光子晶体传感特性数值模拟

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1、中文摘要硕士生：赵辉(签名)墼茎至，指导教师：傅海威(签名’j乃掰摘要光子晶体的出现以及它具有对光传输进行控制的能力引起了包括物理学，光学，电子学以及材料科学方面研究人员的广泛关注．光子晶体的主要性质有光子禁带、光子局域、抑制自发辐射、非线性光学效应等。光子晶体具有很多潜在的应用价值，例如在光子晶体光纤，光子晶体微腔，以及在光子晶体波导中都得到了一定的应用。本文采用电磁场时域有限差分(FDTD)方法对光子晶体传输特性进行了计算模拟和研究。研究内容主要包括：对二维光子晶体微腔的谐振特性的研究：二维光子晶体波导传输特性的研究；带微腔的光子晶体波导传输特性的研究；光子晶体温度、应力传感

2、等的研究。首先，讨论了电磁场时域有限差分方法，利用Fortran语言编写了电磁场FDTD计算机程序，其中包括吸收边界(PML)，为光子晶体的模拟研究做好了准备。其次，采用FDTD方法对光子晶体微腔的谐振特性、光子晶体波导的传输特性以及带微腔波导的传输特性进行了模拟研究。结果表明光子晶体微腔的谐振频率与微腔中心缺陷介质柱的折射率变化呈线性关系，光子晶体波导具有优良的导波性能，带微腔的波导具有分频特性等。最后，采用FDTD方法模拟了二维光子晶体微腔在温度变化和应力作用下产生应变后的谐振频率与温度、应变大小之间的关系，结果表明谐振频率与温度和应变之间呈良好的线性关系。同时，提出了光子晶

3、体传感器的设计思路和理论模型，讨论了其响应特性。这为今后的传感器实物的制造和试验研究做了基础性的工作。关键词：光子晶体，光子晶体波导，光子晶体微腔，温度与应变测量，电磁场时域有限差分方法论文类型：应用基础研究本文得到国家“863一计划项[j(2007AA032413)I国家自然科学基金项目(60727004)；陕西省教育厅项EI(09JS041)资助。n英文摘要Subject：NumericalsimulationofphotoniccrystalsensorSpeciality：PhysicalElectronicsName：ZhaoHlIi(signatureInstruct

4、or：FuHaiwei(signatureABS。I’RACTmemergenceofphotoniccrystals，andithastheabilitytocontrollighttransmission，SOithasinspiredgreatattentioninphysics，optics，electricalengineering，andmaterialscience．啊托mainpropertiesofphotoniccrystalshavephotonlcbandgap，photon'localization,inhibitionofspontaneousemis

5、sion,nonlinearopticaleffectsandSOon．Photonlccrystalshavenumerouspotentialapplications，Forexample，photoniccrystalfibers，photoniccrystalmicrocavity,photoniccrystalwaveguideandSOforth．Inthispaper,weusethefinitedifferencetimedomainmethodofelectromagnetictosimulatethetransmissionpropertiesofphoton

6、iccrystals．11他researchincludetwo-dimensionalphotoniccrystalmicrocavityresonantcharacteristics，two-dimensionalphotoniccrystalwaveguidetransmissioncharacteristics，photoniccrystalwaveguidewithmicro-cavitytransmissioncharacteristics，thephomnlccrystaltemperatureandpressuresensingproperties．Firstof

7、all，wediscussthefinitedifferencetimedomainmethodofelectromagnetic，andprepareaFomancomputerprogramofFDTDmethodwiththeperfectmatchedlayersabsorbingboundary(PML)tocalculateelectromagneticfields．Anditmadepreparationstothesubsequentsimulationofpho