含特異材料光子晶體的傳輸特性.pdf

1、光子晶體，又稱為光子能隙材料，是一種介電常數(shù)或磁導(dǎo)率在空間呈周期性排列的人工材料。光子晶體的最大特性是存在光子帶隙，頻率落在光子帶隙中的電磁波將不能在其中傳播。并且，利用這種帶隙效應(yīng)，在光子晶體中引入缺陷即能實(shí)現(xiàn)對(duì)波的操縱與控制。而特異材料，也叫超材料，是指不同于自然界中普通材料而具有奇異電磁特性（如負(fù)的介電常數(shù)、負(fù)的磁導(dǎo)率、負(fù)的折射率等）的人造電磁材料。電磁波在特異材料中傳播時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)許多不尋常的現(xiàn)象，例如，逆Doppler效應(yīng)、逆

2、Cerenkov效應(yīng)、反常光壓等。由于特異材料獨(dú)特的電磁特性，在光子晶體中引入特異材料，將會(huì)帶來(lái)很多新的規(guī)律和現(xiàn)象。本文對(duì)含特異材料的光子晶體的傳輸特性進(jìn)行了研究。具體內(nèi)容包括：
　　 ⑴研究了“負(fù)磁導(dǎo)率材料一正折射率材料”、“負(fù)介電常數(shù)材料一正折射率材料”以及“負(fù)磁導(dǎo)率材料一負(fù)介電常數(shù)材料”組成的一維光子晶體結(jié)構(gòu)的全方位帶隙中，波的反射相位與入射角、介質(zhì)厚度的縮放因子以及周期數(shù)之間的關(guān)系和變化規(guī)律。這方面的研究，彌補(bǔ)了理論上的

3、不足，有利于全面理解含特異材料組成的一維光子晶體結(jié)構(gòu)的相位特性，也為一維光子晶體相位補(bǔ)償器和色散補(bǔ)償器的制作提供了理論依據(jù)。
　　 ⑵研究了一種基于左手材料光子晶體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的全方向缺陷模。從一維缺陷光子晶體的缺陷模的本征方程入手，得到了含左手材料一維缺陷光子晶體TE波的全方向缺陷模。并且，根據(jù)麥克斯韋方程中電矢量與磁矢量的對(duì)稱性，證明了電介質(zhì)材料一維缺陷光子晶體有利于獲得TE波的全方向缺陷模，而磁介質(zhì)材料一維缺陷光子晶體有利于獲

4、得TM波的全方向缺陷模。通過(guò)將電介質(zhì)材料一維缺陷光子晶體與磁介質(zhì)材料一維缺陷光子晶體組合形成的光子晶體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，得到了與偏振無(wú)關(guān)的全方向缺陷模。最后通過(guò)計(jì)算缺陷模的電場(chǎng)分布，進(jìn)一步驗(yàn)證了我們的結(jié)論。
　　 ⑶研究了一種含左手材料的光子晶體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的窄通道窄角度缺陷模。該結(jié)構(gòu)由兩個(gè)一維缺陷光子晶體組成：其中一個(gè)完全由常規(guī)材料構(gòu)成；另一個(gè)由含左手材料缺陷光子晶體構(gòu)成，利用該結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)某一角度的窄通帶窄角度缺陷模。設(shè)計(jì)這種光子晶體異質(zhì)

5、結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵點(diǎn)有兩個(gè)：一是令某一角度時(shí)兩個(gè)缺陷光子晶體缺陷模的頻率相同；二是讓兩個(gè)缺陷光子晶體缺陷模的角度色散不相同，并且差別越大越好。該結(jié)構(gòu)得到的頻率濾波和方向?yàn)V波的效果均要比單純使用常規(guī)材料的要好。
　　 ⑷研究了一種含雙負(fù)材料的光子晶體量子阱結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由雙負(fù)材料和常規(guī)材料交替堆疊而成的一維光子晶體分別作為阱和壘，組成兩邊為壘中間為阱的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。合理選擇參數(shù)，使得阱光子晶體的通帶落于壘光子晶體的禁帶中而滿足光子晶體量子阱形成