一维光子晶体光学传输特性研究

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1、曲宁师范大学硕士研究生毕业论文摘要光子晶体是近年来出现的一种新的光学材料。它以光子禁带的存在为主要特征，是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工结构，具有能够抑制自发辐射和控制光传输等特性，在光通讯、微波通讯、集成光学等领域有重要的应用前景。一维光子晶体结构简单、易于制各，同时具备二维、三维光子晶体的性质，极有可能成为全光通信领域中的关键材料，因此具有重要的理论意义和广泛的应用价值。本论文的主要内容如下：1．第～章系统地阐述了光子晶体产生的历史背景、物理基础及其主要特征。对光子晶体的应用、制各方法和理论研究方法做了分析比较。2．第

2、二章从麦克斯韦方程出发，推导了光在光子晶体中传播的基本微分方程和一维光学传输矩阵理论。该理论计算量小，精确度高，可以用来计算光予晶体的能带特性。3．第三章讨论了无序对一维光子能带的影响。(a)引入结构参数8，深入研究了具有无序结构的一维二元光子晶体的能带特性。研究发现，无序结构有效拓宽了光子带隙，与均匀结构相比，拓宽率达到200％以上；无序一维光子晶体表现出从可见到红外很宽区域的高反射特性。文中还计算和分析了入射角和无序度D对一维二元光子晶体带隙的影响。随着入射角的增大，带隙的相对宽度减小，但在小于等于n／3的范围内，带隙的相对宽

3、度始终维持在62．5％以上。随着无序度D的增大，带隙变得越来越宽；但当D大于4．63％S寸，宽带区域中出现了缺陷模式；当D取3．66％H寸，得到最好的高反射区域。(b)引入结构参数a、b，首次研究了无序一维三元光子晶体的能带特性。研究发现，无序结构光子晶体与周期结构光子晶体相比其带隙显著加宽。无序的介质层数取得越多，得到的禁带越宽。文中还计算和讨论了无序度和高低折射率之差值对光子晶体带隙的影响。随着入射角的增大，带隙的相对宽曲阜帅范人学峨¨df究生毕业论文度减小，lU．-ft!d,于等于n／4的范围内，带隙的相对宽度始终维持在60

4、．5％以上。随着无序度19的增大，带隙变得越来越宽，高反射区域明显向短波和睦波方向扩展。4．第四章借鉴半导体量子阱和异质结构的概念，构造了量子阱结构光子晶体和异质结构的光子晶体，深入研究了这两利·结构光子品体的能带特性。(a)量子阱结构光子晶体能够有效地拓宽光子能带带隙。适-'-25iJ．目整参数在0．3—0．45Hz和0．55—0．7Hz频率范围内获得了多通道滤波特性，并用量子理论对该现象进行了解释。(b)研究了一维三元异质结构中引入缺陷的光子晶体中的传输特性。研究显示，该结构光子晶体能够有效地拓宽光子带隙，调整缺陷层的数目可以

5、实现多通道滤波现象。关键词：光子晶体；光予带隙；无序；量子阱结构；异质结构m阜师范火学硼l。ji】

6、=究生毕业沦文AbstractPhotoniccrystalisanewtypeofartificialmicrostructurematerialwithcharacteristicofphotoniebandgap(PBG)structure．AMithaspeculiarabilityofinhibitingspontaneousradiationofatomstoldcontrollingfightpropagation．I

7、twillbewidelyusedinthefieldsofopticalconlmunlcation，microwavecomnmnication，integrationoptical．andmanyothers．One-dimensional(ID)photoniccrystalcanbemadeeasilyduetOitssimplest‘ructureandhasthepropertiesof2Dand3Dphotoniccrystals．Tiffs】novelopticalmaterialswillprobablybec

8、rucialcomponentsinthefield．ofopticalcommunication，SOtherelevanttheoreticalresearchesarevaluableandwideapplicationperspectivesareexpected．ThesummaryofthedissertationisasIbllows：1．Thehistoricalbackground，thephysicalfoundationand1themainproperties(photonicbandgapsandphot

9、oniclocalization)ofphotoniccrystalsareintroducedinchapterI．Differentdesignmethodsanddifferenttheoreticalresearch。methodsarea