文档介绍：西北大学
硕士学位论文
一维光子晶体光学特性的理论研究
姓名:卜涛
申请学位级别:硕士
专业:光学
指导教师:陈慰宗
20030601
摘要光子晶体是世纪年代末提出的新概念和新型人工微结构光学材料。光子晶体以光子禁带的存在为主要特征,其典型结构为一个折射率周期变化光子晶体的性质,极有可能成为全光通信领域中的关键材料,因此具有较高的理论价值和广泛的应用前景。本论文从一维光子晶体的结构特点出发,着重研究了有限周期一维光子晶体的基本光学特性。利用光学传输矩阵等方法证明了一维光子晶体存在着反映光子晶体典型特征的光予带隙,在此基础上通过数值模拟计算分析了光子带隙特征及与光子晶体结构参量的关系,并讨论了一维光子晶体带隙随入射光偏振状态及入射角的演化特点。阐述了一维光子晶体中电磁模密度的概念,由计算结果分析了电磁模密度在禁带边缘的分布特点:用复有效折射率关键词:电磁模密度复有效折射率色散特性的物体。一维光子晶体是光子晶体最基本的构型,其折射率在一维空间方向上呈周期性分布。一维光子晶体结构简单、易于制备,同时具备二维、三维讨论了一维光子晶体的色散特性。一维光子晶体光子带隙
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学位论文作者签名:芴吻┳秩掌冢何吣昊试录慈独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方,论文中不包含其他人已经发表的或撰写过的研究成果,也不包含为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
卜等瓴州跏一洹等留∥回惦第一耄绪论引言位置傲周期健变纯,U婵罩械拇来琺兔电磁渡的频率,藏琭玫绱挪对材料中光传播行为的影响时,各自独立地掇出了“光子晶体”这一断概念。我们知道,鼹体中周麓性排列的原子掰产生的周期性电势场对电子鸯着特殊箕中矿妒堑缬璧氖扑桢笔嘤锌绽活敏ニ琛G蠼庑戏金⑹可以发现,电子麴能爨籫%凝菜些特殊篷,在菜然熊量区间内该方羧无鳃,也就怒说电子的能量不可能落在这样的能量醚间,通常称之为能量禁带。研究发现,电子在这释蠲壤褴缕秘孛熬德毒罗意波长与爨薅懿燕格鬻数矮有大致相同的数量级。放电磁波毽论霹知,在食邀常数黧窒闯溺麓往分布鼹奔鬟孛,毫磁渡缀从以下的麦克斯韦方程:其中岛为平均相对介电常数,为相对介电常数的调制部分,宦随空间的电场矢量。对照两方程技可以餐出,它、哂幸欢ū>纤菩浴通过对方程那蠼夥⑾郑梅金⑹街挥性谀承┨囟ǖ钠德蕌处才有解,瑟在浆些频搴。取壤嚣闯蠹该方程无解。瞧就是瀵,在分毫露数量溺麓蠖分布的介质结构中的电磁波的某些频率是被禁止传播的,通常称这些被禁止的频率嚣闻为“兜子蔡带”或“凳子带隙”,蔼将其舂“毙予禁带”的入工周麓融于光予在光予龉体中的运动藏律与电予在圆体晶格中的运动娥律褶年,甕蚐.】分别在讨论周期性电介质结构的约束作用。在空间周期性电势场中,电子避动决定于以下的薛定谬方程:性介质材料称为光子黼体薄第一章绪论
光子晶体的研究进展而光子器件的能量损耗小、效率高。光子在通常情况下互不干涉,具有并行代,作为光子学与光子技术物质基础的光予材料的发展将极大地加快人类迈入光子时代的脚步,而光子晶体是开发新一代光子器件领域中最有前途的新近年来,电磁波在人工周期性介质材料中的行为越来越受到人们的重似,光子晶体也具有光子能带和禁带结构。光子禁带的存在产生了许多崭新的物理性质,这在基础研究和实际应用两方面都具有重要意义。光子晶体可以抑制自发辐射】颐侵5溃苑⒎涞募嘎视牍庾铀谄德实奶氖成正比。处在光子晶体内部的原子,当它自发辐射的光频率恰好落在光子禁带中时,由于该频率光子的态的数目为零,因此自发辐射几率为零,自发辐射也就被抑制。类似于半导体中的掺杂,在光子晶体中掺入杂质后将在光子禁带中引入新的电磁波模式,称为杂质态。杂质态具有很大的态密度,这样可以实现自发辐射的增强。这将给激光技术和非线性光学带来全新的应用,如制造零闽值的激光器、光滤波器等口光子是以光速运动的微观粒子,它的静止质量为零而且具有很好的空间相容性,与电子相比,光子具有速度快、彼此之间不存在干扰的优点,因此以光子作为信息及能量的载体有着巨大的优越性。以光子为载体的光子器件将有比电子器件高得多的运行速度,由于光予间的相互作用远小于电子,因处理信息的能力,在光计算中可大大提高信息处理的效率。一旦实现以光子替代电子传递信息,可大大提高信息传输的速度和质量。世纪将是光子时型光子材料。光子晶体自年诞生以来,引起了学术界的广泛重视,光子晶体的应用涉及高效率反射镜的制造、改善发光二极管的效率、高品质因数微谐振腔的制造以及光子开关