搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于硅柱-磁性液体体系的光子晶体的可调谐负折射特性研究

于国君 卜胜利 王响 纪红柱

引用本文:
Citation:

基于硅柱-磁性液体体系的光子晶体的可调谐负折射特性研究

于国君, 卜胜利, 王响, 纪红柱

Tunable negative refraction properties of photonic crystals based on silicon columns arranged in magnetic liquids

Yu Guo-Jun, Pu Sheng-Li, Wang-Xiang, Ji Hong-Zhu
PDF
导出引用
  • 本文研究了硅柱在MnFe2O4磁性液体背景中排列成六边形结构的二维光子晶体的可调谐负折射特性. 利用平面波展开法和时域有限差分法理论研究了硅柱-磁性液体体系二维光子晶体的带隙结构、等频曲线和负折射现象随外磁场强度的变化关系. 模拟结果表明, 硅柱-磁性液体体系二维光子晶体工作在TE模式时, 其负折射特性可由外磁场调节. 在固定背景溶液的磁性颗粒体积分数和入射光频率时, 所研究的折射光束的偏转角和光子晶体的负折射率绝对值随外磁场的增大而增大, 而在固定背景溶液的磁性颗粒体积分数和外磁场强度时, 负折射角和负折射率的绝对值随入射光归一化频率增大而减小. 固定外场强度和入射光频率时, 所研究结构的负折射特性随背景溶液的磁性颗粒体积分数增大而变弱.
    Tunable negative refraction of two-dimensional photonic crystal made of silicon cylinders hexagonally arranged in a MnFe2O4 magnetic liquid is studied. The plane wave expansion and finite-difference time-domain method are used to calculate and simulate its band structure, equi-frequency surface and negative refraction property. For the TE mode, the negative refraction of the two-dimensional photonic crystal made of the silicon column-magnetic liquid system can be tuned by a magnetic field. When the volume fraction of magnetic nanoparticles within the magnetic liquid and the frequency of the incident light are fixed, the deflection angle of the refraction light and the absolute value of the negative refractive index increase gradually with the external magnetic field increasing. When the volume fraction of magnetic nanoparticles within the magnetic liquid and the strength of the external magnetic field are fixed, the absolute value of the negative refractive angle and negative refractive index decrease with the normalized frequency of the incident light increasing. In addition, when the external magnetic field and the normalized frequency of the incident light are fixed, the negative refraction weakens with the increase of magnetic nanoparticle volume fraction of background solution.
    • 基金项目: 上海市教育委员会科研创新项目(批准号: 11YZ120)和国家自然科学基金(批准号: 10704048)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Innovation Program of Shanghai Municipal Education Commission (Grant No. 11YZ120), and the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10704048).
    [1]

    Veselago V G 1968 Sov. Phys. Usp. 10 509

    [2]

    Smith D R, Padilla W J, Vier D C, Nemat-Nasser S C, Schultz S 2000 Phys. Rev. Lett. 84 4184

    [3]

    Houck A A, Brock J B, Chuang I L 2003 Phys. Rev. Lett. 90 137401

    [4]

    Parimi P V, Lu W T, Vodo P, Sokoloff J, Derov J S, Sridhar S 2004 Phys. Rev. Lett .92 127401

    [5]

    Chen J B, Wang Y, Jia B H, Geng T, Li X P, Feng L, Qian W, Liang B M, Zhang X X, Gu M, Zhuang S L 2011 Nat. Photon 5 239

    [6]

    Luo C, Ibanescu M, Johnson S G, Joannopoulos J D 2003 Science 299 368

    [7]

    Gabrielli L H, Cardenas J, Poitras C B, Lipson M 2009 Nat. Photon 3 461

    [8]

    Pendry J B 2000 Phys. Rev. Lett. 85 3966

    [9]

    Foteinopoulou S, Soukoulis C M 2003 Phys. Rev. B 67 235107

    [10]

    Luo C, Johnson S G, Joannopoulos J D, Pendry J B 2002 Phys. Rev. B 65 201104

    [11]

    Patel R 2009 J. Opt. A: Pure. Appl. Opt. 11 125004

    [12]

    Pu S, Chen X, Chen L, Liao W, Chen Y, Xia Y 2005 Appl. Phys. Lett. 87 021901

    [13]

    Patel R, Mehta R V 2010 Eur Phys. J. Appl. Phys. 52 30702

    [14]

    Li J, Lin Y Q, Liu X D, Wen B C, Zhang T Z, Zhang Q M, Miao H 2010 Opt. Commun. 283 1182

    [15]

    Horng H E, Chen C S, Fang K L, Yang S Y, Chieh J J, Hong C Y, Yang H C 2004 Appl. Phys. Lett. 85 5592

    [16]

    Patel R 2011 J. Magn. Magn. Mater. 323 1360

    [17]

    Yang H C, Jeany B Y, Yang S Y, Horng H E, Huang T P, Hong C Y 2002 J. Magn .Magn. Mater. 252 287

    [18]

    Fan C Z, Wang G, Huang J P 2008 J. Appl. Phys. 103 094107

    [19]

    Pu S, Geng T, Chen X, Zeng X, Liu M, Di Z 2008 J. Magn. Magn. Mater. 320 2345

    [20]

    Pu S, Liu M 2009 J. Alloys Compd 481 851

    [21]

    Gao Y, Huang J P, Liu Y M, Gao L, Yu K W, Zhang X 2010 Phys. Rev. Lett. 104 034501

    [22]

    Hong C-Y, Horng H E, Kuo F C, Yang S Y, Yang H C, Wu J M 1999 Appl. Phys. Lett. 75 2196

    [23]

    Yang S Y, Horng H E, Shiao Y T, Hong C-Y, Yang H C 2006 J. Magn. Magn .Mater. 307 43

    [24]

    Fan C Z, Huang J P 2006 Appl. Phys. Lett. 89 141906

    [25]

    Notomi M 2000 Phys. Rev. B 62 10696

    [26]

    Notomi M 2002 Opt Quantum Electron 34 133

  • [1]

    Veselago V G 1968 Sov. Phys. Usp. 10 509

    [2]

    Smith D R, Padilla W J, Vier D C, Nemat-Nasser S C, Schultz S 2000 Phys. Rev. Lett. 84 4184

    [3]

    Houck A A, Brock J B, Chuang I L 2003 Phys. Rev. Lett. 90 137401

    [4]

    Parimi P V, Lu W T, Vodo P, Sokoloff J, Derov J S, Sridhar S 2004 Phys. Rev. Lett .92 127401

    [5]

    Chen J B, Wang Y, Jia B H, Geng T, Li X P, Feng L, Qian W, Liang B M, Zhang X X, Gu M, Zhuang S L 2011 Nat. Photon 5 239

    [6]

    Luo C, Ibanescu M, Johnson S G, Joannopoulos J D 2003 Science 299 368

    [7]

    Gabrielli L H, Cardenas J, Poitras C B, Lipson M 2009 Nat. Photon 3 461

    [8]

    Pendry J B 2000 Phys. Rev. Lett. 85 3966

    [9]

    Foteinopoulou S, Soukoulis C M 2003 Phys. Rev. B 67 235107

    [10]

    Luo C, Johnson S G, Joannopoulos J D, Pendry J B 2002 Phys. Rev. B 65 201104

    [11]

    Patel R 2009 J. Opt. A: Pure. Appl. Opt. 11 125004

    [12]

    Pu S, Chen X, Chen L, Liao W, Chen Y, Xia Y 2005 Appl. Phys. Lett. 87 021901

    [13]

    Patel R, Mehta R V 2010 Eur Phys. J. Appl. Phys. 52 30702

    [14]

    Li J, Lin Y Q, Liu X D, Wen B C, Zhang T Z, Zhang Q M, Miao H 2010 Opt. Commun. 283 1182

    [15]

    Horng H E, Chen C S, Fang K L, Yang S Y, Chieh J J, Hong C Y, Yang H C 2004 Appl. Phys. Lett. 85 5592

    [16]

    Patel R 2011 J. Magn. Magn. Mater. 323 1360

    [17]

    Yang H C, Jeany B Y, Yang S Y, Horng H E, Huang T P, Hong C Y 2002 J. Magn .Magn. Mater. 252 287

    [18]

    Fan C Z, Wang G, Huang J P 2008 J. Appl. Phys. 103 094107

    [19]

    Pu S, Geng T, Chen X, Zeng X, Liu M, Di Z 2008 J. Magn. Magn. Mater. 320 2345

    [20]

    Pu S, Liu M 2009 J. Alloys Compd 481 851

    [21]

    Gao Y, Huang J P, Liu Y M, Gao L, Yu K W, Zhang X 2010 Phys. Rev. Lett. 104 034501

    [22]

    Hong C-Y, Horng H E, Kuo F C, Yang S Y, Yang H C, Wu J M 1999 Appl. Phys. Lett. 75 2196

    [23]

    Yang S Y, Horng H E, Shiao Y T, Hong C-Y, Yang H C 2006 J. Magn. Magn .Mater. 307 43

    [24]

    Fan C Z, Huang J P 2006 Appl. Phys. Lett. 89 141906

    [25]

    Notomi M 2000 Phys. Rev. B 62 10696

    [26]

    Notomi M 2002 Opt Quantum Electron 34 133

  • [1] 刘紫玉, 亓丽梅, 道日娜, 戴林林, 武利勤. 基于VO2的波束可调太赫兹天线. 物理学报, 2022, 71(18): 188703. doi: 10.7498/aps.71.20220817
    [2] 王志鹏, 关宝璐, 张峰, 杨嘉炜. 内腔亚波长光栅液晶可调谐垂直腔面发射激光器. 物理学报, 2021, 70(22): 224208. doi: 10.7498/aps.70.20210957
    [3] 张若羽, 李培丽. 基于一维耦合腔光子晶体的声光可调谐平顶滤波器的研究. 物理学报, 2021, 70(5): 054208. doi: 10.7498/aps.70.20201461
    [4] 饶冰洁, 刘圣, 赵建林. 蜂巢光子晶格中光波的无衍射和反常折射. 物理学报, 2017, 66(23): 234207. doi: 10.7498/aps.66.234207
    [5] 熊梦杰, 李进延, 罗兴, 沈翔, 彭景刚, 李海清. 新型高双折射微结构纤芯光子晶体光纤的可调谐超连续谱的特性研究. 物理学报, 2017, 66(9): 094204. doi: 10.7498/aps.66.094204
    [6] 龚健, 张利伟, 陈亮, 乔文涛, 汪舰. 石墨烯基双曲色散特异材料的负折射与体等离子体性质. 物理学报, 2015, 64(6): 067301. doi: 10.7498/aps.64.067301
    [7] 孟祥昊, 刘华刚, 黄见洪, 戴殊韬, 邓晶, 阮开明, 陈金明, 林文雄. Ba1-xB2-y-zO4SixAlyGaz晶体和频可调谐深紫外飞秒激光器. 物理学报, 2015, 64(16): 164205. doi: 10.7498/aps.64.164205
    [8] 朱幸福, 梁斌明, 湛胜高, 陈家璧, 庄松林. 负折射平板透镜景深特性仿真分析. 物理学报, 2014, 63(13): 134202. doi: 10.7498/aps.63.134202
    [9] 邓海东, 李海. 磁性液体中非磁性小球与磁性纳米颗粒的相互作用及磁组装. 物理学报, 2013, 62(12): 127501. doi: 10.7498/aps.62.127501
    [10] 李杰, 董建峰. 光轴平行于界面的单轴手征介质中的负折射研究 . 物理学报, 2012, 61(11): 114101. doi: 10.7498/aps.61.114101
    [11] 李晓莉, 张连水, 孙江, 冯晓敏. 微波驱动精细结构能级跃迁引起的电磁诱导负折射效应 . 物理学报, 2012, 61(4): 044202. doi: 10.7498/aps.61.044202
    [12] 阴明, 周寿桓, 冯国英. 可调谐准相位匹配高效宽带二次谐波转换. 物理学报, 2012, 61(23): 234206. doi: 10.7498/aps.61.234206
    [13] 童元伟, 毛宇, 庄松林. 光频段多频率域负折射率材料的数值研究. 物理学报, 2010, 59(8): 5553-5558. doi: 10.7498/aps.59.5553
    [14] 李晓春, 高俊丽, 刘绍娥, 周科朝, 黄伯云. 无序对二维声子晶体平板负折射成像的影响. 物理学报, 2010, 59(1): 376-380. doi: 10.7498/aps.59.376
    [15] 周可余, 叶辉, 甄红宇, 尹伊, 沈伟东. 基于压电聚合物薄膜可调谐Fabry-Perot滤波器的研究. 物理学报, 2010, 59(1): 365-369. doi: 10.7498/aps.59.365
    [16] 孔令凯, 郑志强, 冯卓宏, 李小燕, 姜翠华, 明海. 二维空气环型光子晶体的负折射成像特性. 物理学报, 2009, 58(11): 7702-7707. doi: 10.7498/aps.58.7702
    [17] 云茂金, 万 勇, 孔伟金, 王 美, 刘均海, 梁 伟. 可调谐位相型光瞳滤波器的横向光学超分辨和轴向扩展焦深. 物理学报, 2008, 57(1): 194-199. doi: 10.7498/aps.57.194
    [18] 张 波, 王 智. 二维空气孔型光子晶体负折射平板透镜的减反层. 物理学报, 2007, 56(3): 1404-1408. doi: 10.7498/aps.56.1404
    [19] 郑 晴, 赵晓鹏, 李明明, 赵 晶. 缺陷对左手材料负折射的调控行为. 物理学报, 2006, 55(12): 6441-6446. doi: 10.7498/aps.55.6441
    [20] 董新永, 赵春柳, 关柏鸥, 谭华耀, 袁树忠, 开桂云, 董孝义. 可调谐光纤环形腔激光器输出特性的理论与实验研究. 物理学报, 2002, 51(12): 2750-2755. doi: 10.7498/aps.51.2750
计量
  • 文章访问数:  3849
  • PDF下载量:  559
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-02-24
  • 修回日期:  2012-03-22

基于硅柱-磁性液体体系的光子晶体的可调谐负折射特性研究

  • 1. 上海理工大学理学院, 上海 200093
    基金项目: 上海市教育委员会科研创新项目(批准号: 11YZ120)和国家自然科学基金(批准号: 10704048)资助的课题.

摘要: 本文研究了硅柱在MnFe2O4磁性液体背景中排列成六边形结构的二维光子晶体的可调谐负折射特性. 利用平面波展开法和时域有限差分法理论研究了硅柱-磁性液体体系二维光子晶体的带隙结构、等频曲线和负折射现象随外磁场强度的变化关系. 模拟结果表明, 硅柱-磁性液体体系二维光子晶体工作在TE模式时, 其负折射特性可由外磁场调节. 在固定背景溶液的磁性颗粒体积分数和入射光频率时, 所研究的折射光束的偏转角和光子晶体的负折射率绝对值随外磁场的增大而增大, 而在固定背景溶液的磁性颗粒体积分数和外磁场强度时, 负折射角和负折射率的绝对值随入射光归一化频率增大而减小. 固定外场强度和入射光频率时, 所研究结构的负折射特性随背景溶液的磁性颗粒体积分数增大而变弱.

English Abstract

参考文献 (26)

目录

    /

    返回文章
    返回