光子晶體禁帶特性的研究.pdf

1、光子晶體是一種新型的光學(xué)材料，它是將不同介電常數(shù)的介質(zhì)材料在一維、二維或三維空間內(nèi)組成具有光波長量級的周期性結(jié)構(gòu)。由于其獨(dú)具特色的傳光機(jī)理，人們對光子晶體的理論分析和實驗研究產(chǎn)生了極大的興趣。目前，對光子禁帶特性的研究仍然是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
　　本文介紹了光子晶體的發(fā)展，總結(jié)了光子晶體的研究現(xiàn)狀，應(yīng)用領(lǐng)域和設(shè)計制作。
　　光子晶體的許多應(yīng)用都是基于“光子禁帶”特性。本文直接推導(dǎo)得出了周期性結(jié)構(gòu)中光子禁帶產(chǎn)生的數(shù)學(xué)依據(jù)。

2、最終得出了一維周期結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)解的限制條件，證明了一維周期結(jié)構(gòu)必然產(chǎn)生非連續(xù)解，該非連續(xù)部分即是光子禁帶；且該非連續(xù)解解與介電常數(shù)比和填充比有關(guān)。
　　本文分別運(yùn)用平面波傳輸法和時域有限差分法對不同結(jié)構(gòu)的光子禁帶進(jìn)行了分析，分析兩種算法結(jié)果存在的差異。提出要減小設(shè)計與實際制作之間的差異，有必要在理論設(shè)計時將兩種方法結(jié)合起來，對于禁帶范圍的確定，應(yīng)盡量以兩種方法的禁帶的重合區(qū)域的中心作為實際禁帶區(qū)域中心考慮。
　　運(yùn)用平面波展開

3、法對各種情況下的禁帶進(jìn)行了仿真計算。結(jié)果表明：不同的晶格結(jié)構(gòu)、介電常數(shù)比、填充比和柱體形狀對禁帶都會產(chǎn)生影響。特別是介電常數(shù)與填充比在一定范圍內(nèi)與禁帶寬度成正比關(guān)系；柱體形狀的微小差異也會引起禁帶的明顯改變。這些特性對光子晶體的設(shè)計具有明顯的指導(dǎo)意義。
　　采用了微帶線方法來實現(xiàn)光子晶體結(jié)構(gòu)。設(shè)計了微帶 PBG結(jié)構(gòu)的周期尺寸，對影響禁帶的各個因素進(jìn)行了計算。通過對S參數(shù)仿真結(jié)果觀察，發(fā)現(xiàn)微波波段的光子禁帶同樣受到第四章中各種規(guī)律的