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二维介质柱型graphite格子光子晶体禁带特性

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深圳大学学报（理工版） 2010年第2期27卷 157-161页

作者：杨毅彪王云才王拴锋王伟军梁伟太原理工大学理学院太原030024 太原理工大学材料科学与工程学院太原030024

采用平面波展开法模拟由GaAs、Si和Ge介质柱构造的graphite格子二维光子晶体的禁带结构．数值计算发现，无论由圆形、正六边形或正方形介质柱构造的graphite格子，出现完全光子禁带时对应的填充比f可变化范围都非常大．Graphite格子光... 详细信息

采用平面波展开法模拟由GaAs、Si和Ge介质柱构造的graphite格子二维光子晶体的禁带结构．数值计算发现，无论由圆形、正六边形或正方形介质柱构造的graphite格子，出现完全光子禁带时对应的填充比f可变化范围都非常大．Graphite格子光子晶体在介质折射率最低为2．2时出现完全光子禁带．当介质材料折射率n在3．4～3．9范围变化时，最大禁带宽度△可保持在0．050[ωα／（2πc）]以上，最大完全禁带宽度与中心频率的比值稳定在15％．

关键词：光子晶体光学禁带特性平面波展开法 graphite格子

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一维光子晶体禁带特性的研究

光谱实验室 2010年第3期27卷 1132-1134页

作者：闫昕枣庄学院物理与电子工程系山东省枣庄市北安路1号277160

应用传输矩阵法研究了一维光子晶体的禁带特性,数值模拟得到了一维光子晶体TE模、TM模和TE/TM模禁带结构,计算结果表明,介质层的厚度发生变化时,禁带宽度发生变化。研究结果为一维光子晶体器件的设计提供了理论依据。

关键词：光子晶体传输矩阵法禁带特性

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二维复周期光子晶体禁带特性及缺陷态研究

二维复周期光子晶体禁带特性及缺陷态研究

作者：张金花江苏大学

学位级别：硕士

光子晶体是具有禁带特性的周期性人造晶体,它能够控制不同频率的光波传输。由于其具有独特的光学性质,并且在光学器件上具有独特应用,受到研究人员的广泛关注。与简单的光子晶体相比,复周期光子晶体具有更好的光学可控性。因此,二维复... 详细信息

光子晶体是具有禁带特性的周期性人造晶体,它能够控制不同频率的光波传输。由于其具有独特的光学性质,并且在光学器件上具有独特应用,受到研究人员的广泛关注。与简单的光子晶体相比,复周期光子晶体具有更好的光学可控性。因此,二维复周期光子晶体及缺陷特性是光子晶体研究的重要方向之一。本文构建了基于三角晶格和四方晶格这两种二维复周期光子晶体,并设置了点缺陷、线缺陷、风车型缺陷和卍型缺陷等多种缺陷,研究缺陷态对光子晶体禁带特性的影响。本论文的主要科研内容及创新点如下所述:首先,利用平面波展开法(PWE,Plane wave expand method)计算单/复周期三角晶格以及四方晶格光子晶体不同介质柱的半径尺寸、介电常数与光子晶体完全禁带宽度及禁带条数的关系。结果表明:复周期结构破坏了晶格的对称性,而晶格结构对称性的降低能够提高禁带宽度;单/复周期结构三角晶格光子晶体的完全禁带宽度都大于相同条件下四方晶格光子晶体的完全禁带宽度;复周期结构三角晶格光子晶体在大、小介质柱半径分别为0.48μm、0.01μm时获得最宽的完全禁带,禁带宽度大小为0.08396(?a/2πc);在不存在完全禁带的尺寸条件下,改变大小介质柱的介电常数能够使其产生完全禁带,且三角晶格光子晶体在大介质柱半径为0.48μm,介电常数为1,小介质柱的半径尺寸为0.08μm,介电常数为22.8时,产生最宽完全禁带,宽度最大达到0.13448(?a/2πc)。其次,利用平面波展开法的超胞理论算法,研究了完全禁带最宽时的复周期三角晶格光子晶体点、线缺陷态下的光传输特性。研究结果表明:与线缺陷复周期三角晶格光子晶体相比,点缺陷复周期三角晶格光子晶体具有更大的禁带宽度。这是因为点缺陷光子晶体可以形成平坦的局域模并将光波局限在点缺陷里,使得光波不能够在此光子晶体中传播,只能使特定频率的光波通过;而线缺陷光子晶体因不能够产生平坦的局域模,而导致光波会直接通过缺陷传播。因此,可以通过人工缺陷,来实现调节光子晶体禁带宽度的要求。最后,针对单周期四方晶格光子晶体创新性引入“风车”和“卍”型复杂缺陷,研究了缺陷态的结构参数对光子晶体TM禁带宽度的影响。研究结果表明:奇数扇叶风车缺陷和卍型缺陷光子晶体旋转后极大的破坏了缺陷的对称性,提高了TM的禁带宽度;偶数扇叶缺陷光子晶体TM禁带宽度大小的提高并不明显,但是偶数扇叶的风车缺陷比奇数扇叶的风车缺陷所产生的TM禁带更宽,TM禁带在四叶风车缺陷时最宽,达到0.05382(?a/2πc)。本文基于改变光子晶体晶格结构以及缺陷结构对称性的方法,针对二维复周期光子晶体的禁带及光传输特性,创新性地展开了不同点、线及复杂缺陷态对其性能影响的研究,为进一步了解二维复周期光子晶体的禁带特性提供基础,为其光传输性能的人工调制提供理论基础和设计手段。

关键词：二维光子晶体复周期光子晶体禁带特性平面波展开法缺陷态

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二维正方晶格光子晶体禁带特性

光谱实验室 2012年第2期29卷 1192-1194页

作者：张杰临沂大学实验管理中心山东省临沂市276000

基于平面波展开法,以碳化硅构成二维正方晶格光子晶体,数值模拟了TE模、TM模二维光子晶体的禁带特性,结果表明,TE模更容易形成光子禁带。同时设计了以碳化硅构成二维正方晶格光子晶体波导,数值模拟了TE模、TM模波导的传输特性和禁带特性... 详细信息

基于平面波展开法,以碳化硅构成二维正方晶格光子晶体,数值模拟了TE模、TM模二维光子晶体的禁带特性,结果表明,TE模更容易形成光子禁带。同时设计了以碳化硅构成二维正方晶格光子晶体波导,数值模拟了TE模、TM模波导的传输特性和禁带特性,结果表明,TE模构成的波导电磁波能够较好的传播,它们的光子禁带都没有出现。研究结论为光子晶体波导器件的开发提供参考。

关键词：光子晶体平面波展开法禁带特性正方晶格

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等离子体光子晶体的禁带特性研究

等离子体光子晶体的禁带特性研究

作者：肖晴南昌大学

学位级别：硕士

等离子体光子晶体是光子晶体的一种,是等离子体和介质或真空构成的人工周期性结构。根据其性质可分为磁化等离子体和非磁化等离子体。磁化等离子体既具有各项异性特性,也具有频率色散和耗散特性。而非磁化等离子是一种色散性和耗散性介... 详细信息

等离子体光子晶体是光子晶体的一种,是等离子体和介质或真空构成的人工周期性结构。根据其性质可分为磁化等离子体和非磁化等离子体。磁化等离子体既具有各项异性特性,也具有频率色散和耗散特性。而非磁化等离子是一种色散性和耗散性介质。由于电磁波在等离子体中传播时,既有通带,也有阻带。因此,等离子体光子晶体具有常规的介质光子晶体所不具备的性质。本文以光子晶体和等离子体的理论为基础,研究电磁波通过磁化和时变非磁化等离子体光子晶体时的传输特性,以微分高斯脉冲为激励源,用算法公式进行仿真计算。通过所得的电磁波透射系数来讨论时变磁化和非磁化等离子体光子晶体的禁带特性。主要研究内容如下: 1.采用PLJERC-FDTD算法,模拟计算时变磁化等离子体光子晶体禁带的周期特性。 2.采用JEC-FDTD算法,模拟计算时变非磁化等离子体光子晶体禁带的周期特性;结果表明:等离子体光子晶体的驰豫时间、温度的改变会导致等离子光子晶体的禁带特性的改变。

关键词：等离子体光子晶体时域有限差分法禁带特性

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声子/光子晶体禁带特性及结构优化研究

声子/光子晶体禁带特性及结构优化研究

作者：马幸福温州大学

学位级别：硕士

作为一种具有空间周期性并呈现出弹性波/电磁波禁带特性的新型人工结构,声子/光子晶体已引起国内外学者的广泛关注。局域共振型声子晶体更是凭借其“小尺寸控制大波长”与能量局域化的特性,在低频减振领域具有诱人的应用前景。针对具有... 详细信息

作为一种具有空间周期性并呈现出弹性波/电磁波禁带特性的新型人工结构,声子/光子晶体已引起国内外学者的广泛关注。局域共振型声子晶体更是凭借其“小尺寸控制大波长”与能量局域化的特性,在低频减振领域具有诱人的应用前景。针对具有低频减振特性的局域共振型声子晶体结构开展研究,旨在获得具有低频宽禁带、减振性能好的声子晶体人工结构。进一步针对声光调控问题,提出一种具有双重禁带的最优声光子晶体结构。针对低频振动问题,提出三种局域共振型声子晶体结构:风车状结构、双重板结构、以及环状结构。利用有限元分析软件COMSOL,分别建立三种结构的数值模拟模型并计算其频带结构与禁带边缘的振动模态,分析三种结构的低频禁带产生机理。继而通过开展三种声子晶体结构敏感的几何参数对禁带的影响,为声子晶体结构优化提供依据与基础。最后,选取环状声子晶体结构为例,开展物理实验,验证其有效性。为满足低频振动抑制的需求,需在低频范围内获得尽可能大的禁带。基于此,提出一种基于响应面方法的禁带优化方案。首先,基于声子晶体结构敏感的几何参数,设计出三因素七水平的数值试验方案,利用响应面法拟合出几何参数与禁带之间的函数关系。其次,通过优化求解获得最优禁带以及相应的几何参数。优化后的风车状结构、双重板结构、以及环状结构的最优禁带分别为:[87Hz,125Hz]和[166Hz,247.8Hz]、[93.3Hz,140.6Hz]和[153.4Hz,252.3Hz]、[69.5Hz,129.1Hz]和[143.9Hz,248Hz]。针对声光调控问题,提出一种新型的声光子晶体结构,研究了其同时存在的声子与光子禁带的双重禁带产生机理,探讨了声光子晶体结构参数对双重禁带特性的影响规律。继而拓展所提出的基于响应面方法的禁带优化方案至双重禁带设计,得到双重禁带带宽与声光子晶体结构参数的函数关系。最后,利用统一目标函数法建立单目标优化模型,求解获得最优双重禁带:[0.4303,0.8117]与[0.379,0.4221],及其对应的最优声光子晶体结构几何参数:f=0.0276a,b=0.255a,d=0.255a。以上研究为声子/光子晶体结构优化以及声学/光学超材料研究提供一种可行的优化方案。此外,提出的具体结构为低频振动抑制与声光调控提供可选的人工功能材料。

关键词：局域共振型声子晶体声光子晶体禁带特性低频振动响应面法统一目标函数法

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二维结构光子晶体太赫兹波禁带特性研究

枣庄学院学报 2019年第5期36卷 26-32页

作者：李爱云孙亚宁童虹吕德凯孟庆蔚枣庄学院光电工程学院

太赫兹指波长处在0.03至3mm范围内的电磁波,目前处在5G/6G通讯波段,具有广宽的应用前景.光子晶体是一种人工电磁周期介质,具有色散小等特性,两者优点结合起来,通过光子晶体设计可以达到对太赫兹波的调制,从而达到设计太赫兹波调制器的目... 详细信息

太赫兹指波长处在0.03至3mm范围内的电磁波,目前处在5G/6G通讯波段,具有广宽的应用前景.光子晶体是一种人工电磁周期介质,具有色散小等特性,两者优点结合起来,通过光子晶体设计可以达到对太赫兹波的调制,从而达到设计太赫兹波调制器的目的,为太赫兹5G/6G通讯器件提供参考.研究二维结构光子晶体太赫兹波禁带特性,研究多角度结构变化对禁带特性的影响以及对正方晶格结构形成缺陷模拟禁带特性,得出多角度结构和缺陷态结构都对形成太赫兹禁带有一定的影响,这些变化对太赫兹在正方晶格光子晶体中的传输起到调制作用.

关键词：太赫兹光子晶体禁带特性

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一维二元非金属型声子晶体禁带特性研究

楚雄师范学院学报 2014年第6期29卷 12-16页

作者：邱学云文山学院信息科学学院云南文山663000

选用非金属材料塑料和硅橡胶,组合成一维二元声子晶体匀直杆状结构。通过单一改变结构中非金属材料塑料的密度或者硅橡胶的密度,寻找单一材料密度变化与声子晶体杆禁带特性的关系。结果表明:当选取塑料密度为1190kg·m-3、硅橡胶密度为1... 详细信息

选用非金属材料塑料和硅橡胶,组合成一维二元声子晶体匀直杆状结构。通过单一改变结构中非金属材料塑料的密度或者硅橡胶的密度,寻找单一材料密度变化与声子晶体杆禁带特性的关系。结果表明:当选取塑料密度为1190kg·m-3、硅橡胶密度为1300kg·m-3,晶格常数为0.3m,两种材料组份比相同时,一维二元非金属塑料/硅橡胶声子晶体存在低频禁带带隙,第1禁带起始频率为43.07Hz、禁带带宽为33.09Hz,第2禁带起始频率为99.84Hz,第2禁带带宽为52.49Hz;当单一改变塑料的密度,随着密度由小到大线性增加,结构第1带隙的起始频率由66.58Hz逐步减小到34.04Hz;第1带隙的截止频率为76.17Hz,保持不变,带隙宽度展宽;当单一改变材料硅橡胶的密度时,随着材料硅橡胶的密度由小到大线性增加,第1带隙的带宽由109.894HZ减小为18.3748Hz。对于一维二元非金属型声子晶体,选用密度更小的非金属材料与密度更大的非金属材料组合,更容易获得低频宽带带隙。另外,基于密度变化的同时还可以通过改变结构晶格常数的取值来获得更为理想的声子晶体禁带带隙。

关键词：一维声子晶体禁带特性集中质量法密度塑料硅橡胶

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锰基锂正极半导体材料禁带特性研究

广西科技大学学报 2015年第3期26卷 69-72,77页

作者：吴汉杰梁兴华黄美红宋清清刘浩广西汽车零部件与整车技术重点实验室(广西科技大学) 广西柳州545006

采用高温合成法对掺杂Ni和Fe固体物质锰基锂正极材料进行研究,制备出锰基锂正极半导体材料Li Ni0.5Mn1.5O4,Li Ni0.5Mn1.5Fe0.1O4和Li Ni0.5Mn1.5Fe0.2O4,利用X射线衍射仪分析该产物的晶体结构,运用紫外可见光纤光谱仪测试该材料的光谱... 详细信息

采用高温合成法对掺杂Ni和Fe固体物质锰基锂正极材料进行研究,制备出锰基锂正极半导体材料Li Ni0.5Mn1.5O4,Li Ni0.5Mn1.5Fe0.1O4和Li Ni0.5Mn1.5Fe0.2O4,利用X射线衍射仪分析该产物的晶体结构,运用紫外可见光纤光谱仪测试该材料的光谱特征,采用高精度电池测试仪测试半电池的充放电特性.测试结果表明:锰基锂正极半导体材料为立方尖晶石结构,其晶体结构是立方晶系,Fd3m空间群.Li Ni0.5Mn1.5O4,Li Ni0.5Mn1.5Fe0.1O4和Li Ni0.5Mn1.5Fe0.2O4的紫外可见光吸收系数分别处于0.830,0.839和0.857时,禁带宽度分别为0.989 e V,0.966 e V和0.922 e V.半电池电特性测试表明:充放电电压范围处于3.45 V^4.8 V区间,充放电出现了2个平台.

关键词：锰基锂正极材料禁带特性