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一维光子晶体理论分析及在光通信中的应用

作　者: 肖柳平
导　师: 杨华军
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学
关键词: 光子晶体 禁带 传输矩阵 法布里-珀罗滤波器 卡塞格伦天线
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


在光通讯中,采用光信息处理器件极大地提高了通信的速度和增加了信息的容量。光子晶体器件对光子具有良好的控制能力,在光通信中具有广泛的应用。其中一维光子晶体结构简单,制作方法成熟,制作成本低。随着光通信技术的迅速发展,一维光子晶体成为光通信行业中的常用器件,这些器件包括:偏振分光器,一维光子晶体滤波器,空芯一维光子晶体光纤及介质全反射镜等。一维光子晶体是介电系数在一个维度上呈周期性分布的煤质,光学薄膜是一维光子晶体的一个特例。电磁波在一维光子晶体中传播时由于布拉格散射,电磁波会受到调制而形成能带,光子能带之间可能出现带隙,即光子禁带。本论文用传输矩阵法和Bloch理论等相关理论对一维光子晶体的禁带特征,对偏振分光器和滤波器进行了系统地分析。分析光子晶体各个结构参数对光子晶体传输特性的影响,分析光子晶体滤波器在光网络器件中的应用。并将光子晶体反射膜应用在卡塞格伦光学天线上,提出了一种新型的卡塞格伦光学天线。论文主要包括:1.用传输矩阵法讨论了一维光子晶体的禁带特征,并在特定中心波长条件下,通过改变介质层折射率、介质层厚度及入射角等参数来优化光子晶体的传输特性。2.从布洛赫理论出发,用禁带边缘法分析了光子晶体的禁带特征,这种方法在分析一维光子晶体的禁带位置时比传输矩阵理论简单。3.从多光束干涉理论出发,分析含缺陷层的一维光子晶体的滤波特性,讨论光子晶体滤波器在光网络器件上的应用。4.用传输矩阵法分析Bragg光纤的传输特性。采用周期性介质作高反射膜应用在卡塞格伦光学天线上,分析了主、次镜的大小对效率的影响,提出了解决次镜遮挡损耗的一种新型结构卡塞格伦光学天线。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 引言  9-13
  1.1 选题依据和研究意义  9
  1.2 光子晶体概念及应用  9-11
  1.3 国内外发展动态  11-12
  1.4 论文研究的主要内容  12-13
第二章 一维光子晶体的电磁场理论  13-28
  2.1 菲涅耳公式  13-15
  2.2 单一介质面的反射率计算与等效界面思想  15-16
  2.3 单层介质膜的反射率  16-24
    2.3.1 单层介质膜与基底组合的等效光学导纳  16-18
    2.3.2 单层介质膜的光学特性  18-21
    2.3.3 多层介质膜的反射率  21-24
  2.4 一维光子晶体理论在偏振分光器中的应用  24-27
    2.4.1 利用布儒斯特角设计偏振分光器  25
    2.4.2 利用传输矩阵理论设计偏振分光器  25-27
  2.5 本章小结  27-28
第三章 一维光子晶体的Bloch 理论  28-35
  3.1 用Bloch 理论分析周期介质层中的光传输  28-32
  3.2 用波函数确定一维光子晶体的禁带  32-33
  3.3 本章小结  33-35
第四章 含缺陷的一维光子晶体滤波器及其在光通信中的应用  35-47
  4.1 多光束在薄膜中的干涉理论  35-38
  4.2 一维光子晶体滤波器及其在光网络器件中的应用  38-46
  4.3 本章小结  46-47
第五章 一维光子晶体的特性及其应用  47-65
  5.1 用一维光子晶体理论研究布拉格光纤的传输特性  47-54
    5.1.1 布拉格光纤结构  47-49
    5.1.2 应用薄膜光学理论研究Bragg 光纤  49-52
      5.1.2.1 单层介质膜的反射率  49
      5.1.2.2 单层介质膜的反射特性  49-52
    5.1.3 反射率与光波长的关系  52
    5.1.4 反射率与包层周期数的关系  52
    5.1.5 反射率与纤芯入射角角、波长的关系  52-53
    5.1.6 结论  53-54
  5.2 一维光子晶体的禁带特征  54-56
  5.3 用禁带边缘法研究一维光子晶体的禁带特征  56-59
  5.4 一维光子晶体在卡塞格伦天线上的应用及这种天线的结构优化  59-64
  5.5 本章小结  64-65
第六章 总结和展望  65-67
  6.1 论文完成的工作  65-66
  6.2 本文的主要创新点  66
  6.3 展望  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-70
攻硕期间取得的研究成果  70-71

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 波导光学与集成光学 > 光纤元件
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