1 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
鉴于金属光子晶体结构在滤波、极化、传感、成像等领域的重要作用, 研究了基于三角形晶格的金属光子晶体的超常透射、光子能带和表面波特性。采用三维时域有限差分法对金属光子晶体结构建模, 同时解释超常透射机理;推导和讨论光子能带沿着ΓK和ΓM晶格方向的能带图, 分析不同的表面波特征, 并解释非对称入射下观察到的三角形的两个晶格方向模式分裂效应;建立了描述这种模式分裂效应的精确的表面模式谐振频率公式, 并对金属光子晶体的色散进行了定量分析。研究结果可为太赫兹功能器件的研究提供参考。
时域有限差分 金属光子晶体 光子能带 表面波 角度依赖性 finite difference time domain metallic photonic crystal photonic band surface waves angular dependence
广西大学材料科学与工程学院， 广西 南宁 530004
求解分析了有损耗情况下二维金属光子晶体的能带结构。在无损耗自由电子模型下，利用界面算子法得到了横磁模式和能带结构。考虑有损耗的Drude模型，并引入同伦法对本征频带进行修正，得到其相应的虚部。结果表明，损耗在表面等离子体频率处存在一个极大值；当频率改变时，损耗急剧减小，并随着倒格矢量值的变化而改变。即使考虑金属损耗，实部频率变化不明显。界面算子法与同伦法的结合为金属光子晶体的研究提供了较好的技术支持。
光电子学 金属光子晶体 Drude模型 能带结构 界面算子法 同伦法 激光与光电子学进展
2017, 54(7): 072501
1 No.33 Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Taiyuan 030006, China
2 Department of Optics and Optical Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
1 中国电子科技集团公司第三十三研究所，太原 030006
2 中国科学技术大学光学与光学工程系，合肥 230026
一维金属光子晶体薄膜是由金属-介质多层结构组成的等效均匀的各向异性超构材料。相比单层金属膜层，该结构在色散调控方面具有更多的自由度。在该结构中由于表面等离子体激元(SPP)的存在，可实现倏逝波的定向传输。在本文中，等效介质理论、时域有限元差分法(FDTD)的计算结果和实验结果都表明，传输倏逝波的波长、频宽和强度可通过金属光子晶体结构调整实现主动设计。金属膜厚比例越小，传输波长的中心和截止波长越长，频带越宽。当金属膜层厚度小于SPP穿透深度时，可获得宽频段的倏逝波的传输。同时，对金属光子晶体在微波波段的传输性能也进行了研究，发现其在微波波段等效介电常数为负，具有良好的反射性能。该结构的屏蔽效能远大于厚度相近的ITO薄膜的电磁屏蔽效能。在厚度只有几百纳米时，该结构即可实现良好的电磁屏蔽效能。通过金属光子晶体薄膜可实现电磁屏蔽材料的薄膜化、轻质化和可视化。
金属光子晶体薄膜 表面等离子体激元 可见光透光率 电磁屏蔽效能 metallic photonic crystal film surface plasmon visible light transmittance electromagnetic shielding effectiveness
：深入探究了金属光子晶体光纤的表面增强拉曼散射现象，建立了时域有限差分法的平板结构的模型，利用观察到的超强透射现象得到了发生拉曼散射的理论依据。金属光子晶体在太赫兹波照射下的表面电磁场增强效果的实验中得到：入射波能量越大，更易激发产生金属光子晶体的表面等离子体共振，可以使金属表面的增强效果得到较大增强；拉曼散射效果在太赫兹波段内十分明显，吸收光谱效果和荧光效应也相对较小，能够显著提高灵敏度和分辨率。
金属光子晶体光纤 表面增强拉曼散射 超强透射 太赫兹波段 灵敏度 metallic photonic crystal fiber surface-enhanced Raman scattering super transmission THz sensitivity
中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 高功率微波技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
研究了同轴传输线中金属光子晶体的电磁特性, 在此基础上优化了一种适用于窄带高功率微波源系统的金属光子晶体TEM-TE11模式转换器。该结构通过沿传输线角向部分填充的金属光子晶体实现移相。采用数值仿真程序对L波段模式转换器进行计算, 在1.57 GHz中心频率上, 模式转换器转换效率为99%; 在1.533~1.609 GHz频率范围内, 模式转换器效率大于90%, 相对带宽4.8%。加工了TEM模式激励器和辐射天线, 并在微波暗室对模式转换器进行了小信号测试, 验证了模式转换器的性能。
高功率微波 模式转换器 冷测实验 金属光子晶体 色散特性 high power microwave mode converter cold test metallic photonic crystal dispersion characteristics 强激光与粒子束
2014, 26(8): 083004
设计了等离子体填充的二维金属光子晶体特殊开放腔体结构,并采用粒子模拟技术(PIC)建立了基于等离子体填充腔体结构物理模型,分析了等离子体填充下二维腔体的各模式场分布特性,以及等离子体的引入对腔体内各模式工作频率、电场幅值的影响。结果表明: 腔体内各模式的电场强度随等离子体密度的增加而减弱,模式频率随背景等离子体归一化频率的提高而增加,工作模式的产生与激励方式密切相关。
等离子体填充 金属光子晶体 腔体 慢波系统 plasma-filled metallic photonic crystal cavity slow wave system 强激光与粒子束
2014, 26(4): 043001
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室， 吉林 长春 130033
2 中国科学院研究生院， 北京 100039
提出了一种利用全反射抑制二维光子晶体表面电磁波泄漏的方法，并计算了不同背景介质下的二维金属Cu光子晶体的带隙结构，得到了带隙结构与填充率间的关系曲线.计算方法采用时域有限差分，金属型光子晶体由Cu柱构成.分别计算了以空气为背景介质和以PMMA为背景介质的正方晶格金属型光子晶体的带隙结构.研究结果表明：以PMMA为背景介质的正方晶格金属型光子晶体与以空气为背景介质相比，第一带隙更窄，第二带隙中心频率更低，且在填充率大于0.70时将会出现第三带隙.这对进一步扩展这种光子晶体的应用具有良好的参考意义.
金属型光子晶体 带隙 表面泄漏 全反射 第三带隙 metallic photonic crystal band gap surface leakage total internal reflection the third band gap
桂林电子科技大学电子工程与自动化学院, 广西 桂林 541004
运用频域有限元法研究了一种二维正三角晶格金属光子晶体在太赫兹波段的传输特性。该模型选取空气为背景材料，金属铜为介质柱。通过改变太赫兹波的入射方向、晶格常数和介质柱填充率，对TM模和TE模的传输特性进行了系统完整的分析，获得了太赫兹波在正三角晶格金属光子晶体中的传输规律。结果表明，传输特性随着介质柱填充率、晶格常数及太赫兹波入射方向的变化而变化，且TE模和TM模带隙差异很大，这为太赫兹波段的光子晶体滤波器、反射器和极化器的开发与制作提供了参考依据。
太赫兹技术 金属光子晶体 传输特性 正三角晶格 激光与光电子学进展
2012, 49(7): 071601
1 青岛科技大学 数理学院 光电子科学与技术研究所，山东 青岛 266042
2 曲阜师范大学 物理工程学院，山东 曲阜 273165
用转移矩阵方法研究了由核壳(Core-Shell)结构组成的面心立方在可见光和近红外波频域的反射特性.考虑金属介质的色散特性，计算了壳层厚度对禁带的影响及沿与ΓL方向成一定角度θ时的反射特性曲线.研究发现,当包覆层厚度d小于0.08倍的这种核壳结构的半径时，随d增大低频域第一反射峰的位置“蓝移”；并且金属厚度大于该阈值时基本无变化.而在同一包覆层厚度，随入射角度θ 增大低频域的第一反射峰逐渐“蓝移”；在θ =40°时第二反射峰突变.
金属光子晶体 核壳结构 德让模型(Drude model) 转移矩阵 Metallic photonic crystal Core-Shell structure Drude model Transfer matrix method
