文档介绍：西南交通大学
硕士学位论文
一维微带光子带隙结构的研究与设计
姓名:李玥
申请学位级别:硕士
专业:计算机应用技术
指导教师:冯全源
20070401
摘要西南交通大学硕士研究生学位论文自从年和各自独立的提出“光子晶体”这一新概念以来,光子带隙结构虺芇谖⒉ㄓ牒撩撞集成电路的应用越来越成为研究热点。目前,国外在此领域的相关理论和实验研究都取得了很大进展。随着国外在光子带隙结构方面研究工作的迅速升温,国内也引起了强烈的反响。然而,相对而言,国内的研究开展较晚,投入力度也较小,与国外相比还存在一定差距。因此,开展本课题的研究具有重要意义。该项目为国家自然科学基金以及四川省学术和技术带头人资助项光子带隙结构中存在着类似于半导体中的禁带,称为光子带隙,即某些频率落在光予带隙内的电磁波被完全禁止在光子带隙结构中传播。光子带隙结构在微波电路的集成度、尺寸、重量与成本上都具有不可替代的优势。光子带隙结构的特殊性质使得微波一毫米波集成电路进入了一个新领域,必将呈现广阔的应用前景。本论文首先简要分析不同的因素ǖピ3叽纭⒅芷诟鍪齨、单元形状、介质材料的相对介电常数⒅芷诩渚嗫诘对光子带隙结构的特性的影响,并由此确定介质基板的材料,以及几何尺寸,然后通过比较分析传统的一维圆形和圆环形光子带隙结构,在总结前人经验的基础上设计出圆形和方形双开口环光子带隙结构。这两种结构均简单易于实现及制作。使用仿真软件对其进行仿真,结果显示:圆形双开口环光子带隙结构简单易于实现,并且可以获得较宽的通带以及较平坦的通带波纹;方形双开口环光子带隙结构具有良好的通带特性,通带内波纹平坦、带内插损小,阻带较深较陡峭纱铮,减弱了高次谐波的影响,性能最好,有望在微波及毫米波集成电路中获得应用。关键词光子带隙结构;微带线;开口环第目。
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,人们将关注的热点集中于一个新的前沿科技一西南交通大学硕士研究生学位论文一光子的运动。年美国实验室的和笱У各自独立地提出“光子晶体”这一新概念.。光子晶体,又可称为光子带隙结构,是由具有不同介电常数的一种介质在另一种介质中周期排列所组成的人造晶体,它的周期为光波长量级,存在着类似于半导体中的禁带。众所周知,通过利用和控制硅等半导体材料中电子的运动,结合半导体中周期性势场的作用,电子会形成能带结构,带和带之间存在能隙,即在其中形成的价带和导带之间有禁带。电子能量不会取禁带里的值,频率处在禁带范围内的所有模式的光及电磁波都不能在禁带中传播。在光子晶体中,当介电常数的变化幅度较大且变化周期与光的波长相比拟时,介质的布拉格⑸浣ɑ岵叮闯莆!肮庾哟丁。不论是电磁波还是其他波绻獠等,只要受到周期性调制,都有能带结构,也有可能出现带隙,而能量落在带隙中的波则不能传播。由上可知,在光子带隙牧现校承┢德事湓诠庾哟内的电磁波被完全禁止在光子晶体中传播。光子晶体可以有一维到三维的周期性结构。周期单元排列的低折射率位点之间的距离不同,使得一定距离大小的光子带隙结构只对一定频率的光波产生能带效应。也就是说,只有某种频率的光才会在某种周期的光子带隙结构中被完全禁止传播。如果只在一个方向具有周期结构,光子带隙椭豢赡艹鱿衷谡飧龇较蛏稀H绻三个方向上都存在周期结构,那么可出现全方位的光子带隙敲刺定频率的光进入光子带隙结构后将在各个方向都被禁止传播。这对光子带隙结构来说是一个很重要的特性。第.
.——可以在普通的介质基片上,用电磁场方法设计出周期性孔阵,使之西南交通大学硕士研究生学位论文第对于光波来说,光子带隙梢宰柚固囟ㄆ刀蔚墓獠ù洌欢杂电磁波而言光子带隙梢宰柚固囟ㄆ刀蔚牡绱挪ǖ拇洹@嗨朴诙光波的阻带特性,在微波和毫米波频段,光子带隙部梢宰柚共糠频段的微波传输。也就是说光子带隙哂新瞬ㄌ匦浴其中,二维光子带隙挚煞治狹。就微波而言,通常将其称作电磁带隙的阻带带隙是比较宽的。一般可达%一%的量级。光子带隙结构可采用介质、金属、铁磁或铁电物质植入衬底材料,或直接由衬底材料的周期性形状排列而成。最初,光子带隙牧鲜窃诠学领域中提出的,但目前尚未发现天然的光子带隙牧稀6遥于光子带隙峁沟闹芷诔ざ任9獠ǔち考叮虼耍诳杉夥段人工制造光波波段的光子带隙结构存在着很大的技术困难。然而,可以通过缩放尺寸的技术手段将这种周期性结构扩展至很宽的频率范围,例如扩展到微波波段和毫米波波段。事实上,光子带隙峁乖谖⒉úǘ魏苋菀满足光子带隙囊G螅湍苁迪掷嗨乒庾哟兜淖璐вΑ2⑶遥在微波和毫米波波段有多种测量仪器,更容易进行理论验证。在用微波进行模拟实验的过程中,人们发