含特異材料的光子晶體光學傳輸特性研究.pdf

1、介電常數(shù)和磁導率同時或只有一個為負數(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)，并具有潛在的應用前景，因此含有特異材料的光子晶體已成為了當前的一個研究熱點。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、單負材料光子晶體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的頻率響應。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)負介

4、電常數(shù)材料和負磁導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材料厚度比和缺陷層厚度進行調(diào)節(jié)。共振隧穿模式場強隨著兩種單負材料的厚度比的增大而指數(shù)增大。隨著兩種單負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)負磁導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．這種由負磁導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