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华南师范大学“2017年度广东省科学技术奖励”申报项目公示1——(陈溢杭)
作者:华南师范大学科技处     发布日期:2017-05-18       浏览次数:     收藏本文

各有关单位:

    由我校主持完成的成果:新型光子晶体复合结构的传输特性及光电应用研究(陈溢杭拟申报2017年度广东省科学技术奖励,现按要求进行公示,公示期为2017518日至525

  公示期间如有异议,请向科技处反映。

  联系人:梁老师、许老师

  地址:办公楼302

 

科技处

2017年5月18日

 


附:项目公示内容

项目名称

新型光子晶体复合结构的传输特性及光电应用研究

主要完成单位

单位华南师范大学

单位香港理工大学

主要完成人

(职称、完成单位、工作单位)

1.陈溢杭 教授 完成单位和工作单位均为华南师范大学

对创新点1和创新点3作出主要贡献,代表作12567的第一作者,代表作8的通讯作者

2.黄海涛 副教授 完成单位和工作单位均为香港理工大学

对创新点2作出主要贡献,代表作349的通讯作者

3.王雨 教授 工作单位为南昌大学 完成单位为香港理工大学

对创新点1和创新点2作出贡献,代表作6的通讯作者

4、韩鹏 教授 工作单位和完成单位均为华南师范大学

对创新点3作出主要贡献,代表作10的第一作者

项目

简介

课题来源与背景

      本课题得到国家自然科学基金(1070402711274126)的资助以及广东省自然科学基金重点项目(2015A030311018)、面上项目(9151063101000040)的资助。

      光子晶体是一种新颖的人工周期性电磁材料,它由电介质或金属的周期性排列而构成。与固体量子理论中所描述的,运动于周期势场中的电子具有导带和带隙相类似,光子晶体也具有光子通带和光子带隙。光子晶体的能带结构使其拥有了控制光传输行为的强大功能,在光通信、光电子等领域具有重要应用前景。 

研究目的与意义

光子晶体可以在纳米尺度范围内实现对光传输的精确操控,已被应用于一系列新型光子器件的设计。光子晶体的能带结构取决于构造材料、原胞形状和尺寸,这使得其光学性质受到限制。如传统的由电介质材料构造的光子晶体,其由于布拉格散射的干涉效应形成的布拉格带隙的宽度较窄,带隙的频率范围对入射角度很敏感等,这使得基于光子晶体设计的光学器件在应用上受到了限制。突破传统光子晶体的构造方式,构建新型的光子晶体复合结构,有望克服对光子晶体传统认知规律上的局限,发掘出新的物理现象和应用方向。本项目通过研究光子晶体与超材料、光子晶体与纳米颗粒、光子晶体与光子晶体所形成的新型复合结构中光传输的物理特性,揭示了光子晶体结构对光的全新操控方式,由此设计并制作出基于光子晶体的新型光电子器件,可望推动通讯、能源、材料等多个领域的共同发展。

创见与创新

1) 分析了单负(介电常数或磁导率两者之一为负)材料构造的一维光子晶体中的零有效位相带隙的缺陷模的性质,探讨了缺陷模合并,全向缺陷模等特殊现象;研究了含单负材料或双负材料的一维准周期分形结构的波传输特性,结果显示该结构可用于设计多通道滤波器,且透射通道频率可单独调节;分析了含特异材料的一维光子晶体的零平均折射率带隙、零有效位相带隙内的反射波的相移特性。这些特殊带隙范围内的电磁波相位特性可用于设计光子晶体宽带波片等相关器件。

2) 提出将二氧化钛光子晶体与二氧化钛纳米管吸收层相结合,利用光子晶体的带隙有效增强了太阳能电池对光的捕获能力。进一步以二氧化钛球状纳米颗粒取代二氧化钛纳米管作为吸收层,通过参数调控实现光子晶体的带隙反射、二氧化钛纳米颗粒的散射效应与燃料分子吸收谱的匹配,进一步提高了太阳能电池的光电转化效率。

3) 将带隙性质不同的两个电介质光子晶体相结合,实现了超宽的全向带隙。将光子晶体的表面层裁剪,发现在光子晶体的禁带频率范围内,光子晶体可等效为负介电常数或负磁导率材料,将带隙特性不同的两个光子晶体相结合,观察到了光学Tamn态。

代表性论文专著目录

论文1Defect   modes merging in one-dimensional photonic crystals with multiple   single-negative material defects. Applied   Physics Letters 92, 011925 (2008)

论文2Twin   defect modes in one-dimensional photonic crystals with a single-negative   material defect. Applied Physics   Letters 89, 141101 (2006)

论文3Direct   and Seamless Coupling of TiO2 Nanotube Photonic Crystal to Dye-Sensitized   Solar Cell: A Single-Step Approach. Advanced   Materials 23, 5624 (2011)

论文4Design   and coupling of TiO2 nanotube PCs for solar cells. Energy & Environmental Science 5, 881 (2012)

论文5Broadband   one-dimensional photonic crystal wave plate containing single-negative   materials. Optics Express 18, 19920   (2010)

论文6Experimental   investigation of photonic band gap in one-dimensional photonic crystals with   metamaterials. Physics Letters A   376, 1396 (2012)

论文7Frequency   response of resonance modes in heterostructures composed of single-negative   materials. Journal of the Optical   Society of America B 25, 1794 (2008)

论文8Study   of optical Tamm states based on the phase properties of one-dimensional photonic   crystals. Optics Express 20, 21618   (2012)

论文9   Enhanced Light Harvesting in Dye-Sensitized Solar Cells Coupled with Titania   Nanotube Photonic Crystals: A Theoretical Study ACS Applied Materials & Interfaces 5, 13022

论文10   Criterion of omnidirectional reflection in a one-dimensional photonic   heterostructure. Journal of the Optical   Society of America B 22, 1571 (2005)