[信息与通信]含单负材料光量子晶体结构的全方位可调对称束缚态.doc

学 号： 14072300927 毕业设计(论文) 题 目：全向多通道新型滤波器的研究与设计 作 者 宋 宁 届 别 2011 届 学 院 信息与通信工程学院 专 业 通 信 工 程 指导教师 罗 朝 明 职 称 讲 师 完成时间 2011年5月 摘 要 本文采用光学传输矩阵法研究了含超常介质的一维光子晶体的缺陷模特性，并设计了多通道滤波器。这种含超常介质的滤波器与传统光子晶体空间滤波器相比，具有对入射角不敏感的全向特性。该多通道全向滤波器在光通信领域尤其是在将来的密集波分复用系统中有更加广泛的应用前景。 关键词：光子晶体；传输矩阵法；全向滤波器ABSTRACT Based on optical transmission matrix method, this paper studies a photonic crystal defect mode properties, and design multichannel filters. Compared with the traditional filter, this kind of filters has the characteristics that the incident angle is not sensitive. The multi-channel omnidirectional filter in optical communication field, especially in dense wavelength division multiplexing system in the future have a more wide range of applications. Key words: Photonic crystals; Transfer-matrix method; Omnidirectional filter目 录 摘 要 I ABSTRACT II 目 录 III 绪 论 1 1.1 本文研究的背景和意义 1 1.2 光子晶体简介 1 1.3 国内外光子晶体全向滤波器研究进展 3 1.4 课题主要研究内容及其章节安排 4 2 传输矩阵算法理论 6 2.1 引言 6 2.2 传输矩阵算法推导 6 3 含负折射率材料量子阱结构的多通道滤波器设计 14 3.1量子阱结构介绍 14 3.2 量子阱模型 15 3.3 基于量子阱的多通道滤波器设计 15 3.3.1光子阱区个数对光子量子态的影响 16 3.3.2入射角和偏振变化对光子量子态的影响 16 3.3.3 厚度按比例缩放对光子量子态的影响 18 4 含单负极材料的的多通道滤波器设计 19 4.1. 多通道窄带滤波器的模型 19 4.1.1 多通道窄带滤波器的模型 19 4.1.2 一维光子晶体异质单元结构的透射谱 20 4.2 光子晶体异质结构的周期数对缺陷模特性的影响 22 4.3 光子入射角对缺陷模特性的影响 24 5.结论 30 参考文献 32 致 谢 33 程序附录 34 绪 论 1.1 本文研究的背景和意义 光子晶体是指介质的折射率按一定周期发生变化的人工材料, 由于其独特的电磁性质, 近年来已引起了广泛的关注[1-4]。电磁波或光在这类材料中传播时具有类似电子在半导体材料中运动的行为, 这些性质使得光子晶体可有效地操控电磁波或光子的传播, 因此, 光子晶体已被广泛应用于各种光学器件的制作。在量子约束效应, 电子波函数将发生改变，这使得在量子阱结构中的电子能量被量子化。利用半导体量子阱结构的原理，人们使用多个一维光子晶体构造了一维光量子阱结构，发现在光子带隙内将出现多个振荡透射模, 该结构可用于多通道滤波器的设计。然而，传统的由正折射率材料（介电常量和磁导率均为正值）构成的光量子阱结构，其带隙的频率范围以及振荡透射模的频率均随入射角度的改变而改变, 这使它在实际应用中受到限制[1]。 近年来，利用单元结构的局域响应机制构造了一种新型的材料－超常介质, 在特定波段范围内，该材料的介电常量和磁导率同时或只有一个为负数。这些材料构造的一维周期结构具有许多新奇的性质。研究表明，由两种单负材料（负介电常量材料和负磁导率材料）交替堆叠形成的一维周期结构中存在一种新型的零有效位相带隙，该带隙具有一系列特殊的性质[2-4]。此外，零有效位相带隙及其频率范围内的缺陷模均对入射角度的依赖较弱，这为全向滤波器的设计提供了可能