太赫茲波段空氣環(huán)型光子晶體帶隙特性和諧振腔研究.pdf

1、摘要IIIII11IfrllrllrfIIffrllIIIIIJIlilt—————————————————————]Y2117788論文題目：太赫茲波段空氣環(huán)型光子晶體帶隙特性和諧振腔研究學(xué)科專業(yè)：物理電子學(xué)研究生：馬麗娟簽名：當(dāng)塑塑指導(dǎo)教師：張顯斌教授簽名：摘要太赫茲(THz)電磁波(波長為3lxm3ram)是頻率介于毫米波和紅外之間相當(dāng)寬范圍的電磁輻射區(qū)域。正是THz波所處的波段使得其具有一些非常獨特的優(yōu)點，使THz波在凝聚態(tài)物理

2、、天體物理、生物、醫(yī)學(xué)、安全檢測等眾多領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用潛力。光子晶體是介電常數(shù)在空間呈周期性排列的人工結(jié)構(gòu)，具有光子帶隙和光子局域效應(yīng)等重要特征，因此對光波提供了一種全新的控制機理。因此，對光子晶體的帶隙特性和缺陷模式的研究是光子晶體研究的重要內(nèi)容。光子晶體結(jié)構(gòu)在THz波段具有良好的性質(zhì)，可以制造多種性能優(yōu)良的THz功能器件，如THz光子晶體濾波器、THz光子晶體諧振腔等都可廣泛應(yīng)用于THz系統(tǒng)中，為THz技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用提供了有利

3、基礎(chǔ)。本文重點研究了THz波段二維正方和三角晶格空氣環(huán)型光子晶體的帶隙特性，并基于缺陷模式的原理設(shè)計了一種新型的空氣環(huán)型光子晶體諧振腔。在固定介電常數(shù)和晶格常數(shù)不變的情況下，采用平面波展開法(PWM)計算并分析了Si材料組成的THz波段二維正方晶格空氣孔、空氣環(huán)型光子晶體的帶隙圖以及Ge材料組成的THz波段二維三角晶格空氣孔、空氣環(huán)型光子晶體的帶隙圖，并就空氣孔半徑對光子晶體完全帶隙的影響分別做了詳細(xì)討論，得出了THz波段空氣環(huán)型光子晶

4、體完全帶隙最大時的結(jié)構(gòu)參數(shù)。本文從THz波的特性出發(fā)，設(shè)計了適合于THz波段的光子晶體諧振腔。在二維三角形晶格空氣孔和空氣環(huán)型結(jié)構(gòu)中引入點缺陷，形成THz波段的諧振腔。采用基于有限時域差分法的Rsoft軟件分別仿真兩種結(jié)構(gòu)下缺陷模的模式和模場分布，并對兩種諧振腔的品質(zhì)因子也進(jìn)行了分析計算。利用平面波法結(jié)合超晶胞法計算分析了兩種諧振腔的帶隙結(jié)構(gòu)和諧振頻率隨填充比的變化規(guī)律，并仿真了R／a=045缺陷模的模式場分布，以及研究了環(huán)型結(jié)構(gòu)在一定