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40;计算结果.

笔者利用常见薄膜材料碲化铅和冰晶石,设计了一维光子晶体结构,利用传输矩阵理论计算了其反射率,得到以下结论:1)单层碲化铅和冰晶石的光学厚度分别为8.0m的1/3和1/6,或者分别为10.0m的2/5和1/10时,此种一维光子晶体结构在中红外和远红外有高反射区,只是反射区没有完全覆盖住中远红外窗口,2)当以上2种结构组合在一起形成复合周期结构时,所组成的光子晶体结构在2.96～14.87m的反射率高于0.95,高反射区波长范围明显宽于单一结构光子晶体,而且涵盖了中远红外窗口,完全符合红外隐身的要求,3)对于斜入射,当kx为0～90.时,复合结构光子晶体的高反射区宽度TE波在远红外波段随入射角变化较明显,TM波随着入射角增加,高反射区域变化不明显.

摘自《装甲兵工程学院学报》2016年10月

缺陷对二维四方光子晶体透射光谱的影响

关键词:透射率光谱,光子晶体,光子禁带

本文主要用转移矩阵法研究了在四方格子中引入缺陷对透射谱的影响.

由介电常数ε等于11.56的圆柱形介质,周期地放在均匀的空气介质中组成的如图1所示的5×5四方晶体结构.

首先研究晶格常数a等于3mm,第二层为缺陷层的四方晶体,观察透射光谱随填充比r/a变化的情况,其中r为第二层的圆柱半径,a为晶格,其余层填充比R/a等于0.29,其中R为除第二层外其它层的圆柱半径.电磁波的传播有两种形式,一种是电矢量与传播方向垂直(TE波),另一种是磁矢量与传播方向垂直(TM波).模拟实验结果如图2所示.

然后对缺陷层的填充比变化后的TE波和TM波的透射光谱做了比对,研究了填充比r/a的值从0.15增加到0.40的情况.

进一步研究第二层缺陷层宽度的变化对透射光谱的影响.同样是由介电常数ε等于11.56的圆柱形介质,周期地放在均匀的空气介质中,填充比R/a等于0.29,除第二层外的晶格常数a1等于3mm,我们计算了第二层的晶包的晶格数分别为a2等于0.1,1,1.5,2,2.5,3.5,4mm的时候的两种波的透射率,如图3所示.

摘自《光谱实验室》2016年11月

光子晶体在隐身技术领域的应用研究进展

关键词:光子晶体,光子带隙,隐身技术

本文简单介绍了光子晶体的基本特征,重点阐述了光子晶体应用于隐身技术的基本原理以及国内外光子晶体隐身技术的研究进展.

光子晶体的基本特性:1)光子晶体的禁带特性,2)光子晶体的另一个重要特征是"光子局域",3)光子晶体的反常折射现象.

光子晶体的最根本特性就是具有光子禁带,能够抑制其禁带频率自发辐射,同时能够增强其带边或通带的自发辐射.利用禁带位于红外探测器敏感波段(3~5μm或8~12μm)的光子晶体,可以有效抑制红外探测器可探测波段的辐射,并将辐射能量转变成其他不容易被探测到波段的能量,通过辐射频率的转换和调制,实现热红外隐身的目的.

作为一种光谱选择性可通过微结构的周期性进行调节的材料,光子晶体概念的提出和发展为多波段宽频隐身的实现提供了新的途径.主要包括:红外与电磁波隐身兼容及宽频隐身.

加拿大的研究人员研制了一种基于WO3反opal结构光子晶体的电致变色器件(如图3,图4所示),通过将光子晶体结构的禁带特性与WO3介质的电致变色特性相结合,使器件在可见光波段的反射光谱和发射率可以通过电压在一定范围内调节,增大了WO3介质的光谱选择性的调节范围和调节幅度,未来在自适应迷彩伪装技术方面具有很好的应用前景.

虽然光子晶体的单元尺寸在波长量级,所以不适合用等效介电常数和等效磁导率来描述光子晶体的负折射性质.然而,某些光子晶体中的衍射可以激发相速度和群速度方向相反的波.利用光子晶体的负折射效应能使发生负折射的电磁波频段从微波段扩展到光波段,因此,近年来人们对各种光子晶体结构中可能存在的负折射效应及其在光学隐身斗篷方面的应用激发了极大的研究兴趣.伴随着光子晶体制备技术的发展,三维亚微米尺度的光子晶体结构的制备已日渐成熟,因此光子晶体比左手材料有望成为突破红外和光学频率隐身cloak的重要手段.

综合分析国内外光子晶体在隐身领域的研究现状,仍存在应用原理的实验验证不足,缺乏光子晶体基本物理现象和机制(负折射效应等)的深入理解等.相信随着光子晶体理论研究的不断深入和制备技术的不断完善,利用光子晶体独特的控制电磁波传播特性,突破传统隐身概念和途径的新型隐身材料和技术将会在未来军事对抗中发挥重要作用.

摘自《激光与红外》2016年11月

双折射光子晶体光纤中基于孤子分裂的超连续光谱产生

关键词:光子晶体光纤,超连续光谱产生,孤子分裂,脉冲俘获

本文利用低功率飞秒激光脉冲在双折射光子晶体光纤中实现了较宽带的超连续光谱产生.超连光谱具有分立的峰状结构,实验系统地研究了出射光谱随抽运光偏振,能量的变化关系,揭示了具有分立的峰状结构超连续光谱产生的原因.理论模拟了光在光纤中的传输特性,当抽运光中心波长处于接近零色散点的反常色散区,由于自陡峭,拉曼散射等高阶非线性的影响,高阶孤子分裂成N个红移的基本孤子,使初始光谱上演化成红移的光孤子成分和蓝移的色散波成分,并发现红移孤子波和蓝移的色散波之间满足脉冲俘获条件.

将飞秒激光脉冲耦合到长度为10m的光纤纤芯中,飞秒激光及产生的超连续光均以基模传输,出射光斑如图2中(a)的内插图所示.实验首先研究了中心波长为800nm,平均功率为300mW的飞秒激光脉冲以不同的偏振方向在光纤中的传输特性,输出光斑形状不变,但输出光谱发生改变(图2),这是光纤双折射特性导致的必然结果.

保持抽运光的偏振方向沿纤芯长轴方向,实验研究了超连续光谱随抽运光功率的变化关系,从结果图可以看出,随着抽运光平均功率的提高,蓝移辐射增强且向短波方向移动.保持抽运光的偏振方向沿纤芯短轴方向,超连续光谱随抽运光功率的变化关系.抽运功率增强,蓝移和红移辐射分别向两端扩展,光谱范围更宽.特别是随着入射功率的增加,会出现新的不连续的蓝移峰.由下面的分析得知,这是由于抽运功率增加,孤子阶数也随之增加,孤子分裂时会伴随着更短波长的散产生.

在双折射光子晶体光纤中利用亚纳焦量级,脉冲宽度为100fs的飞秒激光脉冲获得了具有明显分立峰状结构的超连续光谱.分析认为,高阶孤子分裂伴随的拉曼自频移效应和色散波的产生是导致光谱分立峰状结构的主要原因.N阶孤子分裂成N个红移的基本孤子,使初始光谱上演化出红移的光孤子成分和蓝移的色散波成分.理论验证了部分红移孤子和蓝移的色散波之间满足脉冲俘获条件.该结果对多波长转换,孤子分裂产生超连续谱的研究有一定的意义.

摘自《物理学报》2016年8月

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