张晓帆[1]2004年在《光子晶体的数值计算与近红外波段实验研究》文中进行了进一步梳理光子晶体的提出到现在只有短短的十几年的时间,其展示的巨大的应用前景已经引起了各个方面极大的关注。目前光子晶体在理论和实验上都有了飞速的进展,本文利用时域有限差分方法(FDTD)进行光子晶体结构的数值计算,开展了近红外波段光子晶体的微加工研究和测试光路的设计、搭建和改进。本文详细地给出了利用FDTD+Bloch边界方法计算二维光子晶体的能带的具体方法以及正方晶格和叁角晶格的Bloch边界的设置方法。详细而定量的研究了网格的精细度对于二维的能带、透过率以及微腔品质因子最终结果的影响。研究了结构参数对于正方晶格和叁角晶格空气孔和介质柱结构的影响,得到了完全带隙的结构参数。利用超元胞的方法计算了含有点缺陷和线缺陷的光子晶体的能带,并计算了缺陷模式的场分布。利用FDTD+PML边界方法计算了有限尺寸的光子晶体的透过率,并研究了不同网格精细度和光子晶体的层数对于透过率的影响。分析了FFT方法在研究光子晶体微腔结构时的局限,利用一种新的方法Padé近似成功的分析了光子晶体的微腔,得到了Q值高达10~6量级的微腔。利用叁维FDTD方法结合PML+Bloch+Mirror叁种边界计算了PC-Slab结构光子晶体的能带,并利用Light-Line方法滤除了平板波导所不支持的泄漏模式。进行了GaAs/AlGaAs体系850nm光子晶体激光器设计的前两个步骤,并分析了在进行PC-Slab高品质因子微腔时Padé近似失效的原因。查阅了有关PC-Slab结构光子晶体制作工艺的资料,给出了利用EBL+ICP方法制作光子晶体结构详细的工艺流程。设计并参与搭建了光子晶体激光器的测试光路,进行着样品表面反射光到多模光纤的耦合工作;进行测试光路的优化,争取能够保证观察到泵浦光斑的同时还能减少光路的损耗以探测到微弱的光子晶体激光器的激射光信号。参与了无源光子晶体测试耦合部分的工作,参考国外的一些行之有效的方法对我们的耦合光路进行改进。
刘华刚[2]2010年在《基于光子晶体光纤飞秒激光系统的非线性频率变换技术研究》文中研究表明以掺Yb~(3+)大模面积光子晶体光纤飞秒激光系统为基频光源,采用非线性光学频率变换技术,旨在突破增益介质发射谱线的限制,产生光子晶体光纤激光器所无法直接输出的相干辐射,将其输出波长向短波和长波两个方向扩展。在高重复频率下,采用频率上转换的方法,将近红外基频光转换为可见光和紫外波段的高功率多波长超短脉冲。而基于块状晶体二阶非线性或石英光纤叁阶非线性的光参量放大、光参量振荡以及脉冲内拉曼散射效应可以获得从可见光到近红外波段的连续可调谐飞秒激光。具体研究内容包括:1.理论研究了飞秒激光倍频过程中限制晶体长度的因素以及群速失配对倍频效率和脉冲宽度的影响。分析并实验验证了BBO晶体Ⅰ类相位匹配条件下二次谐波椭圆形横向模场的成因及其受聚焦透镜焦距的影响。在50 MHz的重复频率下,利用级联倍频以及和频获得了平均功率达10.5 W的二次谐波(520 nm)、4.7 W的叁次谐波(347 nm)以及2.14 W、在257 nm~263 nm波段可连续调谐的四次谐波飞秒激光脉冲。采用差频互相关法测量了四次谐波脉冲宽度,用长度为0.8 mm和0.18 mm的BBO晶体获得四次谐波飞秒激光的脉冲宽度分别为410 fs和120 fs。根据无截止单模特性,研究了光子晶体光纤在260 nm波段的单模传输特性。2.对光子晶体光纤激光脉冲的二次谐波(520 nm)泵浦下的BBO晶体Ⅰ类相位匹配非共线飞秒光参量放大器进行了系统的理论和实验研究。给出了宽带相位匹配条件及相应的最佳相位匹配角和非共线角,讨论了空间走离、群速失配的补偿技术和方法。研究了脉冲内拉曼散射效应在超连续谱产生中的作用,并在较低功率下观测到孤子自频移现象,获得了宽度为16 fs的孤子脉冲。以光纤展宽基频光谱作为种子光,搭建了高重复频率(1 MHz)非共线飞秒光参量放大系统,实验获得了调谐范围覆盖近红外波段830 nm至1430 nm的信号光及闲频光飞秒激光脉冲,其最短脉冲宽度为62 fs。3.理论研究了基于光子晶体光纤叁阶非线性效应的四波混频原理及相位匹配方法。设计了零色散点在掺Yb~(3+)光子晶体光纤飞秒激光器的输出波长附近、色散平坦的双包层光子晶体光纤。数值模拟了泵浦光波长在光纤负色散区或正色散区时的相位匹配及增益,结果表明这种光纤支持调谐范围宽、增益带宽大的简并四波混频,为基于光子晶体光纤的光参量振荡器和光参量放大器提供了理论指导。
宋泽东[3]2013年在《硅基薄膜太阳能电池近红外截止滤波器的优化设计与实验研究》文中研究表明硅基薄膜太阳能电池作为“第二代”光伏器件最具竞争力的角色之一,主要有以下几方面优点：无毒无污染、材料来源广泛、制备技术成熟等。近年来,商业化生产的光伏组件还是以硅基太阳能电池为主,主要分为晶体硅、薄膜硅两大类,由于原材料都是硅,故其工作带隙基本都在400-1100nm范围内,对于近红外波段的大部分低能光子不会被吸收用来产生电子空穴对,而且这部分近红外光具有很强的热辐射效应会产生大量热能,使电池的工作温度升高,进而降低了电池的输出功率。鉴于以上原因,我们设计了一种近红外截止滤波器,在不影响太阳能电池正常工作波段透过率的前提下过滤掉近红外波。近年来,一维光子晶体以其结构简单、制备工艺比较完善且具有近似完全光子禁带的全向反射带,在理论和实验研究上都得到了研究人员的高度重视。本论文主要研究的就是如何用最简化的光子晶体结构设计该滤波器,在保证太阳能电池正常工作带隙不受影响的前提下,最大限度的提高近红外光谱截止带宽,具体模拟计算与实验过程如下：第一部分我们利用传输矩阵法(Transfer Matrix Method, TMM),研究均匀平面波透过多层膜结构的传输特性,然后使用MATLAB编写程序、调用TMM算法,设置光子晶体材料参数,进行理论模拟计算,最终得到在400-2000nm范围内的透射谱图,并分析光子晶体材料折射率、光子晶体周期数以及光子晶体晶格常数对结果的影响,得到最简单的一维光子晶体滤波器结构,其近似完全光学禁带为1051.6nm～1594.4nm。第二部分为了验证我们理论设计的合理性、实用性,利用磁控溅射法制备出该滤波器结构,使用的仪器是Pecs682溅射镀膜仪。然后对样品进行表征,使用JSM-6510扫描电子显微镜扫描其横截面并使用lambda750紫外／可见光／近红外分光光度计测量400-2000nm光谱范围内透过率,最后与模拟计算的结果进行比较、分析,得出结论。本文最后针对所设计的近红外截止滤波器在太阳能电池中的潜在的应用做理论上的解释、分析。
李秀杰[4]2010年在《二维叁角晶格光子晶体的光学特性及应用研究》文中研究表明光子晶体是不同介电常数材料在空间周期性排列所形成的人工晶体结构,利用光子禁带可以方便地操纵电磁波在其中的传播,在光纤、滤波器、无损耗反射镜、全光开关、低阈值激光器、发光二极管等方面具有广泛的应用。二维叁角晶格是最为简单的二维光子晶体结构,已有的研究表明空气圆柱型叁角晶格容易产生较宽的完全禁带宽度,而且制备工艺较为成熟,选择这种光子晶体进行深入研究具有重要的实用价值。本论文应用传输矩阵法对空气圆柱型二维叁角晶格光子晶体的能带结构进行了深入的研究,并在此基础上系统地讨论了引入各类缺陷所产生的缺陷模的特征。此外,文中模拟计算了一种新型二维光子晶体异质结在全方位入射光照射下的反射效率,以及外场作用下液晶填充的二维光子晶体带隙结构的变化规律。研究结果可为实现二维光子晶体在光子晶体窄带滤波器、太阳能背反射器、光开关等方面的应用提供理论依据,具有重要参考价值。论文的主要工作包括以下内容：(1)研究了介质折射率和晶格结构参数对空气圆柱型二维叁角晶格光子晶体能带结构的影响。结果表明随着填充率的增大,光子禁带向短波方向发生移动,禁带宽度随之增大。填充率增至0.4时,禁带宽度达到最大值；随着折射率的增大,带隙加宽；晶格常数增大,可使光子禁带向长波方向发生位移,禁带宽度增大。此外随着入射光线偏转角度的增大,光子晶体反射率曲线发生了很大的改变。文中还应用平面波展开法验证了计算的正确性。(2)在二维叁角晶格光子晶体中分别引入两种不同类型点缺陷及线缺陷。伴随着缺陷的引入,TM模式光子禁带范围内出现了一条透射率很高的缺陷模。缺陷空气柱半径和介电常数的改变会对光子晶体的能带结构和缺陷模的位置产生影响。对于不同缺陷光子晶体,随着缺陷空气柱半径的增大,缺陷模均向短波方向移动；而缺陷圆柱介电常数的增大则会使缺陷模发生红移,光子禁带整体向长波方向发生位移。通过调整光子晶体中缺陷类型及缺陷参量,可使缺陷模在1050～1150nm波段内变化,该波段为光纤通信所用光波的波长范围。因此可将其用作不同波段窄带选频滤波器并进一步应用于波分复用光通信领域。(3)设计了一种可用于太阳能反射器的二维叁角晶格光子晶体异质结结构,比较了光线从不同入射角度入射时,可见和近红外波段范围内反射率的变化。结果表明随着入射光线偏转角度的增大,光子晶体对400-750nm可见光波段入射光的平均反射率逐渐增大。对于750-1200nm波段近红外入射光线,当偏转角度为30°时反射率最低,为90%,在其它偏转角度下,反射率均达到98%以上,表现出了相当高的反射效率。该异质结可提供极大的全方位反射带,为制作覆盖整个可见光-近红外波段的高效全方位反射器提供了一种可行的途径。(4)选择二维叁角晶格光子晶体作为模板,在空气孔内填充光学各向异性的phenylacetylene液晶材料,通过计算得到了液晶分子旋转角在0°～90°变化时,液晶材料有效折射率的对应关系,并由此得到液晶填充的光子晶体在不同偏振模式下光子禁带结构。结果发现TM偏振模式下,通过控制外场改变液晶旋转角,可方便地对1550nm波长的光实现切断或开通的功能,这在光纤传输网络技术领域具有很大的应用价值。此外,研究结果随着旋转角的改变,液晶填充光子晶体的方向能隙宽度变化较大,即方向能隙调制范围较大,有利于制备性能优良的光开关器件。
佚名[5]2010年在《光电子技术》文中研究说明O432010050230双光子光折变介质中屏蔽空间孤子的温度特性/张宇,侯春风,王飞,孙秀冬(哈尔滨工业大学物理系)//光学学报.―2010,30(3).―866～871.温度对具有双光子光折变效应的介质中屏蔽空间孤子的稳定性具有显着的影响。由屏蔽空间孤子演化方程得到的亮和暗屏蔽空间孤子解是温度相关的,在室温范围内,双光子光折变介质中屏蔽空间孤子光强和强度
刘广平[6]2008年在《微结构热辐射光谱控制特性及其应用研究》文中提出随着人类认识水平的不断进步,热辐射研究由传统的宏观大尺度研究逐渐拓展至微观小尺度问题的研究。对于一个热辐射问题,当物体结构的特征尺度与热辐射波长相近时,热辐射与结构的耦合将会产生许多新现象,该过程便是热辐射与微结构耦合过程。研究结果发现,通过控制微结构形态特征,可人为地控制耦合过程,进而控制热辐射能量传递过程,此即微结构热辐射光谱控制问题。近年来,随着MEMS微结构技术的不断进步,微结构热辐射光谱控制问题引起了广泛关注,据信该技术方法在与热辐射相关的技术领域有着广阔的应用前景。本文以微结构热辐射光谱控制特性为主要研究对象,同时,开展微结构光谱控制应用方面的研究。具体研究内容包括以下几个方面:1.微/纳尺度热辐射能量传递基于电磁波理论,分析微结构热辐射光谱控制问题,采用麦克斯韦方程组描述热辐射电磁波场量的相互激励关系;讨论热辐射电磁波的传播特性和偏振方式,基于坡印亭矢量定义热辐射能流以及光谱特性,分析热辐射与微结构的相互耦合过程;将时域有限差分思想用于麦克斯韦方程组离散,给出FDTD数值计算方法,同时,建立与FDTD方法相对应的入射波引入方法和边界处理方法;讨论微结构材料光学参数,并概括归纳常用材料的光学特性。2.一维微结构光谱控制特性研究研究周期性一维微结构的反射控制特性和透射控制特性,深入分析入射角、偏振方式、形态特征参数、周期以及折射率比值对其光谱控制特性的影响;针对周期结构光谱控制带宽受限的问题,将一维微结构延伸至非周期结构,研究非周期结构的反射控制特性、透射控制特性以及反射透射兼容控制特性,研究入射角及偏振方式对其光谱控制特性的影响;分别讨论周期结构和非周期结构的设计方法。将周期性一维微结构的光谱控制特性用于Morpho蝴蝶的结构显色研究,建立表皮微结构物理模型,计算表皮微结构的光谱特性;研究分析表皮微结构参数、入射角以及表皮材料光学参数对其光谱特性的影响;最后,根据计算分析结果解释结构显色机理。3.一维微结构滤光器光谱控制研究针对GaSb(锑化镓)电池的热光伏系统,将一维微结构光谱控制特性用于滤光器的光谱控制研究,分析滤光器与辐射器的辐射能量光谱分布及电池转化能力的匹配特性;根据匹配特性优化设计滤光器结构,计算其光谱控制特性,研究入射角及偏振方式对滤光器光谱控制特性的影响;采用PVD真空镀膜技术加工制作滤光器,测试其光谱控制特性,并根据测试结果评估滤光器的光谱控制效率;将非周期性一维微结构用于滤光器的光谱控制研究,优化设计非周期结构滤光器,计算其光谱控制特性,研究入射角及偏振方式对滤光器光谱控制特性的影响,根据计算所得光谱特性评估其光谱控制效率。4.热致变色材料光谱控制研究针对(La_(1-x)Sr_x)MnO_3型热致变色材料在太阳辐射波段吸收较大的问题,将一维微结构的光谱控制特性用于实现热致变色材料的光谱控制。根据热致变色材料的应用环境温度及自身的光谱特性,优化设计一维微结构,计算优化结构的光谱特性;根据计算得到的光谱特性,计算一维微结构对热致变色材料的光谱控制效果。5.二维粗糙表面光谱特性计算研究研究二维随机粗糙形态特征,建立随机粗糙表面模型;根据粗糙表面形态特征及表面模型,给出粗糙表面生成方法;将FDTD方法用于二维粗糙表面光谱特性的数值计算,将计算结果与现有的实验结果、GOA(几何光学近似方法)结果、EMT(电磁波解析法)结果进行比较,验证FDTD计算方法的有效性;根据FDTD计算结果研究粗糙表面的光谱特性,分析粗糙表面光谱特性的影响因素。研究二维光栅结构减反表面的结构特征,给出设计方法;针对0.2～0.3μm波段,选用Si作为基体材料,设计Si基二维光栅结构减反表面,采用FDTD方法计算减反表面的光谱特性,研究减反表面的特征单元高度、宽度、入射角以及偏振方式对其光谱特性的影响。
参考文献：
[1]. 光子晶体的数值计算与近红外波段实验研究[D]. 张晓帆. 天津大学. 2004
[2]. 基于光子晶体光纤飞秒激光系统的非线性频率变换技术研究[D]. 刘华刚. 天津大学. 2010
[3]. 硅基薄膜太阳能电池近红外截止滤波器的优化设计与实验研究[D]. 宋泽东. 南京理工大学. 2013
[4]. 二维叁角晶格光子晶体的光学特性及应用研究[D]. 李秀杰. 太原理工大学. 2010
[5]. 光电子技术[J]. 佚名. 中国无线电电子学文摘. 2010
[6]. 微结构热辐射光谱控制特性及其应用研究[D]. 刘广平. 南京理工大学. 2008
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