光子晶體納米梁腔的光學(xué)性能研究.pdf

1、光子晶體是一種由不同折射率的電介質(zhì)周期性排列而成的人工微結(jié)構(gòu)，如果在光子晶體中引入缺陷或無序而破壞光子晶體的周期性，則將形成光子晶體諧振腔。光子晶體納米梁腔(Photonic Crystal Nanobeam Cavity，PCNC)就是一種典型的一維光子晶體諧振腔。相比于二維光子晶體諧振腔，PCNC的尺寸更小、制備相對(duì)容易，且同樣具有較高的品質(zhì)因子和較小的模體積，因而應(yīng)用非常廣泛。為了進(jìn)一步提高PCNC的光學(xué)性能，獲得具有極高品質(zhì)因子

2、和極小模體積的PCNC，從而增強(qiáng)PCNC中的光物相互作用，亟待提出新型的PCNC來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光學(xué)諧振腔。
　　在本文中，我們首先闡述了PCNC的研究背景，對(duì)光子晶體進(jìn)行了介紹，同時(shí)對(duì)光子晶體的特征和應(yīng)用進(jìn)行了分析。其次我們介紹了研究 PCNC的基本理論和主要研究方法，重點(diǎn)對(duì)平面波展開法和時(shí)域有限差分方法進(jìn)行了闡述。在本文中，我們提出了一種新型的具有H型空氣孔的PCNC，與傳統(tǒng)的納米梁腔采用圓形空氣孔或矩形空氣孔不同的是，這種納米梁

3、腔采用的是H型的空氣孔。利用平面波展開法我們研究了該納米梁腔的光子能帶結(jié)構(gòu)，詳細(xì)分析了不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)光子帶隙的影響，進(jìn)而設(shè)計(jì)出對(duì)光子具有較強(qiáng)的限制作用的周期性波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用模式匹配方法，對(duì)周期性波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，設(shè)計(jì)了一種具有漸變區(qū)域和周期區(qū)域的納米梁腔。利用時(shí)域有限差分方法方法，我們研究了該納米梁腔的品質(zhì)因子與模體積等光學(xué)性能。為了對(duì)比，在本文中，我們也設(shè)計(jì)了一種具有與H型空氣孔完全相同的結(jié)構(gòu)但空氣孔為矩形的納米梁腔，同時(shí)對(duì)兩