光子晶体磁性边界态及耦合效应的研究

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1、分类号TN929.1密级公开UDC535编号10299S1308004硕士学位论文光子晶体磁性边界态及耦合效应的研究Researchonthemagneticedgestatesofphotoniccrystalsandthecouplingeffect指导教师方云团教授作者姓名胡坚霞申请学位级别工学硕士专业名称电磁场与微波技术论文提交日期2016年4月论文答辩日期2016年6月学位授予单位和日期江苏大学2016年6月答辩委员会主席宋雪桦评阅人独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成

2、果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同

3、时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊（光盘版）电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布（包括刊登）授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日江苏大学硕士学位论文摘要光子晶体本身具有的带隙特性早已吸引了无数科学工作者的目光，原本带隙中的光子是无法通过的，若将无限大的光子晶体截断，形成截断表面，便会在带隙中形成表面模式，表面模式可以约束光在表面传输。但是通常情况下光子晶体的表面

4、模式是固定的。为了获得可调节的光子晶体表面模式，在本文中我们在二维正方光子晶体截断表面添加一层磁性材料，并对传统的平面波展开法（PlaneWaveExpansionMethod，简称：PWM）进行了改进，计算出二维磁性光子晶体的色散关系，得到表面缺陷模式，通过磁场的改变调节表面缺陷模式的色散属性，从而获得可调的表面缺陷模式。特别是，在表面缺陷模的频率范围内，可以实现群速度为零的表面模式。在上述工作的基础上，把二维三角光子晶体分开，表面各添加一层磁性介质柱，形成两个磁表面缺陷模式。通过两个磁表面缺陷模式的耦合，形成一种新的自陷态模式，

5、这种自陷态模式可以将光约束在波导中。自陷态对电磁波的约束不是依靠外部的机制，而是依靠模式本身的属性。接着我们又在波导两侧各放置一层有限数目的磁性介质柱。成对的磁性介质柱形成了虚拟的反射墙，在两列反射墙之间就形成了微腔。由于这种微腔在波导方向是开放的，在垂直波导方向受光子晶体结构的反射，所以本文称它为半开放微腔。又因为磁性介质柱的位置是可任意改变的，该微腔又可称为可移动的微腔。与传统微腔相比，半开放可移动的微腔有许多独特的优势，如可以任意约束或释放电磁场，其位置和大小都是可调的。本研究为磁光材料和光子晶体的完美组合打开了一个全新的研究

6、大门。此外，还研究了一维光子晶体基于腔模和表面等离子体激元耦合的双频滤波器。设计了一个带有双棱镜全反射装置的夹层结构。夹层结构是由一个金属层和两个相同的介质层组成的。通过标准的传输矩阵法研究了传输特性。这样的系统可以形成两种混合腔表面等离子体-极化模式。两个混合模式的耦合导致共振隧道效应和模式分离。模式分离就形成了耦合双峰。双峰频率的差异可以通过改变金属厚度来调节，以及双峰的位置可以通过改变入射方向调整。该系统可用于设计双频滤波器和太赫兹发射装置。关键词：光子晶体，磁性边界态，耦合效应，表面缺陷模式，调制I光子晶体磁性边界态及耦合效

7、应的研究ABSTRACTThebandgapinphotoniccrystalhasattractedtheattentionofnumerousscientificworkersearly.Ifwecuttheinfinitephotoniccrystals,thetruncatedsurfaceisformed.Thesurfacemodeinbandgapcanmakephotonstransfertotally.However,thesurfacemodeofthephotoniccrystalisnormallyfixed

8、.Inordertoobtaintunablesurfacemodesofphotoniccrystal,weaddamagneticmateriallayeronthetruncatedsurfaceofatwo-dimension