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二维三角晶格光子晶体及波导传输特性的研究

作　者: 姜迎迎
导　师: 闫珂柱
学　校: 曲阜师范大学
专　业: 理论物理
关键词: 二维光子晶体 光子禁带 光子晶体波导 缺陷模 时域有限差分法
分类号: O734
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本文系统介绍了光子晶体的一般特性及应用,详细推导了时域有限差分法,主要工作是以二维三角晶格光子晶体为模型,用时域有限差分法在理论上研究其TE偏振模传输特性,其具体内容如下:首先研究由空气柱/基质光子晶体与包层介质柱/基质光子晶体复合而成的二维光子晶体的传输特性,计算结果显示:这种组合光子晶体,其禁带宽度远大于单一结构光子晶体的禁带,可以实现从低频到高频的组合宽禁带,从而达到在更宽范围内控制电磁波传播的目的。为了研究组合禁带的变化规律,又继续研究了光子晶体的结构参数对禁带的影响,结果表明:包层介质柱外半径对禁带宽度的影响较大;包层介质柱的内半径的大小、内柱或包层的介电常数对禁带宽度几乎没有影响,但是对禁带内的缺陷模有明显的影响;由介电常数引起的缺陷模比由包层介质柱内半径变化引起的缺陷模明显;内层介质柱的介电常数影响高频区的缺陷模,夹层处介电常数影响低频区的缺陷模。由此可以根据实际需要,在这种带隙宽度稳定的结构通过调节结构参数制作滤波器和光开关等。而后研究了二维椭圆空气柱光子晶体线波导的滤波特性,通过数值计算发现:椭圆空气柱的方位角从0-90度的变化时,在波导内存在某些频段的光波不能透过光波导的缺陷模;散射子的旋转方式有三种:同一方向旋转、呈镜面对称旋转、只是靠近波导线缺陷的两排散射子旋转。旋转方式不同,缺陷模的频率范围就不同;但是无论何种旋转方式,当散射子的偏转角度增大时,这些缺陷模的中心频率都向高频移动。这样可以通过旋转散射子的角度达到控制光通量的目的,实现光子晶体波导的可调光衰减的作用。在此种光子晶体波导通过减少空气柱来引入点缺陷,形成既有线缺陷又有点缺陷的光子波导,研究光在其中的传播,发现点缺陷可将在邻近波导中传播的相同频率成分的光波“下载”到微腔中,产生共振频率;改变微腔周围相关空气柱的方位角或者大小,可以实现共振频率的调节。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-15
  §1.1 光子晶体概述  7-10
    §1.1.1 光子晶体的概念  7
    §1.1.2 光子晶体的分类  7-8
    §1.1.3 光子晶体的性质  8-10
  §1.2 光子晶体的理论研究方法  10-11
    §1.2.1 传输矩阵法  10-11
    §1.2.2 平面波展开法  11
    §1.2.3 时域有限差分法  11
  §1.3 光子晶体的制作方法  11-13
    §1.3.1 逐层叠加法  11-12
    §1.3.2 精密机械加工法  12
    §1.3.3 激光全息光刻法  12-13
    §1.3.4 反蛋白石方法  13
    §1.3.5 双光子聚合法  13
  §1.4 光子晶体的应用  13-14
    §1.4.1 光子晶体波导  13
    §1.4.2 光子晶体光纤  13-14
    §1.4.3 光子晶体偏振器件  14
    §1.4.4 超棱镜  14
    §1.4.5 滤波器  14
    §1.4.6 高效率低损耗反射镜  14
    §1.4.7 低阈值激光器  14
  §1.5 本论文的主要工作  14-15
第二章 FDTD基本原理  15-23
  §2.1 FDTD方法的发展和应用  15
  §2.2 Maxwell方程及其FDTD形式  15-21
    §2.2.1 Maxwell方程和Yee元胞  15-17
    §2.2.2 直角坐标系中的FDTD方程  17-21
  §2.3 解的稳定性条件  21
    §2.3.1 时间和空间离散间隔的稳定性要求  21
    §2.3.2 数值色散对空间离散间隔的要求  21
  §2.4 边界条件  21-22
  §2.5 激励源  22-23
第三章 二维三角晶格介质柱光子晶体的传输特性的研究  23-28
  §3.1 引言  23
  §3.2 结果与讨论  23-26
    §3.2.1 理论模型  23-24
    §3.2.2 结构参数对组合禁带的影响  24-26
  §3.3 结论  26-28
第四章 二维椭圆空气柱光子晶体波导滤波特性的研究  28-33
  §4.1 引言  28
  §4.2 计算结果与讨论  28-31
    §4.2.1 光子晶体线波导的滤波分析  28-30
    §4.2.2 含有点缺陷的光子晶体波导的滤波分析  30-31
  §4.3 结论  31-33
参考文献  33-38
在校期间的研究成果及发表的学术论文  38-39
致谢  39

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中图分类: > 数理科学和化学 > 晶体学 > 晶体物理 > 晶体的光学性质
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