二維光子晶體在激光雷達系統(tǒng)中的應用研究.pdf

1、光子晶體是近年來出現(xiàn)的一種新型光學材料，由折射率不同的介質在空間周期性交化而構成。它具有獨特的光子帶隙特性，即頻率落在光子帶隙中的電磁波無法在其中傳播，提供了一種全新的控制光的機理，有著廣闊的應用前景。目前，光子晶體的研究已經(jīng)成為一個發(fā)展迅速的科學領域。
　　 隨著激光雷達技術的發(fā)展，對設備有著越來越迫切的小型化要求。由于光子晶體可在波長量級控制光路，對光學器件的集成化有著重要作用。本文將光子晶體器件應用到激光雷達系統(tǒng)中，有效地

2、滿足其小型化的要求。
　　 論文的主要內(nèi)容包括：
　　 1.從固體物理學中晶體的概念入手，引出光子晶體的基本理論。包括第一布里淵區(qū)和布洛赫理論，并基于電磁波的基本理論麥克斯韋方程組，對分析光子晶體的主方程進行了推導。介紹了光子晶體常用的分析方法——傳輸矩陣法、平面波展開法和時域有限差分法。
　　 2.用平面波展開法計算二維光子晶體的能帶結構，分析了晶體結構、介質柱填充比和介電常數(shù)比對光子帶隙的影響。在二維光子晶體

3、中引入點缺陷、線缺陷，對缺陷特性做出討論。同時引入這些缺陷的組合，利用耦合模理論分析光子晶體點缺陷和線缺陷間的相互耦合，設計出可應用于激光雷達系統(tǒng)(工作波長為1550nm)的二維光子晶體濾波器，實現(xiàn)極窄線寬(1.51nm)的帶通濾波功能。
　　 3.由于光子晶體器件為亞波長結構，從光子晶體波導中出射的光束會因為衍射極限而發(fā)散到各個方向，為了實現(xiàn)光子晶體器件的廣泛應用，需要解決光子晶體功能器件和傳統(tǒng)光學器件之間的耦合問題?；诒砻?/p>