重点实验室杭州310027

根据电磁场理论推导了左、右手系材料界面处菲涅耳公式及菲涅耳系数的角度表达形式 ,研究了界面处反射系数和透射系数的变化情况 ,以及布鲁斯特角的确定和全反射时的光学特性。

关键词：左手系材料负折射率菲涅耳系数 Goos-Haenchen位移

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光子晶体中全方位反射器及超棱镜效应的研究

光子晶体中全方位反射器及超棱镜效应的研究

作者：黄弼勤浙江大学

学位级别：硕士

光子晶体是一种空间上不同介质周期性分布的人工结构。作为一种电磁波晶体，具有类似固体晶体的性质，具有一定的能带结构。在一定频率还存在禁带。它的提出使人类能够更加自如、有效地控制光波的行为。基于光子晶体的各种结构使得集成... 详细信息

光子晶体是一种空间上不同介质周期性分布的人工结构。作为一种电磁波晶体，具有类似固体晶体的性质，具有一定的能带结构。在一定频率还存在禁带。它的提出使人类能够更加自如、有效地控制光波的行为。基于光子晶体的各种结构使得集成光路成为可能。近年来，在光子晶体理论研究上的进展非常快，设计出了各种新颖的器件。虽然在实验上稍微落后，但是也取得了很大的进展。在近红外的光子晶体得以实现。光子晶体的研究对光学领域具有深远的影响。由于光子晶体领域的工作很多，本文选择对其中的一些性质进行了深入研究。全方位反射器作为第三代反射器件具有全方位高反射的优越性。它综合了基于介质和金属反射器件的优点。它的发展直接促使了基于一维光子晶体的光子晶体光纤的诞生，对于实现基于一维光子晶体的光纤具有重要的意义。本文在分析全方位反射器基本原理的基础上，对影响一维光子晶体全方位反射带的各种因素进行了深入的分析，为设计全方位反射带提供了设计思路。通过对一维光子晶体能带的全面分析，提出了一种新的展宽全方位反射带的方法。它不同于前人提出的方法。不仅极大地提高了一维光子晶体的全方位反射带，使得制作覆盖整个可见光波段的全方位反射器成为可能。同时这种方法极大地降低了工艺条件，易于实际制作。它还极大地降低了对材料的要求。根据这个方法，我们设计了一个由四个基本一维光子晶体合成的一维结构，得到了较大的全方位反射带。在此基础上，利用传统的薄膜制作工艺，在实验上对这种方法进行了论证。证明这种方法是有效的，可望用于实际的设计制作和应用。光在光子晶体中的传播与在一般介质中的传播完全不同，非常复杂。研究光在其中的行为有助于提高人们对光子晶体的认识。光子晶体中的负折射、超棱镜效应在近场成像、波分复用系统中具有潜在的用途。平面波展开方法在计算光子晶体能带方面应用广泛，但是用于分析光在光子晶体中的行为却不方便。本文在深入分析平面波展开方法的基础上，对这种方法进行了修正，使得它适合于分析光子晶体中光的传播性质。基于这种修正，可以容易地得到光子晶体中的波向量图。根据波向量图可以定性分析光在光子晶体中的行为。为了定性地分析光的行为，我们对光子晶体中光的群速度进行了计算，得到很好的结果。基于波向量图和群速度，可以很好地分析光在光子晶体中的行为。在这个基础上，本文对光子晶体中的负折射效应、超棱镜效应以及自准直效应进行了一定的分析。由于高维光子晶体的实验制作工艺相对来说比较困难，特别是对于可见光波段的高维光子晶体的制作目前还没有很有效的手段。基于这个考虑，本文分析了一维光子晶体中的光的传播方式。深入研究了可用于分析一维光子晶体中超棱镜效应的方法。并对影响超棱镜效应的因素进行了深入的分析，指出了设计的基本思想。对一维光子晶体超棱镜的研究表明，在一维光子晶体中由于设计自由度的缺乏，无法得到较好的空间位移色散关系，因此对实际应用还有诸多的限制。为了克服这个困难，根据空间位移与时间延迟的关系，本文对非周期的一维结构进行了深入的分析。在这个基础上，本文提出了一种基于Fabry-Perot腔的新结构。这种结构本质上可以认为是基于FP腔的Interleaver结构，只是它需要倾斜入射工作。在这种结构中，由于不同的透射通道具有不同的时间延迟，因此不同的通道在出射面的不同位置出射。由于这种结构具有很高的空间位移分辨率，因此可以将相邻间隔很小的波长在空间上分开，实现波分复用。它简化了一般基于interleaver的波分复用系统，同时也非常易于集成。本文对这种结构的机理进行了深入的分析，指出了影响这种结构性能的因素。在此基础上，本文对一般的interleaver结构进行了改进。提出了基于啁啾反射镜的interleaver结构。并对浙江大学硕士学位论文第一章绪论它的性能进行了分析。

关键词：光子晶体全方位反射器全方位禁带超棱镜效应

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用于可见光区的薄膜光子晶体全角度反射器

物理学报 2005年第8期54卷 3707-3710页

作者：顾培夫黄弼勤郑臻荣浙江大学现代光学仪器国家重点实验室杭州310027

采用角域叠加方法可以有效地获得可见光区域的一维光子晶体全角度反射器.4个TiO2/SiO2薄膜光子晶体用角域叠加形成全角度反射的相对带宽为41·33%,而在同样条件下用常规的频域叠加方法合成的全角度反射的相对带宽仅为14·26%.阐述了角... 详细信息

采用角域叠加方法可以有效地获得可见光区域的一维光子晶体全角度反射器.4个TiO2/SiO2薄膜光子晶体用角域叠加形成全角度反射的相对带宽为41·33%,而在同样条件下用常规的频域叠加方法合成的全角度反射的相对带宽仅为14·26%.阐述了角域叠加的基本原理,计算给出了可见光区域的全角度反射器,并提出用角域叠加方法可方便地构建频域叠加所无法实现的紫外区域的全角度反射器.

关键词：可见光区反射器薄膜一维光子晶体叠加方法相对带宽 TiO2 基本原理角域紫外区频域样条

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一维光子晶体反常折射的数值分析

光子学报 2004年第10期33卷 1222-1225页

作者：黄弼勤顾培夫浙江大学现代光学仪器国家重点实验室杭州310027

分析了一维光子晶体中产生反常折射的原因 ,根据波向量图对光在其中传播的方式做了定性的分析根据一维光子晶体中具有波频率与波向量之间明确解析表达式的特点 ,指出利用此关系式能方便地对光在其中的传播方式进行深入的分析利用这... 详细信息

分析了一维光子晶体中产生反常折射的原因 ,根据波向量图对光在其中传播的方式做了定性的分析根据一维光子晶体中具有波频率与波向量之间明确解析表达式的特点 ,指出利用此关系式能方便地对光在其中的传播方式进行深入的分析利用这种方法 ,文中分析了光在其中传播的一些性质

关键词：一维光子晶体反常折射波向量图

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微光机电系统滤波器可调谐特性分析

光学学报 2004年第8期24卷 1125-1129页

作者：沈伟东朱勇黄弼勤陈海星刘旭顾培夫浙江大学现代光学仪器国家重点实验室杭州310027

分析了基于法布里珀罗腔的微光机电系统可调谐滤波器中 ,空气腔厚度与峰值波长间的关系。微光机电系统中 ,空气腔的厚度一般在一个波长附近 ,因此腔的干涉级数较小 ,两边反射镜的反射相位对峰值波长的影响比较大。从反射相位出发 ,推导... 详细信息

分析了基于法布里珀罗腔的微光机电系统可调谐滤波器中 ,空气腔厚度与峰值波长间的关系。微光机电系统中 ,空气腔的厚度一般在一个波长附近 ,因此腔的干涉级数较小 ,两边反射镜的反射相位对峰值波长的影响比较大。从反射相位出发 ,推导出了基于这种结构的可调谐滤波器中空气腔厚度和谐振波长之间的线性关系 ,并通过数值计算进行了验证。分析了影响滤波器调谐灵敏度的因素 ,构成介质反射镜的薄膜材料的高低折射值以及薄膜堆的层数都能改变线性系数的值。最后估算了一定波长范围内这种线性关系的误差。

关键词：微光机电系统可调谐滤波器法布里-珀罗腔反射相移调谐特性

含有负折射率介质层的布喇格镜的光学特性研究

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光子学报 2004年第2期33卷 200-203页

作者：杨立功顾培夫黄弼勤浙江大学现代光学仪器国家重点实验室杭州310027

从电磁场理论推导了光波在负折射率介质薄层中的传输矩阵 ,对由正、负折射率介质构成的全介质布喇格反射镜的反射带宽和角度特性进行了分析和讨论 ,与普通的均由正折射率介质构成的布喇格反射镜的相应特性做了对比 ,并根据薄膜理论对研... 详细信息

从电磁场理论推导了光波在负折射率介质薄层中的传输矩阵 ,对由正、负折射率介质构成的全介质布喇格反射镜的反射带宽和角度特性进行了分析和讨论 ,与普通的均由正折射率介质构成的布喇格反射镜的相应特性做了对比 ,并根据薄膜理论对研究结果作了解释

关键词：负折射率介质传输矩阵全介质布喇格反射镜反射带宽

从几何光学研究负折射率透镜的有限尺寸效应(英文)

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光子学报 2003年第11期32卷 1396-1398页

作者：杨立功顾培夫黄弼勤浙江大学现代光学仪器国家重点实验室杭州310027

从几何光学理论证明了 ,在左手系材料 (负折率材料 )透镜中存在完善聚焦的概念。当该透镜的尺寸可以认为是无穷大时 ,该透镜是无几何像差透镜。进一步考虑了有限透镜孔径对成像面上成像质量的影响 ,模拟结果表明 :成像面上亮度对比度分... 详细信息

从几何光学理论证明了 ,在左手系材料 (负折率材料 )透镜中存在完善聚焦的概念。当该透镜的尺寸可以认为是无穷大时 ,该透镜是无几何像差透镜。进一步考虑了有限透镜孔径对成像面上成像质量的影响 ,模拟结果表明 :成像面上亮度对比度分布不均匀 ;且随着透镜孔径大小与厚度的比值减小 ,像的对比度将会增加。

关键词：几何光学负折射率透镜有限尺寸效应左手系材料透镜成像成像质量

界面效应对半导体量子点异质结的电子能级扰动的分析

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量子电子学报 2004年第5期21卷 669-673页

作者：杨立功顾培夫叶辉黄弼勤浙江大学光电工程学系浙江杭州310027

提出采用壳状结构和渐变有限深势阱模型的方法来分析界面效应对半导体量子点异质结的束缚态电子能级的扰动。模拟计算表明,对于处于强受限的量子点,界面效应明显。随着量子点的表面区域增大和量子点尺寸的减小,能级移动增加,在低能级时... 详细信息

提出采用壳状结构和渐变有限深势阱模型的方法来分析界面效应对半导体量子点异质结的束缚态电子能级的扰动。模拟计算表明,对于处于强受限的量子点,界面效应明显。随着量子点的表面区域增大和量子点尺寸的减小,能级移动增加,在低能级时近似呈线性变化关系。

关键词：光电子学量子点异质结界面效应渐变势阱 Airy函数法

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负折射率介质层中光波的相位和传输特性研究

光学学报 2004年第3期24卷 388-392页

作者：杨立功黄弼勤叶辉顾培夫浙江大学现代光学仪器国家重点实验室杭州310027

针对在理解负折射率材料中光波的传播特性时相位的特殊性质 ,详细分析推证了负折射率介质中折射率、波矢k的大小和方向、空间坐标系以及波相相位互之间的关系。分析结果表明负折射率介质层中的波矢k的反常取向是由于其标量值为负 ;在统... 详细信息

针对在理解负折射率材料中光波的传播特性时相位的特殊性质 ,详细分析推证了负折射率介质中折射率、波矢k的大小和方向、空间坐标系以及波相相位互之间的关系。分析结果表明负折射率介质层中的波矢k的反常取向是由于其标量值为负 ;在统一的坐标系下 ,由该标量值参与数值计算和分析 ,k则由标量值和单位矢量k0 (k0 >0 )共同决定 ,而不必再考虑左、右手系的区别。在此基础上依据电磁场理论推导了光波在负折射率介质层中的传输矩阵 ,用以分析含有负折射率介质层的复杂薄膜系统的光学性质。

关键词：负折射率介质物理光学正折射率介质传输矩阵复杂薄膜系统光谱特性色散关系