1 山西大同大学微结构电磁功能材料省市共建山西省重点实验室, 山西 大同 037009
2 同济大学物理科学与工程学院先进微结构材料教育部重点实验室, 上海 200092
电磁波在媒质中的传输行为与媒质等频线的形状密切相关。双曲超材料的等频面为开放的双曲面,它支持任意大波矢的传播,将通常环境中以倏逝波形式存在的电磁波大波矢分量转换为传播场,从而实现更多奇特的电磁传输性。基于双曲线型等频面超材料,通过调节等频线的形状,制备出兼具双曲超材料和零折射率材料的新型材料,该材料不仅可以支持大波矢实现高方向性单向传输,同时可以将任意角度入射的电磁波以零角度折射,从而实现亚波长聚焦和超分辨特性。利用微波实验验证了高方向性单向传输特性、亚波长聚焦和超分辨特性,该研究为双曲超材料的理论和应用研究提供了更多的可能性。
材料 双曲超材料 平坦等频面 单向传输 深亚波长聚焦
1 山西大同大学 固体物理研究所, 山西 大同 037009
2 微结构电磁功能材料省市共建山西省重点实验室, 山西 大同 037009
3 新型微结构功能材料山西省高等学校重点实验室, 山西 大同 037009
4 太原理工大学 材料科学与工程学院, 山西 太原 030024
5 北京化工大学 理学院, 北京 100029
基于三维光子晶体空间完全带隙的特性, 本文在实验上构建了一种由非共面的两个波导和一个立体微腔组成的四端口通道下载滤波器。讨论了球体、正方体、长方体微腔滤波器的选频特性, 以及连续旋转长方体微腔时, 其输出频率的变化。研究结果表明, 无论是对称型还是非对称型微腔, 都可以较好地实现选频。提高微腔的不对称性, 共振输出频率随之发生移动, 说明改变微腔的对称性, 可以有效调节滤波器的选频特性。连续旋转非对称型长方体微腔, 输出频率会随之发生明显的移动,如果引入有效调节机制, 可以产生连续调节输出频率的效果。该研究结果给多端口选择性输出空间滤波器的设计提供了新的思路, 为光学器件集成化的设计提供了重要的理论参考。
光子晶体 下载滤波器 photonic crystal Woodpile Woodpile drop filter
1 山西大同大学 微结构电磁功能材料省市共建山西省重点实验室, 山西 大同 037009
2 太原理工大学 材料科学与工程学院, 山西 太原 030024
通过计算损耗型单负材料双层异质结构中的透射、反射和吸收随损耗系数的变化, 对单负材料双层异质结构基于损耗的光学性质调控进行了研究。首先, 对损耗型单负材料单层结构的透射行为进行了计算, 给出了单层结构随损耗系数增大的非单调透射的变化图像。接着, 计算了损耗型单负材料双层异质结构中的透射、反射和吸收随损耗系数的变化曲线, 并分析了不同频率下透射与损耗系数之间的关系。研究结果表明, 在远离隧穿频率处, 随损耗系数的逐渐增大, 异质结的透射呈现出先减小后增大的变化。计算的电磁场强度分布图像表明, 双层异质结中透射与损耗系数之间为非单调关系, 起源于损耗型单负材料界面处的反常场局域效应, 即随着损耗系数的增大, 场局域先减弱后增强。
单负材料 光学性质 异质结构 single-negative materials optical property heterosturcture
1 山西大同大学 固体物理研究所, 山西 大同 037009
2 山西大同大学 物理与电子科学学院, 山西 大同037009
通过考虑光电导增益对探测器所加电压的依赖性改进了包含电子持续势能和总电子传输的光电流模型,并进一步将这个改进的模型用于估算探测器的响应率.相应的计算结果与公布的结果相比较,具有很好的一致性,证明了改进模型的正确性.
量子点红外探测器 光电流 响应率 光电导增益 quantum dot infrared photodetectors (QDIP) photocurrent responsivity photoconductive gain
1 山西大同大学 固体物理研究所,山西 大同037009
2 新型微结构功能材料山西省高校重点实验室,山西 大同037009
将损耗型负介电常数材料-光子晶体匹配的异质结构作为基本单元排列成周期性结构，组成一种新型的光栅结构，利用有限元分析方法计算了该结构的透射特性。通过分别对比不同的光栅周期长度以及异质结构在光栅结构中不同占比对透射率的影响，确定了光栅结构的透射率与单独的异质结构相比有显著的提高。同时，通过对电磁场的分析，解释了该光栅结构透射率提高的物理原因，这是由光栅结构对电磁场的周期性调制作用导致的。
透射特性 有限元分析 光栅结构 负介电常数材料 transmission characteristics finite element analysis grating structures negative permittivity materials
山西大同大学固体物理研究所, 山西 大同 037009
利用隧穿机制研究了含磁光金属Co6Ag94的三明治结构（磁光金属嵌入两个磁光光子晶体中）的透射性质和磁光法拉第旋转效应。在含磁光金属的三明治结构中，分别研究了双透射峰和单透射峰两种情况。研究结果表明，无论是双透射峰还是单透射峰情况，局域在磁光金属和磁光光子晶体界面上的电磁场，都能够同时增强磁光金属的透射和磁光法拉第旋转效应。另外，分析了磁光金属Co6Ag94存在增益时该三明治结构法拉第旋转角达到-45°的情况，此性质为设计小型化的磁光隔离器件提供了理论依据。
材料 特异材料 光子晶体 法拉第旋转效应 磁光金属
山西大同大学固体物理研究所, 山西 大同 037009
理论研究了基于各向异性光子晶体带隙的窄带带通角度滤波器。利用电磁有限元数值仿真方法计算出不同入射角的光子晶体的角度带隙结构及掺杂后光子晶体的角度缺陷模。数值计算结果表明，随着入射角度的改变各向异性光子带隙结构是可调的，而且在这个系统中掺杂后能够产生随入射角度变化的窄带缺陷模，因此掺杂的各向异性结构具有角度滤波的特性，可以实现窄带角度滤波，有望在未来的光子器件中发挥作用。
光电子学 通带滤波器 各向异性光子带隙 角度带隙 空间和频率滤波
1 大同大学固体物理研究所， 山西 大同 037009
2 同济大学波耳固体物理研究所， 上海 200092
利用转移矩阵法研究了含单层负折射率缺陷的一维光子晶体缺陷模的光学特性。结果表明，随着缺陷层厚度的增加，缺陷模的频率呈现分阶段的变化。第一阶段为单调递增，第二阶段为过渡过程，第三阶段为单调递减。这些性质与缺陷层为正常材料的相应结构有很大的不同。尽管第三阶段与之有点相似，但此时移动的速度却较大。研究还发现，整个过程缺陷模移动得比缺陷层为正常材料时要快。
材料 光子晶体 光学特性 转移矩阵 负折射材料 中国激光
2011, 38(10): 1006002
1 山西大同大学 固体物理研究所，山西 大同 037009
2 同济大学 波耳固体物理研究所，上海 200092
3 山东大学 威海分校 空间科学与物理学院，山东 威海，264209
对一维掺杂光子晶体嵌入负介电常数材料和负磁导率材料中缺陷模的透射性质进行了研究.利用转移矩阵方法，分别计算了负介电常数材料和负磁导率材料的反射相位谱和一维掺杂光子晶体的透射相位谱.研究发现，在特定条件下，负介电常数材料和负磁导率材料的反射相位以及一维掺杂光子晶体的往返透射相位之和是0或者2π的整数倍.这样的研究结果表明，在满足一定的条件下，一维掺杂的光子晶体嵌入负介电常数材料和负磁导率材料中后，无论杂质的厚度多大，在光子带隙中仅出现一个缺陷模.而且，由于负介电常数材料和负磁导率材料性质的限制，单个缺陷模的品质因子会大大提高.
光子晶体 缺陷模 负介电常数材料 负磁导率材料 Photonic crystal Defect mode ε-negative material μ-negative material
1 山西大同大学,固体物理研究所,山西,大同,037009
2 同济大学,波耳固体物理研究所,上海,200092
3 中国科学院微系统与信息技术研究所,信息功能材料国家重点实验室,上海,200050
采用转移矩阵的方法研究了含单负材料的一维光子晶体中掺入双层正常材料杂质时杂质模频率的变化问题.研究结果表明,杂质模频率与晶格常量的标度无关,且对晶格常量的涨落很不敏感.同时,通过增加杂质层厚度及层数发现,杂质模频率随之减小,而它的变化率随之增加,且杂质模消失在低频带边的速度会越来越快.
光子晶体 单负材料 杂质模 转移矩阵
