光子晶體中的負(fù)折射現(xiàn)象與磁光多層膜隔離器研究.pdf

1、光子晶體是一種由介質(zhì)或金屬材料周期排列構(gòu)成的人工材料。由于其具有光子禁帶和光局域性等一系列獨(dú)特的性質(zhì)和潛在的巨大應(yīng)用前景，從二十世紀(jì)八十年代末光子晶體概念的提出發(fā)展到現(xiàn)在，光子晶體已經(jīng)成為現(xiàn)代科學(xué)重要的新研究領(lǐng)域。在這期間，由于難以對(duì)光子晶體做解析分析，出現(xiàn)了多種數(shù)值模擬方法；借助這些方法，人們對(duì)光子晶體的理論做著越來越深入的研究，同時(shí)眾多的實(shí)驗(yàn)也檢驗(yàn)和印證了理論研究的成果。這些工作都在不斷完善光子晶體的理論基礎(chǔ)，并拓展新的應(yīng)用前景。負(fù)

2、折射和左手材料的研究是近年來新興的研究領(lǐng)域，而最近光子晶體中負(fù)折射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，為光子晶體的研究指出了新的方向。由于可以由在光波段損耗很小的電介質(zhì)材料構(gòu)成，光子晶體為負(fù)折射在光波段的應(yīng)用提供了可能，因此吸引了越來越多的研究人員進(jìn)行這方面的研究。 本文通過數(shù)值模擬和理論分析，研究了二維光子晶體中的負(fù)折射成像及其相關(guān)性質(zhì)；并從一維光子晶體的角度出發(fā)設(shè)計(jì)和改進(jìn)了磁光多層膜隔離器的結(jié)構(gòu)。本論文的研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1．利用時(shí)域

3、有限差分法和平面波展開法研究了二維蜂窩格子光子晶體中的負(fù)折射現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)的光子晶體具有很好的遠(yuǎn)場負(fù)折射特性，符合折射率為-1時(shí)的負(fù)折射成像規(guī)律。但是由于晶格排列本身的影響，其耦合效率受到了限制，影響了成像的質(zhì)量。針對(duì)此問題，提出了一種改變界面上介質(zhì)柱的半徑的方法改善了耦合效率，大幅提高了像點(diǎn)的強(qiáng)度。 2．在二維光子晶體平板透鏡中引入多類型的缺陷來研究缺陷對(duì)于光子晶體負(fù)折射成像的影響。發(fā)現(xiàn)光子晶體界面附近的缺陷對(duì)耦合效率有重

4、要的影響，提出了多種利用缺陷提高負(fù)折射遠(yuǎn)場成像的耦合效率的方案；對(duì)于光子晶體的近場負(fù)折射成像，發(fā)現(xiàn)利用線缺陷可以大幅改變成像的位置，并且隨意可以控制成像的數(shù)量。 3．在三維實(shí)空間傳輸矩陣法的基礎(chǔ)上，提出了一種適用于各向異性介質(zhì)的二維傳輸矩陣法。為更加細(xì)致的模擬光在磁光多層膜結(jié)構(gòu)中的傳播提供了方法。 4．利用各向異性的傳輸矩陣法設(shè)計(jì)和優(yōu)化磁光多層膜的結(jié)構(gòu)。通過分析薄膜參數(shù)的誤差對(duì)于整個(gè)多層膜結(jié)構(gòu)旋光性能的影響，指出磁光材料