文档介绍：饪汀Ⅵ,厩婷选輄。!ⅰ专,ⅲ硕论文完成日期一:。一一二一物理学系。。’耗厶锢院一系专姓业::学校代码。学号;一:÷≥,一二一~一一,:。..二,,,一、一,,‘。.一。。‘一.●,一一’。
摘要本论文主要研究的是光子晶体中负折射现象。并且在这基础上从理论的角度上提出了基于两维光子晶体结构的偏正分光器件。内容具体安排如下:第一章概述了光子晶体的基本概念,然后简单介绍了光子晶体的应用。最后总结了当前研究光子晶体的理论方法。第二章主要介绍负折射现象原理,然后简单介绍两维时域有限差分算法计算方法。第三章主要基于负折射现象的极化分波器件设计和模拟计算,以及对这种分光器件的进一步讨论。关键词:光子晶体,周期性结构,能带,负折射,平面波展开,时域有限差分
甌....簆,,,,,
雕薰第一章光子晶体基础光子晶体简介光子晶体是年提出的新概念和新材料【】。这种材料有一个显著的特点是它可以如人所愿地控制光子的运动【】。由于其独特的特性,光子晶体可以制作全新原理或以前所不能制作的高性能光学器件,在光通讯上也有重要的用途,如用光子晶体器件来替代传统的电子器件。它是如何控制光子的流动的诠烫逦锢砝镂颐嵌贾5赖缱釉谥芷谛跃Ц中传播时,由于电子波受到原子的周期性势场的布拉格散射作用,会形成复杂的体。而带与带之间可能存在带隙,如果电子波的能量落在带隙中,其传播是禁止的。而这些以及随后的缺陷态概念,正是当今半导体器件工作的理论基础。其实,不管任何波,只要受到周期牲调制,都有能带结构,也都有可能出现带隙。能量落在带隙中的波是不能传播的。电磁波或者光波也不会例外。蚃】在讨论如何抑制原子的自发辐射和光子局域问题时,分别把能带的概念拓展到光波中来,提出了光子晶体的概念。如果将不同介电常数的介电材料排成周期结构,电磁波在其中传播时由于受到布拉格散射作用,会被调制而形成能带结构,这种能带结构叫做光子能带光子能带之间可能出现带隙,即光子带隙虺芇。具有光子带隙的周期陛介电结构就是光子晶体『。如图所示图晃⒍腿庾泳体照片。庾庸庾泳迥艽峁购吞芏取R跤安糠执砉庾哟丁能带结构。原来分立的能级过渡成能带,能量处在能带范围的电子波可以通过晶年蚪凶龉庾哟材料
光子晶体的应用现这样光子晶体波导。后来腏痔岢隽斯庾泳迤桨宓母拍睿光子晶体的基本特征是具有光子带隙。在光子晶体中,由于介电常数在空间的周期性变化,也存在类似的周期性势场。当介电常数的变化幅度较大且与光的波长相比拟时,介质的布拉格散射也会产生带隙,即光予禁带,频率落在带隙中的电磁波是禁止传播的,这将显著地改变光与物质相互作用的方式。因为带隙中没有任何态存在。光子带隙的存在带来许多新物理和新应用【。光子晶体的带隙赐耆ù痘虿煌耆ù主要取决于其晶格类型、组成材料的介电常数蛘凵渎配比以及高介电常数蛘凵渎材料的填充比等。光子晶体的另一个重要特征是光子局域。如果引入缺陷或无序,对电子来说将有电子局域态或安德森局域。如果在光子晶体中引入介电缺陷或介电无序,光子也一样,也会出现局域现象【.俊H绻诠庾泳逯幸肽持秩毕荩丛有的周期性或对称性受到破坏,则在其光子带隙中就会出现频率极窄的缺陷态,缺陷态频率符合的光子会被局域在出现缺陷态的位置,而一旦离开这个缺陷位置,光就会迅速衰减。点缺陷就是光子被局域在一个空间。这样就相当于形成一个微腔。线缺陷就是在光只能沿着线缺陷方向传播,这就相当于形成了一个光波导。。光子晶体是一门正在蓬勃发展的、很有前途的新学科,它吸引了包括经典电磁学、固体能带论、半导体器件物理、量子光学、纳米结构和材料科学等领域的科学家,论文数目呈指数增长。如今,人们对波受到周期性调制的研究己超越光子晶体,声波【俊⒌壤胱犹宀ā俊⒋抛硬ā克ā浚禾灞面波结构色等受到周期调制后出现带隙和新现象。其它的波,如极化子、自旋波、水波等都值得研究,会出现新物理现象,有可能发现新的应用。由于光子晶体对光的传播有非常独特的控制能力,使得世界上许多国家的研究人员去开发它的潜在的应用价值。光子晶体波导光子晶体波导,可以通过在光子晶体里引入一个线缺陷来实现。传统的介电波导可以支持直线传播的光,但在拐角处会损失能量。年腏.【等人的理论计算表明,光子晶体波导可以有效阻止能量漏出波导。这样我们可以实现光非常小的光学回路。年第一次实验上实这样使得更加具有应用价值。
光子晶体的理论方法简介光子晶体光纤光子晶体光纤。英国大学的研究人员用二维光子晶体成功制成新型光纤『.河杉赴俑龃车难趸璋艉脱趸杳腹芤来伟笤谝黄鹱槌闪钦列,然后在度下烧结而形成。直径约微米。蜂窝结构的亚微米空气孔就形成了。为了导光,在光纤中人为引入额外空气孔,这种额外的空气孔就是导光通道,在这里传播光是在空气孔中而非氧化硅中,可导波的