光在一维光子晶体中的传输特性研究 光学工程专业论文.docxVIP

论文题目 光在一维光子晶体中的传输特性研究 学 科 专 业 光 学 工 程 指 导 教 师 张晓霞 教 授 作 者 姓 名 毛 谨 班 学 号 200520503033 分类号 密级 UDC 注1 学 位 论 文 光在一维光子晶体中的传输特性研究 （题名和副题名） 毛 谨 （作者姓名） 指导教师姓名 张晓霞 教 授 电子科技大学 成 都 （职务、职称、学位、单位名称及地址） 申请专业学位级别 硕士 专业名称 光 学 工 程 论文提交日期 2008.4 论文答辩日期 2008.5 学位授予单位和日期 电子科技大学 答辩委员会主席 评阅人 2008 年 月 日 注 1：注明《国际十进分类法 UDC》的类号 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 签名： 日期： 年 月 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后应遵守此规定） 签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 I I 摘要 摘 要 光子晶体（photonic crystals）是一种具有周期性介电常数的介电结构。由折射 率的周期性排列的空间维度不同，分为一维，二维和三维光子晶体，其周期性和 光的波长为同一个数量级。光子晶体也被称为光子带隙材料（photonic band gap materials）。光子晶体具有很多奇特的性质：光子带隙特性，自辐射的抑制，光子 双稳态特性，光子局域特性等。其中最重要的特性就是光子带隙。频率落在光子 带隙内的电磁波无法通过光子晶体传播，这为人们设计不同的器件来实现对光的 控制提供了可能。由于光子晶体独特的性能和潜在的应用前景，人们对光子晶体 的理论分析和实验研究投入了极大的热情，使之成为一个迅速发展的新的科学领 域。 为了研究光子晶体的各种特性，首先要在理论上对它的带隙结构和特性进行研 究。目前对于光子晶体的数值计算方法主要采用平面波展开法，格林函数法，时 域差分法, 转移矩阵法，频域迭代法。这些方法都是基于研究复杂电介质结构的 Maxwell 方程组演变出来的。本文以一维光子晶体为主要研究对象，深入分析了光 子晶体的各种特性，主要内容为： 1. 本文研究光子晶体的基本概念和光子晶体所用到的基本原理，进一步研究 光子晶体的能带结构和电子的能带结构，同时阐述了光子晶体的几种应用。 2. 主要运用转移矩阵法及其在光子晶体中的应用。利用此种方法分别对引入 了不同的缺陷层的一维光子晶体进行模拟和仿真。 3. 阐述了光子晶体的能带理论，进行了数值模拟：理论部分主要介绍转移矩 阵法在光子晶体中的应用；数值模拟部分，主要对一维光子晶体进行模拟仿真， 仿真计算一维光子晶体的层数，折射率，周期光程等结构特性对一维光子晶体带 隙结构的影响。 4. 主要分析了在光子晶体中引入缺陷层后对光子晶体的带隙的影响。缺陷层 的各种结构特性，缺陷层的数量以及是否为非线性缺陷层都对带隙有重大影响。 模拟仿真发现，具有双缺陷层的一维光子晶体的能带结构中，双缺陷模的相距距 离，随着折射率的增大有个先增大后减小的变化，即存在一个距离的最大值。这 些变化特性为设计出独特的光学器件提供了理论依据。 II II 摘要 作为面向新世纪的实现人们对光的控制梦想的新材料，光子晶体的光学特性以 及晶体结构设计的研究有非常重要的科学价值和实际应用意义。对于制作简单， 易于实现的一维光子晶体必将会被深入研究。光子晶体的研究必将成为新世纪光 学领域的一个重要课题。 关键词： 缺陷层，折射率对比度，光强对比度，非线性材料层 PAGE PAGE IV Abstract Abstract Photonic crystals is a permittivity structure with periodic permittivity. According to the difference of dimension in space, there are one, two and three dimension Photonic crystals. The length of p