光子晶体中全方位反射器及超棱镜效应的研究-光学工程专业论文.docxVIP

浙江大学硕士学位论文 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 V 581388 上 摘要 光子晶体是一种空间上不同介质周期性分布的人工结构。作为一种电磁波晶体，具有类 似固体晶体的性质，具有一定的能带结构．在一定频率还存在禁带．它的提出使人类能够更 加自如、有效地控制光波的行为。基于光子晶体的各种结构使得集成光路成为可能。近年来· 在光子晶体理论研究上的进展非常快，设计出了各种新颖的器件．虽然在实验上稍微落后， 但是也取得了很大的进展．在近红外的光子晶体得以实现。光子晶体的研究对光学领域具有 深远的影响。由于光子晶体领域的工作很多，本文选择对其中的一些性质进行了深入研究。 全方位反射器作为第三代反射器件具有全方位高反射的优越性。它综合了基于介质和金 属反射器件的优点。它的发展直接促使了基于一维光子晶体的光子晶体光纤的诞生，对于实 现基于一维光子晶体的光纤具有重要的意义。本文在分析全方位反射器基本原理的基础上， 对影响一维光子晶体全方位反射带的各种因素进行了深入的分析。为设计全方位反射带提供 了设计思路．通过对一维光子晶体能带的全面分析，提出了一种新的展宽全方位反射带的方 法。它不同于前人提出的方法．不仅极大地提高了一维光子晶体的全方位反射带，使得制作 覆盖整个可见光波段的全方位反射器成为可能．同时这种方法极大地降低了工艺条件，易于 实际制作．它还极大地降低了对材料的要求．根据这个方法，我们设计了一个由四个基本一 维光子晶体合成的一维结构，得到了较大的全方位反射带．在此基础上，利用传统的薄膜制 作工艺，在实验上对这种方法进行了论证．证明这种方法是有效的，可望用于实际的设计制 作和应用。 光在光子晶体中的传播与在一般介质中的传播完全不同，非常复杂。研究光在其中的行 为有助于提高人们对光子晶体的认识。光子晶体中的负折射、超棱镜效应在近场成像、波分 复用系统中具有潜在的用途．平面波展开方法在计算光子晶体能带方面应用广泛。但是用于 分析光在光子晶体中的行为却不方便。本文在深入分析平面波展开方法的基础上，对这种方 法进行了修正。使得它适合于分析光子晶体中光的传播性质．基于这种修正，可以容易地得 到光子晶体中的波向量图。根据波向量图可以定性分析光在光子晶体中的行为．为了定性地 分析光的行为，我们对光子晶体中光的群速度进行了计算．得到很好的结果。基于波向量图 和群速度，可以很好地分析光在光子晶体中的行为．在这个基础上。本文对光子晶体中的负 折射效应、超棱镜效应以及自准直效应进行了一定的分析． 由于高维光子晶体的实验制作工艺相对来说比较困难．特别是对于可见光波段的高维光 子晶体的制作目前还没有很有效的手段．基于这个考虑，本文分析了一维光子晶体中的光的 传播方式．深入研究了可用于分析一维光子晶体中超棱镜效应的方法。并对影响超棱镜效应 的因素进行了深入的分析，指出了设计的基本思想．对一维光子晶体超棱镜的研究表明，在 一维光子晶体中由于设计自由度的缺乏，无法得到较好的空间位移色散关系，因此对实际应 用还有诸多的限制。为了克服这个困难，根据空间位移与时问延迟的关系．本文对非周期的 一维结构进行丁深入的分析。在这个基础上。本文提出了一种基于Fabry-Perot腔的新结构。 这种结构本质上可以认为是基于FP腔的Intedcaver结构，只是它需要倾斜入射工作．在这 种结构中．由于不同的透射通道具有不同的时间延迟，因此不同的通道在出射面的不同位置 出射。由于这种结构具有很高的空间位移分辨率，因此可以将相邻间隔很小的波长在空间上 分开。实现波分复用．它简化了一般基于interleaver的波分复用系统·同时也非常易于集成· 本文对这种结构的机理进行了深入的分析。指出了影响这种结构性能的因素．在此基础上， 本文对一般的interleaver结构进行了改进．提出了基二‘胃啾反射镜的interleaver结构．并对 孝譬算者、导师舟总 匆全文公布 浙江大学硕士学位论文 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 它的性能进行了分析。 关键词：光子晶体、全方位反射器、全方位禁带、超棱镜效应 浙江大学硕士学位论文 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 Abstract The photonic crys协l is the artiflcal structure whose refractive index is periodically modulated． As the crysml for electromagnetic waves，it has si