含特異材料的光子晶體光學(xué)傳輸特性研究.pdf

1、介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時或只有一個為負(fù)數(shù)的新型人工材料是一種具有特殊電磁性質(zhì)的特異材料。已經(jīng)在微波段乃至近紅外通過人工制各實現(xiàn)。人們通過將特異材料引入到光子晶體中，發(fā)現(xiàn)了新型的光子帶隙。由于這些光子帶隙具有與傳統(tǒng)的布拉格帶隙截然不同的性質(zhì)，并具有潛在的應(yīng)用前景，因此含有特異材料的光子晶體已成為了當(dāng)前的一個研究熱點。本文通過數(shù)值模擬和理論分析，研究了含特異材料的光子晶體的光學(xué)輸運特性。主要的研究內(nèi)容及其研究成果有以下幾個方面： (1)

2、單負(fù)材料光子晶體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)。用帶隙不同的兩種周期結(jié)構(gòu)構(gòu)成一維光子晶體異質(zhì)結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明：當(dāng)異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有零有效折射率時，在異質(zhì)結(jié)構(gòu)每一個分界面上都會出現(xiàn)界面模。各界面模的耦合導(dǎo)致光以隧穿的方式傳播。在零有效折射率的情況下隧穿模不受入射角、電磁波偏振態(tài)、結(jié)構(gòu)周期數(shù)等因素影響，并且具有零位相延遲，這一特性可用來設(shè)計零位相延遲全向多通道慮波器件；隨入射角的增加和單元結(jié)構(gòu)中周期數(shù)的增加，位于零有效位相帶隙中心的隧穿模頻率保持不變，而位

3、于兩側(cè)的隧穿模頻率向中心移動。 (2)基于單負(fù)材料光子晶體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的多通道濾波器。研究結(jié)果表明：零有效位相帶隙內(nèi)出現(xiàn)的共振模的數(shù)目與異質(zhì)結(jié)數(shù)M相等，可作為M通道濾波器。當(dāng)介質(zhì)存在耗散時，得到：結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)數(shù)村越大，共振模衰減的幅度越大；耗散因子越大，共振模衰減的幅度也越大。多通道濾波器的品質(zhì)園子Q值與結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)數(shù)M成線性關(guān)系，隨耗散系數(shù)γ的增大而減小。這些為多通道濾波器的品質(zhì)因子的調(diào)節(jié)提供了一種可行的方法。 (3)負(fù)介

4、電常數(shù)材料和負(fù)磁導(dǎo)率材料交替生長形成的一維光子晶體中的局域共振模。研究結(jié)果表明：這種結(jié)構(gòu)的光子晶體具有2個共振隧穿模，并且2個共振隧穿模間距能夠通過改變兩種單負(fù)材料厚度比和缺陷層厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)。共振隧穿模式場強隨著兩種單負(fù)材料的厚度比的增大而指數(shù)增大。隨著兩種單負(fù)材料的厚度比的增大，隧穿模場的局域性也變得更加強烈，電場逐漸向與缺陷層兩側(cè)毗連的兩個界面集中，兩個共振隧穿模的半高寬(FWHM)變窄。此外，這種可調(diào)的兩個共振隧穿模幾乎不隨入射角

5、和厚度變化而改變。根據(jù)這些特性，能夠更加實際地利用單負(fù)材料制作可調(diào)的全向雙通道高品質(zhì)因數(shù)濾波器。 (4)負(fù)磁導(dǎo)率材料和正折射率材料構(gòu)成的一維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體共振隧穿特性。研究結(jié)果表明：TE三波的傳輸特性主要取決于ε，TM波的傳輸特性主要取決于μ．這種由負(fù)磁導(dǎo)率材料和正折射率材料構(gòu)成的一維周期結(jié)構(gòu)的光子晶體在單負(fù)帶隙內(nèi)存在一透射帶，透射帶在TE三偏振下對入射角不敏感，而在TM偏振下對入射角敏感。透射帶的中心位置取決于正折射率材料