基于FDTD法模拟一维TiO_2光子晶体缺陷态的研究
二维光子晶体波导传输特性的FDTD分析
0引言1987年，美国的E.Yablonovitch [1]和S.John [2]各自独立地提出了“光子晶体”（photonics crystal ）的概念，即如果将折射系数不同的介质在空间按一定的周期排列，当周期参数与光波长同一数量级时，由于周期结构带来的布拉格散射，那么该晶体能够在一定的频率范围内产生“光子带隙”（photonic band gap ，PBG ），也称“光子禁带”。
光子晶体的能带结构特性决定了其不同于其他介电材料的特性。
光子晶体[3，4]是一种具有周期结构的人造材料，因为其应用范围广泛，一经问世就引起了学术界高度关注。
随着对光子晶体的深入研究，科学家们相信对光子晶体的研究和应用将会极大地推动光子学和光子产业的发展。
目前，在理论上，科学家们提出了多种模拟计算光子晶体的理论方法。
具有固定结构和参数的光子晶体，借助计算机，人们可以很容易计算出其能带结构、反射和透射等物理性质。
在二维光子晶体方面，分析研究不同介质常数形成的不同周期结构的光子晶体的能带结构和分析由线缺陷构成的光波导的特性仍是人们的研究课题之一。
本论文将采用时域有限差分法研究无限长Al 2O 3介质棒在空气中排列形成的二维光子晶体，通过分析反射和透射等特性，算出该完整周期结构光子晶体的带隙。
接着设计一种线缺陷，形成波导结构，进而计算和验证缺陷态的存在。
1计算方法时域有限差分法（FDTD ）是电磁场数值计算的经典方法之一，其被应用于光子晶体的理论研究[5]始于上世纪90年代。
在三维直角坐标系中，时域有限差分（FDTD ）中离散的电场和磁场的空间分布如图1所示，每一个磁场分量周围有四个电场分量；每一个电场分量周围有由四个磁场分量。
电磁场分量的这种空间取样方式既符合符合法拉第电磁感应定律和安培环路定律，又适合Maxwell 方程的差分计算，可以完整地描述电磁场随着实践在空间的的传播。
根据时域有限差分（FDTD）理论，Maxwell差分方程可以写为：同理可以写出H y 、H z 、E y 、E z 的Maxwell 差分方程。
二维光子晶体线缺陷特性的FDTD分析
光 子 晶体是 Ｙ ｂｏｏｉｈ和 Ｊｈ 别在 讨论 周 ａｌ ｖｃ ｎ ｔ ｏｎ分 期性 电介 质 结构对 材料 中光 传播 行为 的影 响各 自独 立提 出来 的Ｌ Ｊ因其 具有 控 制光 子 的流 动 能 力 而 １ ， 备受关 注 Ｌ ． 子 晶体 的结 构 可理 解 为折 射 率 周 ３ 光 Ｊ 期 性排 布 的一 种材 料 ， 这 种 折 射 率 呈周 期 性 排 布 在 的电介材 料 中 ， 些 波段 的 电磁 波 因 周期 性 结 构 的 某 强 散射效 应 （ｔ ｎ ａｅｉｇ ｆｃ） 无法在 电介 材 ｓｏｇｓ ｔｒ ｅｔ将 ｒ ｃｔ ｎ ｅ 料 中 传 播 ， 而 形 成 光 子 带 隙 结 构 －］ ｐｏｏｉ 因 ２（ ｈｔ ｃ ｎ ｂ ｄｇｐｓｓ ｍ， 称 Ｐ Ｇ结 构 ） 光 子 晶体 的非 凡 ｎ ａ ．ａ ｙｔ 简 ｅ Ｂ ． 本领 正是 由于这个 带 隙结构 的存在 ． 在二 维 的完整 光 子 晶体 中引 入 缺 陷后 ， 子 晶 光
结果表 明， 于禁 带内的电磁波能在线缺陷内传播 ， 处 且在 拐角处能耗较 小． 计算 了处 于带隙 内的单频时谐波在 几种 线缺 陷结构 内的传播行为及 电场分布 ， 电场值分布仍可得到单频 时谐波 在拐角处 能耗小 的结论 ． 从
关键词 ： 子晶体 时域有 限差 分方法 光子晶体波导 光
ｍ ｉ ｍ ｔｏ Ｆ Ｔ ．Ｔ ｅＴ ａｅｏ ｈｔｎｃｃ ｓ ｌｓ ｈ ｓａｃ ｂｅｔ ｈ ａｓ ｓｉ ｏｆｃ ｎ ｅｓｓ ａ ｅ ｄ（ Ｄ Ｄ） ｈ Ｅ ｗ ｖ ｆ ｏ ｉ ｒ ｔ ｅｒ ｅ ｒ ｏｊｃ．Ｔ ｅｔ ｎｍｉ ｏ ｃｅ ｉ ｔ ｒｕ ｎ ｈ ｐ ｏ ｙ ａ ｉ ｔ ｅ ｈ ｒ ｓｎ ｉ ｆｅ ｖ
Ｗ ＡＮＧ ｈ ｎ ｙ ｎ Ｌ Ｕ ｈ ｏ ｂ ｎ Ｓ ｅ — ｕ ． Ｉ Ｓ ａ — ｉ
《2024年基于双缺陷态光子晶体的多通道可调谐滤波特性分析》范文
《基于双缺陷态光子晶体的多通道可调谐滤波特性分析》篇一一、引言随着光子晶体技术的发展，其在光子学和光电子学领域的应用日益广泛。
其中，双缺陷态光子晶体因其独特的物理特性和光学性能，在多通道可调谐滤波器方面展现出巨大的应用潜力。
本文将基于双缺陷态光子晶体的多通道可调谐滤波特性进行深入分析，以期为相关领域的研究与应用提供参考。
二、双缺陷态光子晶体概述双缺陷态光子晶体是指光子晶体中同时存在两种不同类型缺陷态的结构。
这些缺陷态的引入，可以改变光子晶体的能带结构，从而实现对光子的调控和传播的特殊效应。
由于双缺陷态的存在，光子晶体具备了更加丰富的物理特性和光学性能，包括可调谐滤波特性等。
三、多通道可调谐滤波特性分析1. 原理与特性双缺陷态光子晶体的多通道可调谐滤波特性主要基于其独特的能带结构和缺陷态能级。
通过调整缺陷态的种类、数量和位置，可以实现对不同波长、不同强度和不同偏振态的光进行调控和滤波。
这种多通道可调谐滤波器具有高选择性、高效率、低损耗等优点，可广泛应用于通信、生物医学、光学传感器等领域。
2. 实验与仿真分析为了验证双缺陷态光子晶体的多通道可调谐滤波特性，我们进行了实验与仿真分析。
首先，通过制备不同类型和数量的双缺陷态光子晶体样品，测试了其在不同波长和不同条件下的滤波性能。
同时，我们还利用光学仿真软件对双缺陷态光子晶体的能带结构和传输特性进行了数值模拟，分析了双缺陷态的种类和数量对多通道可调谐滤波特性的影响。
四、结论根据实验与仿真结果，我们发现双缺陷态光子晶体具有显著的多通道可调谐滤波特性。
通过调整缺陷态的种类、数量和位置，可以实现对不同波长、不同强度和不同偏振态的光进行精确调控和滤波。
此外，我们还发现双缺陷态的存在对提高滤波器的性能具有重要作用，包括提高选择性、降低损耗等。
这些结果表明双缺陷态光子晶体在多通道可调谐滤波器方面具有巨大的应用潜力。
五、展望与建议未来，我们建议进一步研究双缺陷态光子晶体的制备工艺和性能优化方法，以提高其在实际应用中的性能和稳定性。
《2024年二维磁振子晶体带隙优化及缺陷态性质的研究》范文
《二维磁振子晶体带隙优化及缺陷态性质的研究》篇一一、引言随着材料科学和纳米技术的飞速发展，二维材料因其独特的物理和化学性质，在电子器件、光子晶体、传感器等领域展现出巨大的应用潜力。
其中，二维磁振子晶体作为一种新型的二维材料，其带隙可调谐性和优异的电子传输性能使其在光电子器件和电子学中具有重要应用价值。
然而，其带隙调控及缺陷态性质的研究尚处于初级阶段，亟需进一步深入研究。
本文旨在研究二维磁振子晶体的带隙优化及其缺陷态性质。
首先，我们分析了磁振子晶体的基本结构与电子能带结构，并探讨了其带隙优化的可能性。
其次，我们通过理论计算和模拟分析，研究了不同因素对带隙的影响，并进一步探讨了缺陷态的性质及其对材料性能的影响。
最后，我们通过实验验证了理论分析的结论，为二维磁振子晶体的实际应用提供了理论依据和实验支持。
二、二维磁振子晶体基本结构与电子能带结构二维磁振子晶体具有特殊的晶体结构和电子能带结构。
其基本单元为具有特定排列的磁性原子或分子，通过共价键或其他相互作用力连接形成晶体结构。
电子在晶体中传播时，受到晶体结构的调制作用，形成特定的能级结构，即电子能带结构。
三、带隙优化研究带隙是半导体材料的重要参数之一，对材料的光电性能和电子传输性能具有重要影响。
我们通过理论计算和模拟分析，研究了不同因素对二维磁振子晶体带隙的影响。
首先，我们研究了晶格常数对带隙的影响。
通过改变晶格常数，可以调整电子能级间的能量差，从而改变带隙大小。
此外，我们还研究了原子排列、掺杂元素、温度等因素对带隙的影响。
通过优化这些参数，可以实现带隙的调控和优化。
四、缺陷态性质研究缺陷是材料中常见的现象之一，对材料的性能具有重要影响。
我们通过理论计算和模拟分析，研究了二维磁振子晶体中缺陷态的性质及其对材料性能的影响。
缺陷可以引起能级分裂、能级移动等现象，从而改变材料的电子传输性能和光学性能。
我们通过计算缺陷态的能级位置、波函数等性质，分析了缺陷对材料性能的影响机制。
《2024年基于双缺陷态光子晶体的多通道可调谐滤波特性分析》范文
《基于双缺陷态光子晶体的多通道可调谐滤波特性分析》篇一一、引言光子晶体是一种具有周期性介电常数的材料，具有独特的物理和光学性质。
近年来，随着纳米技术的发展，双缺陷态光子晶体成为了研究热点。
这种光子晶体结构在特定的频率范围内可以表现出高透射率或高反射率，且具有较好的可调谐性。
本文基于双缺陷态光子晶体的多通道可调谐滤波特性进行了深入研究，为进一步推动光子晶体在光学通信、光谱分析和光子集成电路等领域的应用提供了理论基础。
二、双缺陷态光子晶体的基本原理双缺陷态光子晶体是由两种或多种不同介电常数的材料组成的周期性结构，其中引入了缺陷态，使得在特定的频率范围内产生高透射率或高反射率的现象。
这种晶体具有两个缺陷态，分别对应于不同的能量级别，使得光子在晶体中传播时可以发生共振效应，从而实现滤波功能。
三、多通道可调谐滤波特性的实现通过调整双缺陷态光子晶体的结构参数和材料属性，可以实现多通道可调谐滤波特性。
具体而言，可以通过改变介电常数的分布、缺陷态的间距、晶格常数等参数，使得不同频率的光子在晶体中产生不同的共振效应，从而实现多个通道的滤波功能。
此外，通过引入外部调制机制（如电场、磁场等），还可以实现对滤波特性的动态调整。
四、实验与结果分析为了验证基于双缺陷态光子晶体的多通道可调谐滤波特性，我们进行了实验研究。
首先，我们制备了不同结构参数和材料属性的双缺陷态光子晶体样品。
然后，通过测量样品在不同频率下的透射率和反射率，分析了其滤波特性。
实验结果表明，通过调整结构参数和材料属性，可以实现多个通道的滤波功能，且具有较好的可调谐性。
此外，我们还研究了外部调制机制对滤波特性的影响，发现通过引入外部电场或磁场可以实现对滤波特性的动态调整。
五、结论本文基于双缺陷态光子晶体的多通道可调谐滤波特性进行了深入研究。
通过调整结构参数和材料属性，实现了多个通道的滤波功能，并具有较好的可调谐性。
实验结果表损坏严重。
通过引入外部调制机制，可以实现对滤波特性的动态调整。
论文范文：二维光子晶体波特性与FDTD研讨
论文范文：二维光子晶体波特性与FDTD研讨第一章绪论1.1论文的研究背景光子晶体的研究现状与发展光子作为信息的载体，具有许多电子无法比拟的优势。
最明显的优势就是光子在介质中的传播速度远远大于电子的传播速度。
另外电介质材料的带宽比金属要大得多。
通常的光纤通信系统的带宽都在THz数量级，然而有线电话的带宽只有几百kHzo而且光子之间相互作用很弱，不存在类似电子之间那么强的库仑相互作用，这样不仅可以减少能量损失，而且容易实现并行处理。
因此，下一代器件无疑属于光器件。
光子晶体是近二十年出现的一种新型人工结构功能材料，由于其在控制电磁波的传播方面具有普通光学器件所无法比拟的优良性能，因而光子晶体的研究在光学物理、凝聚态物理、电磁波、信息技术等领域引起了广泛的关注[’一。
正是由于光子晶体的特殊性能和在光学、光电子学、信息科学中广泛的应用前景，有人预言光子晶体的研究有可能在21世纪推动信息技术产生新的突破将人类带入光子时代。
光子晶体的概念是1987年分别由S.John(7l和E.Yablonovich(gl各自独立提出来的。
引起了世界各国科学家的研究热潮，随后经历了20年的发展，已经在微带[f9}}ol、光纤[”一，3l、集成光路(14-171等领域取得不少成果。
近几年来，我国政府和科技界对光子晶体的研究也给予了相当的重视。
光子晶体的研究先后得到了国家“863计划”(包含光电子器件和光电子、微电子系统集成技术主题，激光技术领域等方向)"973计划”(国家安全重大基础研究项目“军用光子/声子晶体基础研究”)的支持。
2000年国家自然科学基金资助6项课题;2001年的指南中已列为重点研究项目，所资助的领域涉及光子晶体的理论研究、制备表征和应用等多个方向;2004年国家自然科学基金在重大基础研究项目中对光电信息功能材料(光子晶体)进行了重点资助((1000万人民币)。
我国科学工作者在光子晶体材料的基础研究方面取得了一些令人瞩目的研究成果:我国中科院物理所顾本源等给出了一个普通描述光子晶体中辐射衰减的广义洛伦兹谱公式;中科院物理所光物理室提出了准晶和非晶光子晶体的概念;浙江大学何赛灵等提出了光子晶体负折射率介质的新应用;清华大学周济等提出了基于铁电陶瓷相变和光电效应的可调带隙光子晶体;复旦大学资剑教授课题提出了光子晶体偏振器;中国科学院物理研究所张道中教授提出的准晶结构光子晶体等均在国际同行中产生了一定的影响。
二维光子晶体波导耦合器开关特性的FDTD研究的开题报告
二维光子晶体波导耦合器开关特性的FDTD研究的开题报告1.研究背景随着现代通信技术的快速发展，高速、大容量、低能耗的光通信技术已经成为未来的趋势。
在光通信系统中，光波导耦合器是重要的光电器件，具有光电耦合性能强、大小尺寸可控、制作工艺简单等优点，因而得到了广泛的应用。
而二维光子晶体结构是一种新型的光学结构，具有超光波导、波导耦合器、滤光器等光学器件的高性能，已成为近年来研究的热点之一。
因此，本文基于二维光子晶体波导耦合器，对其开关特性进行了FDTD（有限时域差分）分析研究，旨在探究其在光通信系统中的应用。
2.研究内容和方法本文主要研究二维光子晶体波导耦合器的开关特性，通过FDTD方法对其进行数值仿真研究，探究其在光通信系统中的应用。
具体内容包括：（1）建立二维光子晶体波导耦合器的数学模型，包括几何参数、光学参数等；（2）利用FDTD方法对二维光子晶体波导耦合器的开关特性进行数值仿真，分析其在光通信系统中的应用；（3）通过对仿真结果的分析，研究二维光子晶体波导耦合器的工作原理，并探究其在实际应用中存在的问题和解决办法；（4）通过对比实验数据和仿真结果，验证FDTD方法的可靠性和有效性。
3.预期研究成果本文预计探究二维光子晶体波导耦合器的开关特性，研究其在光通信系统中的应用，通过FDTD方法进行数值仿真分析，预期研究成果包括：（1）建立二维光子晶体波导耦合器的数学模型，探究其在光通信系统中的应用；（2）通过FDTD方法对二维光子晶体波导耦合器的开关特性进行数值仿真研究，分析其在实际应用中存在的问题和解决办法；（3）验证FDTD方法的可靠性和有效性，为光通信系统中二维光子晶体波导耦合器的应用提供理论依据和数值支持。
4.研究意义本文通过对二维光子晶体波导耦合器开关特性的研究，探究其在光通信系统中的应用，并采用FDTD方法进行数值仿真分析，实现了对其工作原理的深入理解。
这对光通信领域的相关研究具有一定的推动作用，为光波导耦合器的应用提供理论依据和数值支持，具有重要的研究意义和实际应用价值。
FDTD法模拟一维光子晶体滤波器的研究的开题报告
FDTD法模拟一维光子晶体滤波器的研究的开题报告一、选题背景光子晶体作为近年来发展较快的新型材料，其具有能够调控光线传输、光波导和光学滤波等重要应用，因此得到了广泛的研究和应用。
光子晶体滤波器是一种利用光子晶体结构实现光波分离的光学器件，其性能对于光信号处理具有十分重要的意义。
二、研究目的和意义本论文的研究目的是利用FDTD（有限差分时域）方法对一维光子晶体滤波器进行模拟研究。
光子晶体滤波器具有结构简单、光学性能可调、光学带隙宽等优点，是传统光学滤波器的重要发展方向。
本论文的意义在于通过模拟研究不同结构参数下的光子晶体滤波器的光学性能，为设计制备高效的光子晶体滤波器提供指导。
三、研究内容和方法本论文将采用FDTD方法来模拟一维光子晶体滤波器的传输特性。
具体来说，将通过建立一维光子晶体模型，通过调节光子晶体结构参数的方式来研究光子晶体滤波器的光学性能，包括研究光传输特性、色散特性和光学带隙等信息。
研究过程中将需要对FDTD算法进行分析和改进，以提高计算精度和效率，并分析光子晶体结构参数与光学性能之间的关系。
四、论文结构和进度安排本论文将包括以下结构：绪论、光子晶体原理介绍、光子晶体滤波器的设计原理、FDTD算法及其在光子晶体模拟中的应用、光子晶体滤波器的模拟研究、结论和展望。
预计研究周期为一年，其中前3个月主要是对光子晶体滤波器的原理和光子晶体的基本原理进行介绍和学习，接下来的6个月将投入光子晶体滤波器的模拟研究中。
在研究阶段中，将注意与导师和相关专家保持密切联系，获取专业的指导和建议。
最后，将在论文中总结光子晶体滤波器的光学性能和对FDTD算法的探索和改进，同时对今后光子晶体滤波器的应用和发展进行展望。
五、预期成果通过对一维光子晶体滤波器的模拟研究，该论文预期能够对一维光子晶体滤波器的光学性能进行分析和展示，并推动光子晶体滤波器在光学信号处理领域的应用与发展。
同时，论文将探讨FDTD算法在光子晶体模拟中的应用和改进，为FDTD算法在光学模拟和设计中的应用提供一些新的思路和方法。
(TiO2MgF2)n一维光子晶体异质结构及光学性能研究的开题报告
(TiO2MgF2)n一维光子晶体异质结构及光学性能研究的开题报告标题： TiO2/MgF2 一维光子晶体异质结构及光学性能研究摘要：本项目旨在利用 TiO2/MgF2 一维光子晶体异质结构，对其光学性能进行研究。
利用电子束物理气相沉积技术，在 Si 衬底上制备 TiO2/MgF2 多层膜样品，并采用扫描电镜和X 射线衍射技术对样品的结构进行表征。
通过紫外可见光谱以及荧光谱测量技术，研究样品的光学性能，如透射和反射谱、折射率、透过率等。
最后，通过模拟软件分析 TiO2/MgF2 一维光子晶体异质结构的光学性能。
关键词：TiO2/MgF2 一维光子晶体异质结构；光学性能；电子束物理气相沉积技术；UV-Vis 光谱；荧光谱测量技术；模拟软件。
背景及意义：光子晶体是具有周期性折射率分布的介质材料，其光学性质与周期性结构有关。
基于光子晶体的特性，可以制备出各种光学器件，如滤光器、反射镜、共振腔等。
然而，单层光子晶体的光学性能受制于光学厚度，很难实现全波段反射，制备成本较高，因此，研究多层光子晶体结构尤为重要。
TiO2 和 MgF2 都是常见的光学材料，在一维光子晶体中有着广泛的应用。
TiO2 具有高折射率和宽带隙特性，MgF2 具有低折射率和低吸收系数的特点。
将这两种材料构成异质结构，可以在光子禁带结构上产生更复杂的反射谱，并且具有较宽的全反射带宽，因此被广泛应用于滤光器和反射镜等光学器件中。
因此，本项目的研究不仅有利于对TiO2/MgF2 一维光子晶体异质结构的光学性质进行深入探讨，还有助于光学器件的设计和制备工艺的改进。
研究内容及方法：本项目的研究内容主要包括以下几个方面：1. 利用电子束物理气相沉积技术，在 Si 衬底上制备 TiO2/MgF2 多层膜样品；2. 采用扫描电镜和 X 射线衍射技术对样品的结构进行表征；3. 通过紫外可见光谱以及荧光谱测量技术，研究样品的光学性能，如透射和反射谱、折射率、透过率等；4. 利用模拟软件对 TiO2/MgF2 一维光子晶体异质结构的光学性能进行模拟和分析。
金红石型TiO_(2)中四种点缺陷态研究
原子与分子物理学报JOURNAL OF ATOMIC AND MOLECULAR PHYSICS第38卷第1期2021年2月Vol. 38 No. 1Feb. 2021金红石型Ti。
中四种点缺陷态研究朱海霞（盐城师范学院物理与电子工程学院，盐城224051）摘 要：利用第一性原理计算方法研究了金红石型TiO 2中四种缺陷的电子态.这四种缺陷包括氧空位 （O ’）、钛空位（Ti v ）、钛间隙（Ti s ）以及氧空位O ’与钛间隙态Ti s 共存态.氧空位的存在导致禁带内施主缺陷能级较浅，而深施主能级与Ti 间隙态有关.预测了氧空位更倾向于与钛间隙结合,主要通过钛间隙态的3d 电子部分转移到近邻近氧空位的部分形成O v -Ti s 对缺陷.具有O ’、Ti S 或O v -Ti s 缺陷的体系都出现 间隙态，促进体系出现红外吸收.关键词：金红石型TiO 2;点缺陷；电子性质；第一性计算中图分类号：O483文献标识码：ADOI ：10.19855/j.l000-0364.2021.016008Researches on four different point defects of rutile TiO 2ZHU Hai ・Xid(School of Physics and Electronic Engineering , Yancheng Teachers University , Yancheng 224051 , China)Abstract :The electronic states of four types of defects in rutile TiO are studied using the first principles calcula tions. The four types defects include oxygen vacancy ( O v) , titanium vacancy ( Ti v) , titanium interstitial(Ti s) , and the coexistence of O vand Tis ( O v- Ti s) - The existence of oxygen vacancy (v °) leads to a shallow donor defect level in the forbidden band , while a deep donor level is associated with the Ti interstitial (Ti $) - Itis predicted that an oxygen vacancy prefers to combine with a Ti $ to form a O v - Ti $ dimer by a partial 3d electronbeing transferred from the Ti $ to the neighboring O v - The system with defects of O v ,Ti $ orO ” 一 Ti $ appears gap 一 states ，which promotes the infrared absorption of the system.Key words : Rutile TiO ; Point defects ; Electronic structure ;First-principles calculations1引言TiO 2是一种重要工业材料，也是重要的半导体光催化材料-TiO 2有三种基本晶相：锐钛矿型、 板钛矿型和金红石型，而最受关注的是锐钛矿和金红石相-然而，对于光催化剂的应用，TiO 2最优化的带隙应为~2.0 ev ,才能实现大量可见光 吸收-但是实际上纯TiO 2带隙值约3- 0 ev 左右,这意味着纯TiO 2只能吸收紫外线辐射，即只吸收约4.0%的太阳能量，而在优化带隙值这一问题 上已有了大量的研究工作［1>2］-而众所周知，无论是TiO 2粉末形式还是薄膜形式，实际合成的TiO 2都具有高密度的结构缺陷，特别是在常规合成条件下产生的固有点缺陷•这些点缺陷可能会在电子带结构中引入额外的成分，对传输和光学行为产生实质性的影响［3］，其中一些在实际应用 中可能是有利的-这是全面研究TiO 2缺陷状态的 动机⑷-氧化钛最容易被发现的缺陷是氧空位（Ov ）,这可能导致各种物理后果-例如，锐钛矿型TiO 2 表面上的可以增强分子吸附，有利于表面化学处理⑸，有利于电荷转移到吸收的CO 2-晶格内的 O v 诱导载流子自陷态⑷-对于金红石型TiO 2，有报道称其单重态为反铁磁态，三重态为铁磁态,收稿日期：2020-06-06基金项目：国家自然科学基金（11704326）作者简介：朱海霞，女，博士，副教授，主要从事新能源材料电子结构和物性的研究.E-mail ： shyzhhx13@ 163. com第38卷原子与分子物理学报第1期外吸收光谱中的一些关键特征与也二者有关⑺.有研究表明，氧空位O v可以在能隙内产生浅缺陷态，从而抑制相邻Ti离子的局部磁态⑻.此外，还揭示了的钛是红外吸收数异常的•这些乎，一方面，TiO2纳了位以外的点，方面，这些不类型的点可能存在相互作用，了TiO2材料的电子结构的复杂性⑼.鉴于存在各种点缺，这种 可能是二氧化钛在电子结构和输运行为方面难以理解的原因之一⑹.然目在一些关于TiO2的研究68"12】，但主要是探讨氧空位缺陷对TiO2材料电子构的.此，面研究各种不TiO2的电子结构的是一件非常有的工作•为了化考虑，本文具有介电常数高、‘化能的金红石相TiO2为研究对象•主要详细研究了位(O v)，Ti位i (%)、Ti子(企)和。
《2024年基于双缺陷态光子晶体的多通道可调谐滤波特性分析》范文
《基于双缺陷态光子晶体的多通道可调谐滤波特性分析》篇一一、引言随着光子晶体技术的发展，其在光子操控、光通信、光学滤波等领域的应用越来越广泛。
双缺陷态光子晶体作为一种新型的光子晶体结构，具有独特的滤波特性。
本文旨在分析基于双缺陷态光子晶体的多通道可调谐滤波特性，探讨其在实际应用中的潜力和优势。
二、双缺陷态光子晶体概述双缺陷态光子晶体是一种具有两个缺陷态的光子晶体结构。
其基本原理是通过引入特定的缺陷，打破光子晶体的周期性，从而影响光子的传播行为。
通过调整缺陷的位置和类型，可以实现对光子的精确操控和滤波。
三、多通道可调谐滤波原理基于双缺陷态光子晶体的多通道可调谐滤波器，通过在光子晶体中引入多个不同类型和位置的缺陷，实现对多个不同波长光的独立操控和滤波。
这些通道可以独立调整，以实现多通道的滤波功能。
此外，通过调整缺陷的参数，还可以实现滤波器的可调谐性，使其适应不同应用场景的需求。
四、多通道可调谐滤波特性分析（一）滤波性能双缺陷态光子晶体的多通道可调谐滤波器具有优异的滤波性能。
通过精确控制缺陷的位置和类型，可以实现高透射率、低损耗的滤波效果。
同时，多个通道之间相互独立，互不干扰，保证了滤波的准确性和稳定性。
（二）可调谐性该滤波器具有可调谐性，可以通过调整缺陷的参数来实现对滤波器性能的调整。
这种可调谐性使得滤波器能够适应不同应用场景的需求，提高了其应用范围和灵活性。
（三）抗干扰性双缺陷态光子晶体的多通道可调谐滤波器具有良好的抗干扰性能。
由于光子晶体具有周期性结构，对外部干扰具有一定的抵抗能力。
同时，通过优化设计，可以进一步提高滤波器的抗干扰性能，保证其在复杂环境下的稳定运行。
五、应用前景与展望基于双缺陷态光子晶体的多通道可调谐滤波器在光通信、光学滤波、光谱分析等领域具有广阔的应用前景。
其优异的滤波性能和可调谐性使得它能够满足不同应用场景的需求，提高系统的性能和稳定性。
未来，随着光子晶体技术的不断发展，双缺陷态光子晶体的多通道可调谐滤波器将在更多领域得到应用，为科学研究和技术创新提供有力支持。
一维TiO_2基纳米异质结复合体系的制备及其光电化学性能研究
一维TiO_2基纳米异质结复合体系的制备及其光电化学性能研究近年来,能源危机和环境污染已经成为全球性问题,人们对可再生能源的发展及应用寄予厚望。
设计和利用半导体器件将清洁的太阳能转化为电能、氢能等成为解决能源和环境问题的突破口。
二氧化钛(TiO2)作为一种宽禁带半导体,具有廉价无毒、化学性质稳定、光催化活性高等优点,在能源、环境及生物领域有广泛的应用。
而具有一维结构的TiO2纳米棒阵列,相比传统的TiO2纳米颗粒,在比表面积、电子传输、回收再利用等方面优势凸显,受到了广泛关注。
在一维TiO2纳米棒的基础上构建纳米异质结构,一方面可以显著增强TiO2对太阳光的吸收,另一方面可以加速电子的传输效率,从而提高TiO2的光电化学性能。
本文中利用传统的水热法,在氟掺杂氧化锡(FTO)导电衬底上生长了高度有序的TiO2纳米棒阵列,并通过第二次水热过程,在TiO2纳米棒的表面构建纳米异质结构,研究并探讨纳米异质结的形成对TiO2光电化学(PEC)性能的影响。
具体研究内容如下:通过两步水热法,在FTO衬底上生长分形结构的TiO2纳米树异质结。
TiO2纳米树是枝干结构,主干为金红石相TiO2纳米棒,主干上的分支为锐钛矿相TiO2纳米薄片。
利用简单的连续离子层吸附反应(SILAR)分别在TiO2纳米棒和TiO2纳米树的表面沉积CdS/ZnS量子点(CdS/ZnSQDs),利于比较它们不同结构对PEC性能的影响。
样品的形貌、结构、光学特性及光电化学性能得到了详细的表征及研究。
结果表明,在敏化Cd/ZnSQDs后,TiO2纳米树光阳极相比于TiO2纳米棒光阳板表现出了更优异的PEC性能。
其中,敏化后的TiO2纳米树光阳极的光电流密度为0.29 mA/cm2,几乎是敏化后的TiO2纳米棒的2倍(0.15 mA/cm2)。
在线性扫描伏安(LSV)的测试中,敏化后的TiO2纳米树光阳极在偏压1 V时的光电流密度1.5 mA/cm2,是敏化后的TiO2纳米棒的1.5倍(1.0 mA/cm2)。
用FDTD法计算光子晶体探析
用FDTD法计算光子晶体探析巩庆志;蔡祥宝【摘要】基于电磁场时域有限差分法(FDTD)来计算光子晶体(PC)的方法,较为详细的分析了在运用FDTD方法时,需要注意的一些问题,尤其是关于其晶格位置以及晶格上各个电磁场分量的分布和完全匹配层(PML)中在边界处其电磁场的处理;以此为理论依据分析了PC在作为光波导时其电磁场的变化.在入射光的波长、晶格常数、元胞半径不同时对传播损耗的影响,在波长一定时,晶格常数过大或过小都会导致光在光子晶体中的损耗过大,为光子晶体作为光滤波器或其他器件的设计提供了参考和理论计算的方法.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2007(030)018【总页数】3页(P171-173)【关键词】时域有限查分法;光子晶体;完美匹配层;晶格常数【作者】巩庆志;蔡祥宝【作者单位】南京邮电大学,光电学院,江苏,南京,210003;南京邮电大学,光电学院,江苏,南京,210003【正文语种】中文【中图分类】TN36自从1987年Yablonovich提出光子晶体PC(Photonic Crystal)的概念以来，由于他具有周期性的折射率变化而产生光子带隙结构，从而获得了广泛的关注。
半导体中研究对象是费米子——电子，电子能带理论时标量波满足的哈密顿方程；光子晶体中研究的对象是玻色子——光子，光子能带理论是波矢量满足的Maxwell′s方程，而对光子晶体的研究主要是研究布里渊区其能带关系——即光子的频率和波氏量的关系。
也就是求解Maxwell′s方程的特征方程。
如何求解Maxwell′s方程，至今已经发展了很多的方法如：平面波法、传输矩阵法、时域有限差分法FDTD[1]等，其中以FDTD方法的使用最为普遍。
本文就是以此法为依据来展开讨论。
1 FDTD算法简介1.1 差分方程的建立[2]1966年Yee K S创立了计算电磁场的时域有限差分法(FDTD),在计算电磁场的各个领域得到了广泛应用。
光子晶体缺陷模研究
光子晶体缺陷模研究1 引言在过去的几年中，光子晶体（photonic crystals）[1-2]因其具有控制光子的运动的能力而备受关注[3]。
它其实可以理解为就是一种周期性电介质。
在周期性电介质材料中，光的色散曲线明显地不同于均匀电介质中的光的色散曲线，其中存在类似于半导体禁带的“光子禁带”（photonic band gap）[4-5]；如果光的频率在禁带范围内，则它不能在介质中传播。
光子晶体的非凡的本领正是由于这个禁带的存在。
当在光子晶体中引入点缺陷后，由于这些点缺陷对原有的空间对称性产生微扰，形成一个微腔，微腔有自己的共振频率，使得原来不透电磁波的禁带中出现了共振模,即某一波长的电磁波可以透过。
本文将时域有限差分方法（FDTD）[6-7]作为光子晶体缺陷模理论研究的工具，以二维方型方型光子晶体TM模为研究对象，给出了一些模拟计算结果。
FDTD方法能够很直观地给出精确的结果，因为它是直接对麦克斯韦方程进行离散处理，没有过多可能导致计算误差的假设，它能处理任意几何形状的光子晶体，它的另外一个优点是可以通过傅立叶变换，一次计算出包含很大频率范围的结果。
我们还设计了实验，用FDTD方法得出的理论结果与实验一致。
2 理论部分2．1光子晶体中的麦克斯韦方程光子晶体的理论研究问题，可以归结为光在光子晶体中的传播问题，于是可以由宏观麦克斯韦方程组来求解。
光子晶体的麦克斯韦方程组为式中是光子晶体的介电常数，它是空间坐标的函数;有关光子晶体的有关理论计算的焦点问题就是如何由已知的介电常数的分布求解上面的麦克斯韦方程组。
2．2 时域有限差分方法用FDTD方法求解上面的麦克斯韦方程组的具体方法是：将其在直角坐标系中展开成标量场分量的方程组，然后用二阶精度的数值差商代替微商，将连续的空间和时间问题离散化，得到标量场分量的差分方程组；由数值色散关系和我们所关心的光波长大小来确定空间离散步长的大小，进而用此空间步长将我们所要研究的光子晶体沿坐标轴向方向分成很多Yee氏网格单元；求出每一个网格点的有效介电常数；由空间步长和时间步长所满足的数值稳定性条件关系，得出相应的时间步长。
光子晶体光纤缺陷模的一种快速计算方法
光子晶体光纤缺陷模的一种快速计算方法【摘要】我们在平面波扩展及超元胞方法的基础上，提出了光子晶体光纤缺陷模的一种详细的计算方法。
在此方法中我们利用光子晶体光纤结构的对称性设计算法，有效的降低了计算量和计算耗时。
在三角晶格的光子晶体光纤的特定例子中，我们用该方法在其中一个光子带隙中成功获得了缺陷模。
【关键词】光子晶体光纤；平面波展开；超元胞技术；缺陷模1.引言光子晶体，也被称为光子微结构或光子带隙结构，在全光通信系统中类似于电子半导体[1-6]。
光子晶体最初的工作集中于三维对称性材料，随后人们感兴趣的范围同样扩展到了包括沿第三方向连续对称的两维系统及由于缺陷或表面波使对称性被打破的二维和三维系统[3]。
研究表明，对任何有带隙的光子晶体，可以通过引入缺陷从而在光子晶体带隙（PBG）[4]中实现对某个频率（或某些频率）的局域态。
在带隙中局域态的性质和形状将决于缺陷的性质。
点缺陷能够起微腔一样的作用，线缺陷像波导，平面缺陷则形成平面波导。
从基于光子晶体的技术应用的观点来看，光子晶体光纤是常用的一种。
光子晶体光纤一般是沿光纤长度方向设计带周期阵列空气孔的结构。
如果中心孔不存在时，形成高折射率的中心“缺陷”。
在周期性结构受到排斥的光只能沿内核缺陷传播。
与常规光纤相比，光子晶体光纤已经被证明具有非常不寻常的特性[5，6]。
例如，在纯净石英和传统单模光纤的正常群速度色散波长处可以获得反常色散，从而实现光孤子传输和超宽带白光[7]。
对光子晶体光纤需要建立有效的研究方法[8-20]，包括平面波扩展法[8-10]、精确的格林函数法[11]、转移矩阵法[12]以及时域有限差分（FDTD）法。
所有这些方法都是基于一种超元胞技术，即缺陷被置于每个具有足够大尺寸的重复的超级晶格中。
换句话说，是把一个带缺陷的周期单元引入结构而不是设计单一的缺陷。
因此，为避免缺陷之间的干扰，超级晶格单元应足够大。
从而计算时间随着系统的尺寸增加而增大。
光子晶体缺陷模特性与应用研究的开题报告
光子晶体缺陷模特性与应用研究的开题报告题目：光子晶体缺陷模特性与应用研究一、研究背景及意义光子晶体是一种类似于晶体的周期性结构，具有光学带隙和克服传统的光学材料所存在的缺陷，能够强烈地调制和控制光的传输。
光子晶体缺陷模允许光子在光子晶体中传输过程中发生特定的散射，从而产生光子晶体的中心局域模式，这些模式在微波范围内被广泛应用于滤波器、增益器、调制器等领域，但在光子学领域中的应用尚不成熟且受限于材料的制备和微加工的限制。
研究光子晶体缺陷模是深入了解物质中的光学行为的一个关键领域，对于设计新型光学和光电子器件、高效电子和光电器件有一定的应用前景。
例如，在微波和太赫兹波段，光子晶体的缺陷介电常数的改变，可以高效地实现光纤传输和数据存储，甚至可用于天线、滤波器和传感器的设计。
二、研究内容及方法本课题利用模拟方法和实验方法，研究光子晶体缺陷的特性及其在光子学领域中的应用。
具体研究内容包括：1、建立二维和三维光子晶体的计算模型，并对其结构进行优化设计；2、利用有限元方法（FEM）和频域有限差分法（FDTD）等方法，对光子晶体缺陷模进行数值模拟和分析，研究其散射特性和传输机制；3、利用自主设计的实验装置，制备光子晶体样品，并利用光谱系统和探针技术进行实验验证，得到光子晶体缺陷模光学特性并与计算结果进行比对。
三、预期成果及应用前景通过对光子晶体缺陷模的研究，预期可以得到以下成果：1、建立光子晶体缺陷模计算模型，并分析其光学特性；2、结合实验装置，得到光子晶体缺陷模的光学特性数据，并与计算结果进行比对；3、根据得到的数据，深入分析光子晶体缺陷模光学特性；4、探索光子晶体缺陷模的应用前景，为光学和光电子器件提供理论支持。
综上，本课题的研究成果可以在微波和太赫兹领域中具有一定的应用前景，为相关领域的科研人员提供理论支持和指导，促进光子晶体缺陷模在光子学领域的应用和发展。
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光 子 晶体 由于具有 “ 子禁 带 ”和“ 光 光子 局 域 ” 的特 性 ， 得人 们 对 于光 子 晶体 的研 究 热 潮 一 浪 高 使 过一 浪 ． 子 晶体不 仅具 有理 论价 值 ， 光 更具 有非 常广 阔的应 用前 景 ， 这个 领 域 已经 成 为 国际 学术 界 的研 究热点 ． ９ ９年 底 ， 子 晶 体 方 面 的 研 究 还 被 《 １９ 光 科 学》 志评 选为 十大 重大进 展 的研 究领 域之 一 ． 杂 光子 晶体 的概 念是 在 １８ ９ ７年分 别 由 Ｓ Ｊｈ ．ｏ ｎ和
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基于 Ｆ ＤＴＤ 法 模 拟 一 维 Ｔｉ 光 子 晶 体 缺 陷 态 的 研 究 Ｏ２
郭 茂 田 ， 志 雷 任
（ 州 大学 物 理 工 程 学 院 ， 南 郑 州 ４ ０ ５ ） 郑 河 ５ ０ ２
摘
要 ： 绍了时域 有限差分法（ Ｉ １） 介 ＦⅥ、 的基本 原理 ， ） 设计 了～个 由 Ｔｉ 和 Ｓ０ 组成的（ Ｂ） Ａ结构一维光子 晶体模 型 ２ ０ ｉ２ Ａ Ｍ
Ｅ． ｂ ｎ ｖ ｃ Ｙａｌ ｏｉ ｈ提 出 的 ． 是 一 种 折 射 率 （ 介 电常 ｏ ｔ 它 或
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一
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（ ｈｓ ａ ｎ ｉｅｒ ｇＣ ｌｇ ｆ ｈｎ ｚＯ ｎｖｒｉ ，Ｚ ｅｇ ｈ ｕ４ ０ ５ ， ｈｎ Ｐ ｙｉ ｌ ｇｎｅｉ ｏ ｅｅ ｅｇ ｈＵ Ｕ ｉｅｓｙ ｈｎ ｚｏ ５ ０ ２ Ｃ ｉａ） ｃ Ｅ ｎ ｌ ｏＺ ｔ
Ａ ｓｒｃ： ｅｐｉｃ ｌ ｏ ｉｉ ｉｅｅ ｃ ｉ ｏ ｉ Ｆ Ｔ ｂｔａｔＴｈ ｒ ｉ ｅ ｆ ｎｔ ｄｆ ｒｎ ｅｔ ｎｐ ｆ ｅ ｆ ｍｅｄ ｍａ ｎ（ Ｄ Ｄ）Ｗ Ｓｐｅｅ ｔｄ Ａ Ｔ ｏ ｈ ｔｎｃｃｙ ｔ ａ ｒｓｎｅ ， ｉ ２ ｏｏ ｉ ｒｓａ ｐ ｌ （Ｃ Ｐ ）ｗｉ ＡＢ） Ａ ｔ ｃｕｅｗａ ｅｉ ｅ ， ｈ ｒｃｕｅＡ ｉ ２ Ｂ ｉＭｇ ２ ｎ ＝８ ａ ｄａ ａ ｓ ｆ ｔ ｈ（ Ｍ ｓｒ ｔｒ ｓ ｓ ｎ ｄ ｉ ｔｅ ｔｕ ｔｒ ｉ Ｔ ０ ， ｓ Ｆ ｄＭ ｕ ｄ ｇ ｎ ｓ ｓ ａ ， ｎ ｎ ｌ ｉｏ ｙｓ
（ 为 Ｔ０ ， Ａ ｉ Ｂ为 Ｓ０ ， ＝８ ， ２ ｉ Ｍ ２ ）并对光 子晶体 中传播 的电磁场作 了模拟 和分析 ． 结果表 明 ： 通过掺 杂的方法 ， 不 只是改变光子 晶体的结构参数也可在光子带 隙中引入缺 陷态 ， 且缺 陷态 的中心波长和宽度随结构参数 的改变而变化 ．
关 键 词 ： 域 有 限差 分法 （ Ｄ Ｄ） 光 子 晶 体 ； ｉ ／Ｓ ２ 光 子 带 隙 时 ＦＴ ； Ｔ０ ２ ｉ ； ０ 中 图 分 类 号 ：Ｎ ０ Ｔ ３４ ２ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ３ １５ （０ ０ ０ ～０ ４ —０ １７ ２ ５ ２ １ ）６ ０ １ ５
期性的 ， 类似于本征半导体材料 ， 而晶体 中的杂质或 缺 陷会 在 禁带 中形 成 杂质 能级 ． 受此 启发 ， 如果 在 光 子晶体 中 引入某 种 程 度 的缺 陷 ， 子 晶体 原 有 的对 光