二維光子晶體禁帶特性及其應(yīng)用研究.pdf

1、光子晶體是一種由介質(zhì)或金屬周期性排列而成的人工材料。由于其獨特的性能和潛在的巨大應(yīng)用前景，近二十年來，光子晶體已成為一個發(fā)展迅速的科學研究新領(lǐng)域。
　　 本文首先介紹了計算光子晶體的常用數(shù)值方法，重點分析了平面波展開法，將等效介質(zhì)理論應(yīng)用到平面波展開法中，發(fā)展了一種基于等效介質(zhì)理論的平面波展開法，詳細推導了在二維情況下，光子晶體中TM和TE模滿足的本征方程。該算法的優(yōu)點是用等效介電張量來表示小區(qū)域內(nèi)介電常數(shù)分布函數(shù)的平均效應(yīng)，能

2、夠用來計算結(jié)構(gòu)復雜的光子晶體。
　　 利用時域有限差分方法，計算了二維光子晶體禁帶；重點研究了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的二維正方晶格光子晶體的禁帶特性；結(jié)合超元胞理論，計算了含有缺陷的二維光子晶體的能帶；模擬了二維光子晶體波導及波導耦合特性；基于波導的耦合特性，設(shè)計了一個3出口光子晶體頻分器。利用時域有限差分方法計算能帶得到的結(jié)果與平面波法相符；在以空氣背景介質(zhì)柱的光子品體中，帶隙的中心頻率都隨介質(zhì)柱半徑的增加而降低，在以介質(zhì)背景空氣柱的光

3、子晶體中，帶隙中心頻率隨空氣柱半徑的增加而升高；含有缺陷的光子晶體的能帶計算結(jié)果顯示，在禁帶內(nèi)出現(xiàn)了缺陷模，缺陷內(nèi)的場分布具有很強的局域特性；對光子品體波導模擬結(jié)果表明，處于禁帶之內(nèi)的光波沿著光子品體線缺陷傳播，對處于禁帶之外的光，光子品體不具有局域性，光子晶體波導損耗小，特別是在具有90°拐彎波導中，其透過率幾乎為100％；光子晶體波導耦合模擬結(jié)果顯示，光子晶體波導和普通介質(zhì)波導耦合器類似，也具有定向耦合的特性，在一定條件下，分別實現(xiàn)

4、交義耦合和直通耦合。所設(shè)計的頻分器能實現(xiàn)對歸一化頻率分別為0.415、0.396和0.448的信號進行分離，信號的能量近乎90％以上通過波導從輸出端輸出。
　　 最后，本文利用二維時域有限差分方法，基于二維光子晶體波導與點缺陷微腔共振耦合原理，通過仿真模擬和參數(shù)優(yōu)化，設(shè)計了一種利用共振微腔作為反射的6-信道下載濾波器，該濾波器能將主波導中的光波信號下載至與點缺陷頻率共振的各分路波導中輸出，傳輸譜信道波長間隔為20nm，中心波長誤