光子晶体基于有效折射率近零的光束准直出射-物理学专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 论文审阅认定书 研究生 赵浩 在规定的学习年限内，按照研究生培养方案 的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本 学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同， 论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文 送专家评审。 导师签字： 年 月 日 致谢 本论文是在沈义峰老师的悉心指导下完成的。我衷心感谢恩师的言传身教。 恩师一丝不苟的工作作风，循循善诱的教学风格，平易近人的处事原则，以及博 学多识的学术修为，都使我受益匪浅。他不但传授了我作为一名学者应该具备的 各项知识和技能，还教会了我要时怀感恩之心，诚实地对待学术、工作、家人和 同学，这些将在未来前进的道路上不断地鼓舞着我。谨此向恩师表示由衷的感谢 和最崇高的敬意。 感谢中国矿业大学理学院物理系的各位老师，他们在平时学习与生活上都给 了我亲切的关怀和帮助，特别是杨崇洁老师为我提供理学院办公室助理和助管的 机会，使我学会如何与学生交流，并大大提高了自己的表达能力及应变能力。 感谢张园、李露露、胡风、汪庆喜等师兄师姐在学习和生活中对我的关心和 帮助。与他们在学习和学术上的相互探讨，让我对科学研究的方式方法及所研究 的领域有了更为深入的认识。 尤其要感谢同届的黄逸佳、宋丽建、吴彩平等同学，他们在学习生活上以及 其它许多方面给予了我很大的支持和鼓励。正是与他们在生活上的相互学习与相 互帮助，我度过了十分愉快而有意义的研究生生涯。 特别地，要感谢父亲和母亲在我学业上的支持和鼓励，以及他们对于我生活 上的关心和教导。感谢我的亲人、师长、朋友和同学们，正是他们在我工作、学 习、生活等各个方面的关怀、关心、支持和鼓励，我才能够顺利完成学业。感谢 所有关心和帮助过我的人。 最后，向参加本论文审稿和答辩的各位老师一并致以诚挚的谢意。 摘 要 光子晶体是一种新型的人造材料，利用其特殊性质可以实现对光波导的设 计，其中光束的准直出射是光子晶体的重要应用之一。本文主要采用平面波展开 法（PWM）和时域有限差分法（FDTD）研究了二维正方格子光子晶体靠近带隙 边沿附近频率光波的传输特性。 首先，我们基于光子晶体能带结构，选取相应的入射光源频率。研究发现， 若研究入射光对应的光子晶体有效折射率接近于零，可出现光束从晶体表面准直 出射的现象，且光束的出射方向只与晶体表面的取向有关，而与晶格取向无关. 这种现象与自准直现象有很大不同。 其次，我们通过单变量法对上述模拟中的光子晶体各结构参数进行研究。晶 体参数包括横、纵向周期数目，入射光源宽度和频率，具体探究各参数改变对出 射效果的影响。探索参数变化引起的准直特性的变化规律，探究晶体内光场分布 规律，并分析原因。 再次，选择不同体系的二维光子晶体结构，发现对于二维四方晶格空气孔体 系、二维三角晶格介质柱体系和二维三角晶格空气孔体系在相应的有效折射率近 零时均具有较好的准直透射性，表明该现象具有普遍性。 最后，我们对研究过程中的缺点和不足进行了阐述，并对基于该准直方法的 光子晶体应用做了进一步的分析和展望。 该论文有图 30 幅，表 3 个，参考文献 53 篇。 关键词：光子晶体；带隙；有效折射率；准直出射 I Abstract Photonic crystal structure is a new type of artificial material, and its special properties can be used to realize the design of optical waveguide. The light collimating emission is one of the important applications of photonic crystals. In this thesis, the transmission of light wave at the frequency near the edge of the band gap in a two-dimensional square lattice photonic crystal is st