光子晶體帶隙結(jié)構(gòu)及非線性特性研究.pdf

1、光子晶體是20世紀(jì)80年代末提出的新概念，是一種由不同介質(zhì)周期排列構(gòu)成的人工材料。由于這種結(jié)構(gòu)能夠控制光的運動，在許多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，已經(jīng)成為國際學(xué)術(shù)界的研究熱點。
　　本論文首先介紹了光子晶體的概念、特點、原理、應(yīng)用前景等基礎(chǔ)概況，然后介紹了非線性光子晶體的研究進(jìn)展。
　　光子晶體是周期性介質(zhì)結(jié)構(gòu)，其帶隙結(jié)構(gòu)計算復(fù)雜，難于進(jìn)行解析分析，常常使用數(shù)值模擬，所以關(guān)于光子晶體帶隙的計算成為其理論研究的一個重要分支。在詳細(xì)

2、了解、比較各種數(shù)值方法以后，本文選擇了傳輸矩陣法、時域有限差分法和平面波展開法作為主要算法，并對平面波展開法作了詳細(xì)推導(dǎo)。
　　推導(dǎo)出無限周期一維光子晶體帶隙結(jié)構(gòu)的解析式，并利用傳輸矩陣法對其進(jìn)行了詳細(xì)分析。得出帶隙結(jié)構(gòu)與周期數(shù)、折射率比、入射角的密切關(guān)系，以及出現(xiàn)完全禁帶的條件。研究了含有缺陷的有限周期一維光子晶體傳輸特性，通過數(shù)值計算分析了缺陷模特性。
　　隨后建立了著重研究的二維光子晶體計算模型，使用平面波展開法在Ma

3、tlab下編寫了通用的二維光子晶體帶隙結(jié)構(gòu)計算程序，研究不同晶格結(jié)構(gòu)、填充率和介電常數(shù)比對帶隙的影響，找到了出現(xiàn)最大帶隙的結(jié)構(gòu)參數(shù)，為設(shè)計和制作二維光子晶體提供了理論依據(jù)。分析了二維光子晶體的缺陷模式，得到其在點缺陷和線缺陷下的帶隙結(jié)構(gòu)，并根據(jù)其諧振特性設(shè)計了實用光學(xué)器件。
　　本文最后對光子晶體的非線性效應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。建立了含有kerr介質(zhì)的光子晶體波導(dǎo)模型，并推導(dǎo)出該模型的描述方程，給出了非線性光子晶體波導(dǎo)的傳輸特性，及