材料吸收光子晶體对TM波能带的影响研究毕业专业论文.docVIP

毕 业 论 文 题目： 材料吸收光子晶体对TM波 能带的影响研究 学　　院 计算机科学与信息工程学院 专业年级 2010级应用物理专业　 学生姓名 包远志 　学号 2010135119 指导教师　刘启能 职称 　教授　　 日 期 2014年5月21日 目 录 中文摘要： 1 关键词： 1 Abstract： 1 Key Words： 1 第一章、光子晶体的基本知识及应用 1 1、引言 1 2、光子晶体的分类 2 3、光子晶体的特性及应用 3 第二章、光子晶体理论的一种研究方法——特征矩阵法 6 1、光子在吸收介质中传播的处理方法 6 2、特征矩阵法的推导 7 第三章、吸收材料对一维光子晶TM波能带的影响研究 8 1、一维光子晶体的结构和光传播特征 8 2、TM波吸收能带随频率变化的影响曲线（2D） 8 3、TM波吸收能带随吸收系数和频率变化的影响曲线（3D） 9 4、TM波吸收能带随周期厚度和频率变化的影响曲线（2D） 11 5、研究结论 12 第四章、结束语 12 参考文献 13 材料吸收光子晶体对TM波能带的影响研究 重庆工商大学 应用物理 包远志 指导教师 Abstract：Key Words： 第一章、光子晶体的基本知识及应用 1、引言 1987年，S.John和E.Yablonovitch提出了光子晶体概念，并指出光子晶体具有空间周期结构的电介质，与半导体周期结构导致电子能隙相似，会禁止某些光波带在其中传播即形成光子带隙。决定光子带隙的空间结构特征长度与光波相似，在几百纳米到微米的数量级。由于这种人工光学材料具有特殊的光学性质，可能在新型光学器件中得到应用，从而引起人们的极大兴趣。 要把一个新的科学研究成果应用到现实生活中很难，但是，光子晶体电路和装置的未来看起来却是确信无疑的。如果在短期内，光子晶体的基本应用材料会在市场上出现，将势必有很大的商业前景。在这些应用中，高效光子晶体激光发射器和高亮度的发光二极管将会占很大的比重。随著社会的不断发展，生活质量的提高，信息化越来越重要，网络成为了人们生活中的必须品，光纤就扮演了这一重要角色，与如今视顶盒类似的解码信号设备将使用光子晶体电路和装置。根据科学家的推测，在五到十年的内，我们应该生产出第一个光子晶体二极管和晶体管；在科学技术逐渐成熟的十到十五年里，我们应该能制造出第一个光子晶体逻辑电路并且能将他应用在我们的生活中；在接下来的二十五年内光子晶体技术愈发成熟，由光子晶体驱动的光子计算机应该可以制造出来。不仅如此，光子晶体甚至可以在珠宝和艺术品市场上找到生存环境；光子晶体薄膜还能作为防伪标志。由此看，光子晶体的未来是充满光明的、不可估量的。 2、光子晶体的分类 根据光子晶体的介质层空间排列的顺序不同，可以将其分为一维、二维、三维光子晶体，其中一维光子晶体的空间结构如图1.1所示： 图1.1一维光子晶体的空间结构 一维光子晶体是指介质折射率只在空间一个方向具有周期性分布的光子晶体材料。最简单的一维光子晶体一般是由两层不同折射率的介质薄膜交替组成的，一维光子晶体使得在垂直于介质层方向上的介电常数随空间位置周期性变化，在平行于介质层平面的方向上介电常数不会随空间位置改变。一维光子晶体结构比较简单，容易于制备，研究方便，具有较强的代表性，且应用十分广泛，如法布里-珀罗腔光学多层的增反/透膜等。 二维光子晶体是指在二维空间各方向上具有光子频率禁带特性的材料，它是由许多介质杆平行且均匀地排列而成的。常见的二维光子晶体的基本结构如图1.2所示，通常是由介质柱形成的规则晶系。 图1.2 二维光子晶体的空间结构 二维光子晶体在垂直于介质的方向上（两个方向）介电常数随空间位置周期性变化，而平行于介质杆的方向上介电常数不随空间位置的变化而改变。为实现二维光子晶体频率禁带范围的调节性，可改变由介质杆阵列组成的晶体结构，使其横截面呈多种形状，如矩形、三角形、石墨六边形等。 三维光子晶体的常见结构是由两种介质的方块所构成的空间周期性结构，如图1.3所示： 图1.3 三维光子晶体的空间结构 三维光子晶体材料在三维空间各方向上都具有光子频率禁带特性，三维光子晶体具有广泛的应用前景。由于当前科学技术水平有限，三维光子晶体的制备较为困难。第一个具有完全光子频率禁带的三维光子晶体是由美国贝尔通讯研究所的Yablonovitch创造，它是一种由许多面心立方体构成的空间周期性结构，也称为钻石结构。 3、光子晶体的特性及应用 光子晶体诞生后，在很短的时间内迅速发展为光学研究的热门。光子晶体最重要最根本的特性便是具有禁带和导带。研究光子晶体的禁带，能控制