光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)研究及大帶隙設(shè)計(jì).pdf

1、山東大學(xué)碩士學(xué)位論文光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)研究及大帶隙設(shè)計(jì)姓名：葛祥友申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專(zhuān)業(yè)：光學(xué)工程指導(dǎo)教師：李平20060406山東大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要光子晶體是一種具有周期性介電常數(shù)的介電材料。它最主要的特征就是具有光子帶隙。頻率落在光子帶隙中的電磁波在光子晶體中無(wú)法傳播，這樣人們就可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)的光子晶體以實(shí)現(xiàn)對(duì)光的控制。由于光子晶體獨(dú)特的性能和潛在的巨大應(yīng)用，已經(jīng)吸引了越來(lái)越多的關(guān)注，成為一個(gè)迅速發(fā)展的新的科學(xué)

2、領(lǐng)域?！癁榱搜芯抗庾泳w的各種性質(zhì)，我們首先需要在理論上對(duì)它的能帶結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行研究。因此利用目前所知的處理復(fù)雜電介質(zhì)結(jié)構(gòu)中的Maxwell方程組的各種數(shù)值計(jì)算方法研究光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙是本文的主要內(nèi)容。光子晶體的理論研究發(fā)展了許多不同的理論計(jì)算方法，本文主要介紹平面波展開(kāi)法及其在光子晶體中的應(yīng)用。使用基于平面波展開(kāi)的頻域塊迭代方法的計(jì)算機(jī)模擬軟件計(jì)算二維及三維光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)，并對(duì)其帶隙規(guī)律進(jìn)行研究。第一章對(duì)光子晶體的基本概

3、念及研究光子晶體所用到的基本原理進(jìn)行了說(shuō)明，并把光子晶體能帶結(jié)構(gòu)和電子的能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較。然后簡(jiǎn)要介紹了光子晶體的幾項(xiàng)應(yīng)用。第二章是光子晶體的能帶理論與數(shù)值模擬，理論方法部分的主要內(nèi)容是平面波法在光子晶體中的應(yīng)用。數(shù)值模擬部分主要對(duì)二維和三維情況中的計(jì)算機(jī)模擬步驟作了說(shuō)明，對(duì)模擬要用到的基于平面波的頻域塊迭代方法作了介紹。計(jì)算結(jié)果部分首先給出了二維三角晶格各偏振模式的能帶結(jié)構(gòu)和場(chǎng)分布，根據(jù)場(chǎng)分布圖分析了帶隙出現(xiàn)的原因。然后分析了晶格參

4、量對(duì)’TM偏振帶隙結(jié)構(gòu)的影響。計(jì)算了三角晶格空氣柱型光予晶體的完全帶隙，并對(duì)影響完全帶隙的各種因素進(jìn)行了分析。此外還對(duì)一種各向異性介質(zhì)二維三角晶格結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算，與各向同性介質(zhì)的晶格相比這種晶格具有更高的帶隙。提出了一種相互嵌套的長(zhǎng)方晶格正方介質(zhì)柱的二維光子晶體模型，在介電常數(shù)比為12時(shí)得到了1568％的大帶隙，這種模型在一定參數(shù)范圍內(nèi)具有很好的穩(wěn)定性，適合實(shí)際制作。同時(shí)還介紹了一些其他的具有大帶隙的二維光子晶體的品格結(jié)構(gòu)。由