《包远志论文答辩》ppt课件

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1、指导教师：刘启能材料吸收光子对TM波能带的影响班级：2010级应用物理学生：包远志学号：2010135119背景当电子和微电子技术走向极限时，科学家们提出了以光子代替电子作为信息载体的设想。虽然光子技术具有高传输速度、高密度以及高容错性等优点，但是光子难以控制，且长期以来光子信息技术仅仅在信息传输中得到应用。意义光子晶体的出现得以解决光子的难以控制这个难题，实现光子的可控性。通过进一步研究光子晶体材料，可将其用来制作全新概念和以往所不能制作的高性能光学器件，这一成果让光子晶体材料在现实生活中得到了广泛的应用。例如光子晶体在光纤、激光器、滤波器和集成光

2、路等应用领域中取得最新进展，这让我们对光子晶体发展做了展望。系统的背景及意义论文的结构和主要内容光子晶体的基本知识及应用光子晶体理论的一种研究方法——特征举证法吸收材料对一维光子晶体TM波能带的影响结束语第一章光子晶体的基本知识及应用光子晶体的概念1987年，S.John和E.Yablonovitch提出了光子晶体概念。所谓光子晶体就是其折射率呈周期性变化的人造带隙材料。光子在光子晶体中传播时会与光子晶体的周期结构发生相互作用，从而产生带隙。利用光子晶体的带隙可以控制广播的传播。光子晶体的分类根据组成光子晶体的介质层空间的排列顺序的不同，可将其分为一维

3、、二维、三维光子晶体。1、一维光子晶体是指介质折射率只在一个空间方向具有周期性分布的光子晶体材料，在垂直于介质层方向上的介电常数随空间位置周期性变化，在平行于介质层平面的方向上介电常数是一个定值，如图1.1所示：2、二位光子晶体是指在二维空间各向上具有光子频率禁带特性的光学材料，它是由许多介质杆平行且均匀地排列而成的，如图1.2所示：3、三位光子晶体的常见结构是由两种介质块所构成的空间周期性结构，如图1.3所示：图1.3三维光子晶体的空间结构光子晶体的特性及应用光子晶体诞生后，迅速发展为光学研究的热门。光子晶体最重要的根本特性是具有禁带和导带。对于研究

4、光子晶体的禁带，首先要了解光在介质中的传播透射率T。单层介质的透射率T为：上式中T为光透射率，It为出射光强，Io为入射光强。即：透射率为光经过介质后，出射光强与入射光强之比。（如图1.4所示）由守恒定律可知：反射率R为上式中R为介质的反射率，T为透射率。下图1.5所示为单层介质对于不同波长的光波的透射情况。g/()图1.5单层介质的光透射率对一维光子晶体的透射率研究我们会得出如下图1.6所示的情况：我们定义在光子晶体中，透射率T=0的范围为光子晶体的禁带；透射率>0的范围为光子晶体的导带。由于通常情况下对于光子晶体的应用更倾向于对光的绝对调制，所以本

5、文也着重研究光子晶体的禁带，即光子无法传播的部分。通过对光子晶体的应用，我们可以人为的控制电磁波（弹性波）的传播，同时可以利用光子晶体的禁带研制抗电磁辐射薄膜。在一维光子晶体中，一维掺杂光子晶体的特性也较为特殊。其基本结构如图1.7所示：在规则的一维光子晶体中加入第三种介质，从而形成的一维掺杂光子晶体，在保留了一维光子晶体的大多性质的同时，会出现一个新的特性，即缺陷模。图1.8和图1.9所示的是TE波和TM波缺陷模随入射角和入射波长变化的图像。由上图可见，无论对于TE波还是TM波，在图像所示的禁带中会突然出现一个很尖锐的突起，形成一个很窄的导带，图1.

6、10可以更明显的看出，一维掺杂晶体出现的缺陷模。由以往研究文献资料可知：一维掺杂光子晶体缺陷模的频率由所掺杂的介质的厚度决定，缺陷模的频率宽度由厚度和介质膜折射率共同决定。第二章、光子晶体理论的一种研究方法——特征矩阵法光子晶体最大的特性是具有光子带隙，光导纤维、光波导、全向反射镜、滤波器、偏振器等光学材料和器件就是利用光子不能在光子禁带中传播这一特性。当在光子晶体中加入缺陷介质时，光子在其中的传播会发生局域化从而可抑制或增强其自发辐射，以此特性可以运用掺杂光子晶体制造高效率和零阀值的激光器、高品质的激光谐振腔以及高效发光二极管。但是要实现光子晶体在这

7、些领域的应用，就必须知道光子晶体的能带结构，要知道其能带结构，就要选取合适研究方法。目前，对于光子晶体能带结构的研究主要采用三种方法：特征矩阵法、平面波展开法、多重散射法等。1、光子在吸收介质中传播的处理方法对于具有吸收的介质，为了同时描述其对光波的折射和吸收，需要引入复折射率和复波数的概念：==其中n为介质的折射率描述其对光波的折射，k为介质的消光系数描述其对光波的吸收，c为真空中的光速，为光的圆频率。在吸收介质中传播的光波满足：为光传播方向的单位矢量。+=0其解为：=由（1）式可以得到由（4）式可知，吸收介质中传播的光波是衰减波。但是，由（2）式和

8、（3）式可知：在吸收介质中光波满足的方程和对应的解与透明介质中光波满足的方程和对应的解在形式上