光在一維光子晶體中的傳輸特性研究.pdf

1、光子晶體（photonic crystals）是一種具有周期性介電常數(shù)的介電結(jié)構(gòu)。由折射率的周期性排列的空間維度不同，分為一維，二維和三維光子晶體，其周期性和光的波長為同一個(gè)數(shù)量級。光子晶體也被稱為光子帶隙材料（photonic band gap materials）。光子晶體具有很多奇特的性質(zhì)：光子帶隙特性，自輻射的抑制，光子雙穩(wěn)態(tài)特性，光子局域特性等。其中最重要的特性就是光子帶隙。頻率落在光子帶隙內(nèi)的電磁波無法通過光子晶體傳播，這為

2、人們設(shè)計(jì)不同的器件來實(shí)現(xiàn)對光的控制提供了可能。由于光子晶體獨(dú)特的性能和潛在的應(yīng)用前景，人們對光子晶體的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究投入了極大的熱情，使之成為一個(gè)迅速發(fā)展的新的科學(xué)領(lǐng)域。
　　為了研究光子晶體的各種特性，首先要在理論上對它的帶隙結(jié)構(gòu)和特性進(jìn)行研究。目前對于光子晶體的數(shù)值計(jì)算方法主要采用平面波展開法，格林函數(shù)法，時(shí)域差分法,轉(zhuǎn)移矩陣法，頻域迭代法。這些方法都是基于研究復(fù)雜電介質(zhì)結(jié)構(gòu)的Maxwell方程組演變出來的。本文以一維光子

3、晶體為主要研究對象，深入分析了光子晶體的各種特性，主要內(nèi)容為：
　　1.本文研究光子晶體的基本概念和光子晶體所用到的基本原理，進(jìn)一步研究光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)和電子的能帶結(jié)構(gòu)，同時(shí)闡述了光子晶體的幾種應(yīng)用。
　　2.主要運(yùn)用轉(zhuǎn)移矩陣法及其在光子晶體中的應(yīng)用。利用此種方法分別對引入了不同的缺陷層的一維光子晶體進(jìn)行模擬和仿真。
　　3.闡述了光子晶體的能帶理論，進(jìn)行了數(shù)值模擬：理論部分主要介紹轉(zhuǎn)移矩陣法在光子晶體中的應(yīng)用；數(shù)值

4、模擬部分，主要對一維光子晶體進(jìn)行模擬仿真，仿真計(jì)算一維光子晶體的層數(shù)，折射率，周期光程等結(jié)構(gòu)特性對一維光子晶體帶隙結(jié)構(gòu)的影響。
　　4.主要分析了在光子晶體中引入缺陷層后對光子晶體的帶隙的影響。缺陷層的各種結(jié)構(gòu)特性，缺陷層的數(shù)量以及是否為非線性缺陷層都對帶隙有重大影響。模擬仿真發(fā)現(xiàn)，具有雙缺陷層的一維光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)中，雙缺陷模的相距距離，隨著折射率的增大有個(gè)先增大后減小的變化，即存在一個(gè)距離的最大值。這些變化特性為設(shè)計(jì)出獨(dú)特的